SEMINARIO TECNICO GEOMECANICA Y CONSTRUCCIÓN DE TUNELES
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES
Msc. Daniel Trujillo De la Cruz
Lima, 18 de Agosto 2015 2015
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES
MGIT = MG + MGT + MHG + MCG + MI + MN + MSOST + MCOST + MEXC MGIT MG MGT
= Modelo geomecánico integral de túneles = Modelo geológico (Fase 1 y Fase 2) = Modelo geotécnico (Fase 1 y Fase 2)
MHG
hidrogeológico = Modelo hidrogeológico
MCG MI MN MSOST MCOST MEXC
= Modelo de Clasificación Geomecánica = Modelo de instrumentación = Modelo numérico = Modelo de sostenimiento = Modelo de costo = Modelo de excavación
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MG = M o d e lo l o G e o l óg óg i c o - F as as e 1 Mapeo Geológico
Registro de Estación Estación Microtectónica
DIPS
Plano Geológic o escala 1/5000 1/5000 Muestras de rocas Parámet ros geo mec ánic os en superficie
Modelo Geológico Túnel Túnel en 3D
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MG = M o d e lo G e o l óg i c o
- F as e 1
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MG = M o d el o G eo l óg i c o - F as e 1 Modelo Geológico Túnel 3D
PE
PS
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MG = Mo d e l o G e o l óg i c o - F as e 1
Modelo Geológico Túnel 3D
PS
PE
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MG = M o d e l o
G eo l óg i c o - F as e 2 Registro de Logeo
Perforaciones
Testigos de perforación diamantina
Registro de Estación Microtectónica
DIPS
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES Perforación diamantina
MGT = Mo d elo G eot é cn ic o - Fase 1 Registro d e Perforación Lo geo geo té cn ic o Testigos de perforación
Martillo de Schmidt
Ensayo in situ de Hidrojacking Ens ayo s de Mec ánic a de Rocas para determinación de m ódulos Modelo en Perfil Geológic o - Geomec ánico - Geo té cn ic o d el Túnel
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MGT = Mo del o
Geot é cn ic o co n Inves tig acio nes Geof ísi cas - Fase 1
Refr acc ión sísm ica
Refracción sísmica de 3km de lon gitud transversal al eje del Túnel en Km- 4+100
P-2
Refracción sísmica de 3km de lon gitud transversal al eje del Túnel en Km . 11+.080
P-3
Ref lex ión s ísm ic a
In terp retac ión s í sm ic a a 1200 m d e p r o f . c a li b r ad o c o n p e r fo r ac i o n es
Modelo en Perfil Geológico - Geomec ánico - Geoté cnic o del Túnel ajustado con interp retación Sísm ica a 1200 m . de p rofu ndid ad
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MGT = Mo d elo G eot é cn ic o - Fase 2
Fuente:
GEOMECANICA LATINA
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MGT = Mo d elo Geo técn ic o - Fase 2
Fuente:
GEOMECANICA LATINA
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MGT = Mo d elo
Fuente:
Geo té cn ic o - Fase 2
GEOMECANICA LATINA
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MGT = Mo d elo G eo técn ic o - Fase 2
Fuente:
GEOMECANICA LATINA
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MGT = Mo d elo G eot é cn ic o - Fase 2
Perforaciones exploratorias horizontales Las perforaciones exploratorias horizontales durante la Fase de Excavación del túnel deben permitir la predicción de las condiciones geológicas incluso ingreso de agua. Estas se realizaran con recuperación de testigos en sectores con condiciones geológicas muy desfavorables y las perforaciones sin recuperación de testigos permitirá investigar con más detalle la presencia de agua a presión que se pueda dar en el túnel.
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MGT = Mo delo
Geot é cn ico co n Invest ig acio nes Geof ísic as - Fase 2
Mo delo Elé ctr ico – elec tro m ag né tic o El sistema BEAM se desarrolló por la empresa GEOHYDRAULIK DATA en 1998, comenzando con ensayos de laboratorio y test a pequeña escala y realizando modelado según elementos finitos en 3 dimensiones. Su empleo en una WIRTH TBM (Túnel de Ignore-Italia) y estudio de karstificación (túnel Irlahül-Alemania) ha hecho que se implante en diversos túneles de gran longitud como sistema de monitorización permanente. Es un sistema basado en la medida de la polarización inducida; así, se inducen corrientes de frecuencia definida que generan una zona de alta densidad de corriente en el frente de excavación. La TBM es utilizada como electrodo de medida (A0), situado tan lejos como sea posible el electrodo de guarda (A1) y finalmente, situado a una distancia adecuada estaría el electrodo de retorno (B). En la Figura 1 se muestra un esquema general de los distintos elementos que componen el sistema BEAM-TBM. La unidad BEAM situada en la TBM registra datos permanentemente y está controlada por un ordenador en el exterior del túnel. Los datos enviados son procesados inmediatamente y son enviados en tiempo real en la pantalla del operador de la TBM. Fuente: GEOCONTROL
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MGT = Mod elo
Geoté cn ico co n Inves tig acio nes Geof ísic as - Fase 2
Mod elo Sísm ico – TSP203 Al igual que el sistema BEAM, mediante el TSP es posible detectar cambios en el macizo rocoso, cuerpos irregulares, discontinuidades, fallas y zonas de fracturas en el frente del túnel. Mediante éste sistema no se requiere acceso al frente de excavación, pero es necesario un periodo de 1h-1h30 para realizar la toma de datos. El sistema se basa en la generación de un tren de ondas producido por la detonación de 24 cartuchos de entre 25 y 100 gramos de cordón detonante. Estos cartuchos se sitúan en un lateral del túnel tras realizar una pequeña perforación. Como sistema de registro del tren de ondas completo (ondas compresionales y de cizalla) se emplean dos geófonos triaxiales de gran sensibilidad que se sitúan uno a cada lado del túnel, en unas perforaciones de 43mm de diámetro que se entuban y se adhieren firmemente al terreno natural. Los sensores triaxiales registrarán las señales sísmicas que se reflejan desde cualquier tipo de discontinuidad existente en el macizo rocoso situado en el frente de la excavación.
’
Tu n nel r ef lec ti on t om o g rap h y - TRT A mediados de los 90 el Departamento de Minas de los Estados Unidos desarrolló un prototipo para monitorizar los esfuerzos existentes en las paredes de minas de carbón. Este sistema constituyó la base sobre la que las empresas 3D Tomographics y NSA Geotechnical Services han desarrollado el sistema TRT para aplicaciones tanto en minería como en ingeniería civil. Un elemento fundamental en ésta metodología es el software RockVision, que se basa en la teoría de la tomografía sísmica para investigar bloques tridimensionales de terreno a partir de complejos algoritmos de inversión. Así, es posible reconstruir figuras tridimensionales en función de varios parámetros, como velocidad sísmica, reflectividad relativa o atenuación sísmica. Como en cualquier método geofísico, contar con datos provenientes de otro tipo de técnicas mejorará la interpretación final de los datos obtenidos, pudiendo ofrecer datos de tipos de roca, grado de fracturación y alteración. El sistema TRT permite reconocer la totalidad del frente de excavación hasta una profundidad de 50m a 150m, dependiendo de las condiciones del terreno. Fuente: GEOCONTROL
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES cn ico co n Inves tig acio nes Geof ísic as - Fase 2 MGT = Mo delo Geoté S SP (S on ic S of tg r o un d P ro b in g o r S ei sm i c s o ft g ro u n d P ro b in g ) Mediante éste sistema se detectan cambios en la densidad del medio a partir de ondas acústicas generadas por micrófonos instalados en la rueda de corte, que tras reflejarse en las distintas irregularidades existentes en el macizo rocoso en el frente de excavación (hasta 40m ) son registrados por altavoces receptores instalados en la TBM. La velocidad de onda de una señal output/input depende de la densidad del medio en el que se propaga, por lo que es posible detectar variaciones de densidad debidas a fallas, cavidades, bolos, etc. Mediante un paquete informático se evalúan los datos recibidos, y analizando estadísticamente todos los parámetros medidos se obtienen datos de los cambios significativos existentes en el macizo rocoso. El sistema se instala en la cabeza de corte y no interfiere para nada con los trabajos de excavación ni instalación de anillos, dando una información constante en el frente.
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MGT = Mo delo Geot é cn ico co n Inves tig acio nes Geof ísic as - Fase 2
Fuente: MÉTODOS
GEOFÍSICOS NO DESTRUCTIVOS PARA PREDECIR EL TERRENO POR TUNELADORAS GEOCONTROL
DELANTE DE LAS
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES Modelo Geológico ( cn ic o ( MG) + M o d elo Geo té MGT)
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MHG = M o d e l o H i d r o g e o l o g i c o
Fuente: GEODATA 2013
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica RSR -Wickham et al (1972) Clasificación Geomecánica de la Estructura Rocosa (RSR)- Wickham e t al (1972) RSR = A + B + C Tabla 1. Valoración de la Estructura Rocosa: Parámetro A: Geología general del área Tipo de roca Básico Igneo Metamórfico Sedimentario Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4
Estimados d el sostenimiento RSR para un túnel circular de 24 pies (7.3 m) de diámetro. Notese qu e los pernos de ro ca y el shotcrete son utilizados generalmente juntos . (Según Wick ham et al, 1972)
Estructura Geológica
Duro
Medio
Suave
Descompuesta
1 1 2
2 2 3
3 3 4
4 4 4
Ligeramente
Moderadamente Intensamente
Plegada o
Plegada o
Plegada o
Masiva
Fallada
Fallada
Fallada
30 27 24 19
22 20 18 15
15 13 12 10
9 8 7 6
Tabla 2. Valoración de la Estructura Rocosa: Parámetro B: Modelo de discontinuidades, dirección de avance.
Espaciamiento promedio de las diaclasas o juntas 1. Diaclasado muy cercano, <2 pulg. 2. Diaclasado cercano, 2-6 pulg. 3. Diaclasado moderado, 6-12 pulg. 4. Moderado a bloqueado, 1-2 pies 5. Bloqueado a masivo, 2-4 pies 6. Masivo, > 4 pies
Rumbo perpendicular al Eje Dirección de Avance Ambos Con el buzamiento Contra el buzamiento Buzamiento de las diaclasas importantes (a) Bajo Mediano Alto Mediano Alto 9 11 13 10 12 13 16 19 15 17 23 24 28 19 22 30 32 36 25 28 36 38 40 33 35 40 43 45 37 40
Rumbo paralelo al Eje Dirección de Avance Cualquier dirección Buzamiento de las diaclasas importantes Bajo Mediano Alto 9 9 7 14 14 11 23 23 19 30 28 24 36 24 28 40 38 34
Tabla 3. Valoración de la Estructura Rocosa: Parámetro C: Agua Subterránea, condición de las discontinuidades
) R S R ( a s o c o r a r u t c u r t s e a l e d n ó i c a r o l a V
90
Shotcrete 80
Pernos de 1" de Diametro
70
6 H20
60
8 WF31
50
8 WF48
40
Limite practico para el espaciamiento de cimbras y pernos
30 20 10 0
1
2
3
4
5
6
7
8
Espaciamiento de cimbras - pies Espaciamiento de pernos de roca - pies Espesor de shotcrete - pulgadas
Suma de los parámetros A + B Flujo de agua anticipado gmp/1000 pies de túnel Ninguno Ligero, <200 gmp Moderado, 200 - 1000 gmp Severo, > 1000 gmp
13 - 44 Bueno 22 19 15 10
Regular 18 15 22 8
45 - 75 Condiciones de Juntas (b) Malo Bueno 12 25 9 23 7 21 6 18
Regular 22 19 16 14
Malo 18 14 12 10
(a) Buzamiento: bajo: 20° - 50°, y vertical: 50° - 90°. (b) Condición de juntas: bueno= ajustado o c ementado; regular= ligeramente intemperizada o alterada; malo= severamente intemperizado, alterado o abierto.
t = 0.05 D (65 – RSR) cm. t = Espesor de shotcrete D= diámetro del túnel
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica RMR - Bieniawsky (1989) CLASIFICACION GEOMECANICA DE LA MASA ROCOSA - RMR (Según Bieniawski, 1989) A. PARAMETROS DE CLASIFICACION Y SUS VALORACIONES Parámetro Indice de >10 Mpa Resistencia de
1
4-10 Mpa
Rango de valores 2-4 Mpa
1-2 Mpa
carga puntual
Para este rango bajo, es preferible el ensayo de compresión uniaxial
>250 Mpa
100-250 Mpa
50-100 Mpa
Valoración
15
12
7
4
Calidad testigo de perforac ión RQD
90% - 100%
75% - 90%
50% - 75%
25% - 50%
<25%
Valoración
20
17
13
8
5
> 2m
0.6 - 2 m
0.2 - 0.6
60-200 mm
< 60 mm
20
15
10
la roca intacta Resistencia compresiva
25-50 Mpa
5 -2 5 Mp a
1 -5 Mp a
< 1 Mp a
2
1
0
uniaxial
2 3
Espaciamiento de discontinuidades Valoración
8
Superficies muy rugosas Superficies ligeramentes Superficies ligeramente Condición de discontinuidades
4 Valoración
No co nt in ua s c er ra da s -
5
Espejo de falla o Panizo Panizo suave > 5mmde espesor
r ug os as . Ap er tu ra < 1 mm r ug os as . Ap er t ur a < 1mm < 5mm d e e sp es or o
o
sin apertura.
Paredes altamente inte m- Paredes altamente inte m- Apertura de 1-5 mm
Apertura > 5 mm
Par edes r ocosas s anas
periz adas.
Juntas c ont n i uas
30
periz adas. 25
Juntas c ontinuas. 20
10
0
PAUTAS PARA LA EXCAVACIÓN Y SOSTENIMIENTO DE 10 M. DE ANCHO DE ACUERDO AL SISTEMA RMR (Según Bieniawsky, 1989)
Flujo por 10 m. de longitud de túnel
5
Agua
(l/m)
subterránea
Presión de Agua/
Ninguno
< 10
25 - 125
> 125
0
< 0.1
10 a
0.1 - 0.2
25
0.2 - 0.5
> 0.5
Completamente seco
Húmedo
Mojado
Goteo
Flujo
15
10
7
4
0
Desfavorable
Muy Desf avorable
-10
-12
-15
-25
-50
-60
Clase de masa rocosa
o principal máximo Condición General Valoración
B. AJUSTE DE LA VALORACION POR ORIENTACION DE LAS DISCONTINUIDADES (ver F) Muy favorable Favorable Regular Orientaciones rumbo y buzamiento 0 -2 -5 Tuneles & Minas 0 -2 -7 Valoraciones Cimentaciones 0 -5 -25 Taludes C. CLASES DE MASA ROCOSA DETERMINADAS POR LAS VALORACIONES TOTALES 100 - 81 80 - 61 60 - 41 Valoración I II III Número de clase Roca muy buena Roca buena Roca Regular Descripción D. SIGNIFICADO DE LAS CLASES DE ROCAS I Número de clase 20 año s s pan 15 m. Tiempo de auto sostenimiento > 400 cohesión de la masa rocosa Kpa > 45° Angulo de fricción de masa rocosa
40 - 21
V Roca muy mala
II
III
IV
V
1 año sp an 10 m.
1 seman as pan 5 m.
10 hr s. Spa n2 .5
3 0minu tos sp an 1m.
300 - 400
200 - 300
100 - 200
< 100
35° - 45°
25° - 35°
15° - 25°
< 15°
Longitud de discontinuidades-Persistencia Valoración
< 1m
1- 3m
3 - 10 m
10 - 20 m
> 20 m
6
4
2
1
0
Cerrada
< 0.1 mm
0.1 - 1 mm
1 - 5 mm
> 5 mm
Valoración
6
5
4
1
0
Rugosidad
Muy rugosa
Rugosa
Ligeramente rugosa
Lisa
Espejo de falla
Valoración
6
5
3
1
0
Ninguno
Relleno duro < 5 mm
Relleno duro > 5 mm
Relleno suave < 5 mm
Relleno suave > 5 mm
6
4
2
1
0
Sana
Ligera
Moderada
Muy intemperizada
Descompuesta
6
5
3
1
0
Separación (apertura)
Relleno (panizo) Valoración Intemperización Valoración
F. EFECTO DE LA ORIENTACION RUMBO Y BUZAMIENTO DE LAS DISCONTINUIDADES EN TUNELERIA ** Rumbo perpendicular al eje del túnel Rumbo paralelo al eje del Túnel Avance con el buzam. Buzamiento 20° - 45°
Buzamiento 45° - 90°
Muy favorable
Favorable
Muy desfavorable
Avance contra el buzam. Buzamiento 45° - 90°
Avance con el buzam. Buzamiento 45° - 90°
Avance contra el buzam. Buzamiento 20° - 45°
Buzamiento 0° - 20°, Independiente del rumbo
Moderado
Desfavorable
Moderado
*
Buzamiento 20° - 45° Moderado
Algunas condiciones son mutuamente excluyentes. Por ejemplo, si el relleno esta presente, la rugosidad de la superficie será dominada por la influencia del panizo. En tales casos usar A 4 directamente. ** Modificado por Wickham et. al. (1972).
Shotcrete
Cimbras
Frente completo 3 m . de avanc e
II - Roc a muy buena RMR: 61 - 80
Frent e c ompl et o Loc almente pernos de 3 m. en 50 mm. en la c orona, Ninguno 1 - 1.5 m. de avance. Sostenimiento la corona. donde sea requerido. completo a 20 m. del frente. Socavón en el tope y banqueo 1.5 - Pernos sistematicos de 4 m. 50 - 100 mm en la corona Ninguno 3 m. de avance en el socavón. de longitud espaciados 1.5 -2.0 y 30 mm. en las paredes. Iniciar sostenimiento despues de en la corona y en las paredes, cada voladura. con malla de alambres en la Completar el sostenimiento a 10 m. corona. del frente de avance. Socavón en el tope y banqueo 1.0 - Pernos sistematicos de 4 - 5 m. 100 - 150 mm. en la coro- Arcos ligeros a medianos 1.5 m. de avance en el socavón. de longitud espaciados 1.0 -1.5 na 30 mm. en las paredes. espaciados a 1.5 m. donde Ins talar el s os teni mi ent o c on el m. en la c orona y en las paredes , s ean requeridos . avance de la excavación, 10 m. del con malla de alambres. frente de avance. Galeria múltiples Pernos sistematicos de 5 - 6 m. 150 - 200 mm. en la coro- Arcos medianos a pesados 0.5 - 1.0 m. de avance en el socavón de longitud espaciados 1 - 1.5 m. na, 150 mm. en las pare- espaciados a 0.75 m. con de tope. Instalar el sostenimiento conen la corona y en las paredes. des y 50 mm. en el frente. encostillado de acero y el avance de la excavación. Pernos en el piso. marchavantes de ser neceShotcrete tan pronto como sea posisario. Cerrar la sección ble despúes de la voladura. (invert).
III - Roca regula r RMR: 41 - 60
IV - Roca mala RMR: 21 - 40
V - Roca muy mala RMR: < 20 E. PAUTAS PARA LA CLASIFICACION DE LAS CONDICIONES DE LAS DISCONTINUIDADES
Pernos de roca ( 20 mm de diámetro, completamente inyectados)
I - Roca muy buena RM R: 81 - 100
<21
IV Roca mala
Excavación
Generalmente no se requiere ningún sostenimiento excepto pernos espóradicos.
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica Q – Barton & Grimstad 2013
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica Q – Barton & Grimstad 2013
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica – Terzaghi 1946 Clase Terreno
Tipo de Terreno
Carga de roca Hr (m) Inicial Final
1 2
Roca Roca
3
Roca
4
Roc a
5 6
Roc a Roca
6'
Grava o arena Grava o arena
Densa
(0,54 a 1, 2)(B+H) (0,62 a 1, 38)(B+H)
Suelta
(0,94 a 1,2)(B+H) (1,08 a 1,38)(B+H)
Suelo cohesivo Suelo cohesivo
Profundidad moderada
(1,1 a 2,1)(B+H)
Profundidad grande
(2,1 a 4,5)(B+H)
Suelo o Roca Expansivos
Expansivo
6'' 7 8 9
Dura y sana Dura. Estratificada o esquistosa Masiva. Moderadamente diaclasada. M oderadament e frac turada. Bloques y lajas. M uy frac turada Completamente fracturada pero sin meteorizar.
Observaciones
Revestimiento solo si hay caída de bloqes. Depende de buzamiento. Caída de bloques probable. 0 a 0,50 B Caída de bloques probable. Empuje lateral si hay estratos inclinados. 0, 25 B a 0, 35 (B +H) Nec es it a ent ibac ión rapi da em puje l at eral pequ e ño. (0, 35 a 1, 1) (B +H) E nt ibac ión i nm edi at a. E mpuje l at eral pequ eño. 1,1 (B+H) Entibación contínua. Empuje lateral considerable. 0 a 0,50 B
0 a 0, 6 (B +H)
Los valores más alt os corresponden a grandes deformaciones que aflojan el terreno. Empuje lateral. Ph = 0,30 ( Hr + 0,5 H)
Fuerte empuje lateral. Entibación contínua con con cierre en la base.
Hasta 90 m. sea cual E ntibación contínua y circular (y deformable en sea (B+H) casos extremos)
Oservaciones : 1) B y H, ancho y alto del túnel. 2) Válido para profundidades mayores de 1,5 (B+H). 3) En las Clases 4, 5, 6, 6' y 6'' reducir la carga a la mitad, por encima nivel freático.
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mod elo d e Clasific ación Geo m ecáni ca Clasificación Geomecánica – Protodyakonov CLASIFICACION DE PROTODYAKONOV
CLASIFICACION DE PROTODYAKONOV
(SIMPLIFICADO DE SZECHY 1967) Es una clasificación bastante extendidad en los países del este de Europa, en los que se utiliza para el dimensionamiento de sostenimiento de túneles y que en 1976 fue adoptada por la A.F.T.E.S. En francia junto con la
Categoría
Descripción
f
E xc epc io nal
Cu arc it a, bas alt o y roc as de res is te nc ia ex ce pc ion al .
20
Alta resistencia
granito, areniscas silíceas, calizas muy competentes.
15 - 50
Caliza, granito algo alterado, areniscas. Areniscas medias y pizarras Lutitas, areniscas flojas, conglomerados friables Lutitas y esquistos, margas compactas. Calizas y lutit as blandas, margas areniscas friables, gravas y Resistencia baja bolones cementados, morrenas. Terrazas, lutitas fisuradas y rotas, gravas compactas, arcillas preconsolidadas. Arcillas, gravas arcillosas. Resistencia muy baja Suelos vegetales, turbas, arenas húmedas Arenas y gravas finas, derrubios. Limos, loess, fangos, etc. Resistencia media
8
6 5 4 3 2
1.5 1.0 0.6 0.5 0.3
de Deere para predimensionado en este país. Protodyakonov clasifica los terrenos asignándoles un parámetro " f " llamado coeficiente de resistencia, a partir del cual y de las diemnsiones del túnel, define las cargas de cálculo para diemnsionar el sostenimiento. La Cla s ifi ca ci ón se res um e en la tab la ad junt a, donde se indi ca el t ipo de terre no y el c oefi ci ent e f, s egún las di st in tas resistencias. Da unas reglas para la determinación de f en función de la resistencia a la compresión simple, el ángulo de roza miento interno y la cohesión, éstas son: para rocas: para suelos:
f=
c 10 f = tg
donde: +
C C
C = Resistencia compresión simple (Mpa.)
C
= Angulo de fricción interna a largo plazo = Cohesión a largo plazo (Mpa.)
Se demuestra que para suelos, el valor de f está comprendido entre tg y 1/2 tag ( /4 + /2). la distribución de cargas sobre el túnel para el dimensionamiento del sostenimiento se hace suponiendo: - Presión uniforme vertical sobre clave: Pv = h - Presión uniforme horizontal lateral : Pv = (h + 0.50 m.) x tg2 (45° + /2) donde:
h=
B 2f B = b + 2 m tag ( 45° -
/2)
b = ancho del túnel m = altura del túnel f = coeficiente de resistencia (Protodyakonov) = ángulo de fricción interna = densidad del terreno. Según experiencias sovíeticas, se ha visto que esta teoría es válida para profundidades de t únel H comprendidas entre: b < H < b 2tg tg
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica – Lauffer - 1958 Tipo
Longitud libre
Tiempo Esta bilida d
A B C D E F G
4 m. 4 m. 3 m. 1.50 m. 0.80 m. 0.40 m. 0.15 m.
20 años 6 meses 1 semana 5 horas 20 minutos 2 minutos 10 segundos
Descripción Sana Algo fracturada Fracturada Friable Muy friable De empuje inmediato De empuje inmediato fuerte
CLASIFICACION DE LAUFFER (Algo mas detallada por Romana 1980) Tipo
Tipo de material
Condición de terreno
A
Roca sana
Terreno bueno
B
Roca sana, c ompacta pero fracturada
Terreno bueno
C D E
FyG
Roca sana, bastante fracturada o roca Terreno medio ligeramente alterada Roca muy fracturada o bastante Rocas blandas. alterada Terreno mediocre. Roca triturada o muy alterada, con juntas Roca blanda, de debíl cohesión rellenas de arcilla, sericita o c aolín Terrenos arcillosos con fuertes empujes. Terreno malo Características análogas a "suelos"
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica – RQD de Don Deere TIPOS DE ENTIBACION RECOMENDADOS POR DEERE EN FUNCION DEL RQD (Para túneles entre 6 m. y 12 m.)
CLASIFICACION DE DEERE RQD RQD (%)
Tipo de Roca
90 - 100 75 - 90 50 - 75 25 - 50 0 - 25
Excelente Buena Media Mala Muy mala
Calidad de Roca
Metodo de Pe rfora ción Con topo
Excelente (1) RQD > 90 Convencional
Con Topo Buena (1) RQD entre 75 % y 90% Convenc ional
Con topo Media RQD entre 50 % y 75% Conven ci ona l
C on t op o Mala (2) RQD entre 25% y 50% Convencional
C on t op o Muy mala (3) RQD < 25% ( Ex cl ui do s l os te rr enos fl uy ent es )
Conven ci ona l
C on to po Muy mala (4) (Terreno fluyente o expansivo)
Convencional
Posibles Sistemas de Entibación Ce rcha s de ace ro (2)
Bulone s (3)
Ninguna u ocasionales Ninguno u ocasionales cerchas ligeras. Peso de roca: (0.0 - 0.2)B Ninguna u ocasionales Ninguno u ocasionales cerchas ligeras. Peso de roca: (0.0 - 0.3)B Ocasionales cerchas Ocasionales o según ligeras a 5 ó 6 pies de una cuadrícula de 5 a 6 separación. pies. Peso de roca (0.0-0.4)B Ce rc has l ige ras a 5 ó 6 S eg ún u na c ua dri cu la pies de s eparac ión. de 5 a 6 pies . Peso de roca (0.3-0.6)B Cerchas ligeras a media Según una cuadricula de 5 a 6 pies de separa- de 4 a 6 pies. ción. Peso de roca es (0.4-1.0)B. Ce rc has li ge ras a m edi as S eg ún u na c ua dri cu la de 4 a 6 pi es de s epara - de 1 a 5 pi es . ción. Peso de roca es (0.6-1.3)B. Cerchas circulares me- Según una cuadricula d ia s d e 1 a 4 p ie s d e s e- d e 3 a 5 pi es . paración. Peso de roca (1.0-1.6)B Cerc has medi as a pes a- Según una c uadric ula das, de 2 a 4 pies de se- de 2 a 4 pies. paración. Peso de roca (1.3-2.0)B. Cerchas circulares me- Según una cuadricula d ia s o p es ad as a 2 p ie s d e 2 a 4 pi es . de separación. Peso de roca (1.6-2.2)B. Ce rc ha s c ir cu la re s p es a- S eg ún un a c ua dr ic ul a das , de 2 pi es de sepa ra- de 3 p ies . ción. Peso de roca es (2.0-2.8)B. Cerchas circulares muy Según una cuadricula p es ad as a 2 pi es de se pa d e 2 a 3 pi es . ración. Peso de roca superior a 250 pies. Cerchas circulares muy Según una cuadricula
Hormigón proye cta do Nada u ocasionales aplicaciones locales. Nada u ocasionales aplicaciones locales de 2 a 3 pulgadas de espesor. Nada u ocasionales aplicaciones locales de 2 a 3 pulgadas.
Oc as io nal es apl ic ac iones l oc al es de 2 a 3 pulgadas . 2 a 4 pulgadas en clave.
4 pu lgad as o m ás en c lave y h as t ial es .
4 a 6 pulgadas en clave y hastial es , c om bi na do c on b ul on es .
6 pulgadas o m ás en c lave y has tiales combinado con bulones.
6 pulgadas o más en toda la secc ió n. Co mb in ad o c on c er ch as de mediano peso. 6 pu lg ad as o m ás en to da la se cc ió n. Com bi nado con ce rc has de mediano peso o pesadas. 6 pulgadas o más en toda la secc ió n. Co mb in ad o c on ce rc ha s pesadas. 6 pulg adas o más en toda la sec-
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica – Louis CLASIFICACION DE LOUIS
Propuesta en 1974 contempla la resistencia de la roca y el tamaño de los bloques en el macizo. - La resistencia de la roca la determina de la compresión simpl e o algún otro valor relacionado con ella, como el del ensayo de carga puntual (Franklin). O el martillo martillo de Schmidt. - El tamaño de los bloques se representa por el "indice de espaciado de fracturas" (IF), que define como "el valor nodal del histograma de distribución de tamaños y que, en la practica, es el diametro medio de un bloque típico de la roca que se pretende clasificar. En función del IF y la resistencia a compresión simple de la roca, define 7 clases diferentes de roca denominadas con las letras A, B, C, D, E, F, G, en orden de calidad decreciente, definiendo a su vez de forma empírica otros 7 tipos de sostenimi ento denominados con números romanos del I al VII, dando a su vez, y en función de estos, recomendaciones sobre forma de avance, longitud de éste, y tiempos de estabilidad sin sost enimiento, así como el consumo de los elementos y dist ribución de los mismos mismos que componen los sostenimientos propuestos - pernos, hormigón proyectado y cerchas. Esta regla empírica de dimensionamiento, según sus autores, es susceptible de modificación, en la cual influirán, entre otros, factores como: la orientación de las fracturas respecto al túnel y s u resistencia al c orte, límites de asentamientos en superficie, y la profundidad y diámetro del túnel.
CLASIFICACION D E LOUIS TIPOS DE ROCA Y DE SOSTENIMIENTO (LOUIS 1974 et al)
1000 ) . m c 100 ( f s a r u t c 10 a r f e d o d a i c 1 a p s E
6
4
5
V
3
IV
III
2
I
II A B
VI
2
C 3 D
VII E
4
F G
7
0.1 1
5
6 10
Resistencia a la c ompresión (Mpa)
100
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica – SRC de Gonzales Vallejo CLASIFICACION GEOMECANICA SRC (Gonzáles de V allejo, 1985)
Indice de Calidad 1. RESISTENCIA MATRIZ ROCOSA Carga puntual (Mpa) Ensayos Compresión simple (Mpa) Puntuación 2. ESPACIADO O RQD Espaciado (m.) RQD (%) Puntuación 3. DISCONTINUIDADES Condiciones
Puntuación 4. FILTRACIONES Caudal por 10 m. de túnel ( l/min.) Condiciones Puntuación 5. ESTADO TENSIONAL Factor de competencia (1) Puntuación Accidentes tectónicos Puntuación Factor de relajación tensional (2) Puntuación Actividad Neotectónica Puntuación CLASES DE ROCA Clase SRC Calidad de roca Puntuación
Resultados y puntuaciones >8 > 250 20
8a4 250 a 100 15
4a2 100 a 50 7
2a1 50 a 25 4
>2 100 a 50 25
2 a 0.6 90 a 75 20
0.6 a 0.2 75 a 50 15
0.2 a 0.06 50 a 25 8
25 a 5 2
No aplicable 5a1 <1 1 0
Factores de corrección de la Clasificación SRC (Gonzalez de Vallejo, 1985)
< 0.06 < 25 5
Muy rugosas Algo rugosas. Algo rugosas. Lisas o con slickensides. Lisas o con slickensides. Discontinuas Discontinuas. Discontinuas. Continuas. Continuas. Sin separación. Bordes Separación menor 1 mm. Separación 1 mm. Abiertas de 1 a 5 mm. Abiertas 1 a 5 mm. poco alterados y duros. Bordes duros y poco al- Bordes blandos y alte- con rellenos. Con rellenos. terados. rados. 30 25 20 10 0 Inapreciable seco 15
< 10 Algo húmedo 10
> 10 10 a 5 10 5 Zonas de Fallas / Cabalgamient o de alcance regional y áreas cercanas -5 > 200 0
200 a 80 -5
10 25 Algunas filtraciones 7
25 125 Frecuentes filtraciones 4
5a3 -5
<3 -10
Tectónica compresiva -2 80 a 10 8
< 10 10
Desestimada o desconocida 0 I Muy Buena 100 a 81
II Buena 80 a 61
Tectónica distensiva 0 Zona afectadas por laderas o taludes 200 a 80 79 a 10 <10 -10 -13 -15
Supuesta -5 III Media 60 a 41
> 125 Abundantes filtraciones 0
Confirmada -10 IV Mala 40 a 21
V Muy mala < 20
(1) Factor de competencia: Resistencia uniaxial matriz rocosa dividida por tensión máxima vertical debido al peso del recubrimiento. (2) Factor de relajación tensional: Edad geológica de la última deformacion tectónica principal ( en años x 10-3) dividida por la máxima carga litostática expresada como el máximo espesor de recubrimiento en metros, estimado según datos geológicos regionales.
1. RESISTENCIA MATRIZ ROCOSA. La puntuación obtenida (Cuadro 18) ajústese para indice de resistencia = IRS x DCF DCF < 30% = 0.6 DCF > 30% < 50% = 0.7 DCF > 50% < 80% = 0.8 DCF > 80% = 1.0 2. ESPACIADO O RQD. La puntuación obtenida (cuadro 18) ajústese para: Indice de fracturas = Espaciado ó RQD x THCF x WCF THCF - Fracturas de compresión = 1.25 WCF - Grado de meteorización > IV = 0.8 - Fracturas de distensión = 0.8 - Grado de meteorización III = 0.9 - Para profundidades < 50 m. = 1.0 - Grado de meteorización I y II = 1.0 3. CONDICIONES DE LAS DISCONTINUIDADES. La puntuación obtenida ( Cuadro 18) ajústese para: Orientaciones con respecto al eje del Túnel (Bieniawski, 1979) Dirección perpendicular al eje del túnel Dirección paralela al eje del Avance con buzamiento Avance contra buzamiento túnel Buzamiento Buzamiento Buzamiento Buzamiento Buzamiento Buzamiento 45° a 90° 20° a 45° 45° a 90° 20° a 45° 45° a 90° 20° a 90° 4. FILTRACIONES. La puntuación obtenida ( Cuadro 18 ) corrijase para: - Fracturas de compresión (+4) sin superar la puntuación total de 15 puntos. - Fracturas de distensión (0) - No aplicable para profundidades menores de 50 m. 5. ESTADO TENSIONAL ( No se aplican factores de corrección)
Buzamiento 0° a 20° en cualquier dirección
IRS = Resistencia de la matriz rocosa (carga puntual o ensayo a compresión simple). DCF = Factor de corrección de durabilidad con resultados del ensayo SDT (Sequedad-humedad-desmoronamiento). THCF = Factor de corrección de historia tectónica. WCF = Factor de corrección de meteorización.
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Índice de resistencia Geológica – GSI Condición de la superficie
INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA (GSI)
Disminución en calidad de superficie a n e u b y u M
INTACTA O MA SIVA.- Macizo rocoso con pocas disc ontinuidades, carente de planos de deformación.
El índice de resistencia geológica GSI proporciona datos al criterio de HoekBrown” (Hoek et al, 1995) siendo un índice de caracterización de macizos rocosos.
POCO FOLIADA.- Macizo rocoso parcialmente fracturado hasta con tres sistemas de discontinuidades. Puede contener intercalaciones de rocas folidadas.
MODERADAMENTE FOLIADA.Macizo rocoso fracturado constituido por intercalaciones de rocas foliadas y no foliadas en proporciones semejantes.
BRECHADA.- Macizo rocoso muy alterado tectonicamente con aspecto brechoide.
MUY FOLIADA .- Macizo rocoso altamente fracturado, constituido unicamente por rocas muy foliadas.
a n e u B
a d a r e d o M
a l a M
a l a m y u M
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo d e Clasific ación Geo m ecáni ca Índice de resistencia Geológica – GSI
Fuente: Msc. Ing. Victor Tolentino Yparragirre Aplicación de la mecánica de rocas en tunelería
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo d e Clasific ación Geo m ecáni ca Índice de resistencia Geológica – GSI
Fuente: Ing. Carlos Antonio Vallejo Vallejo Cortes – Revista del capitulo de Ingeniería Geológica - 2007
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo d e Clasific ación Geo m ecáni ca Clasificación Geomecánica – Rmi de Arild Palmstrom
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica – Rmi de Arild Palmstrom
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Parámetros de Clasificación Geomecánica – ISRM CLASIFICAC ION Y ESTIMACION APROXIMADA DE LA RESISTENC IA UNIAXIAL DE ROCAS Y SUELOS COHESIVOS A PARTIR DE INDICES DE C AMPO (ISRM) Clase
S1 S2 S3 S4 S5 S6
R0
R1
R2
R3 R4 R5
R6
Descripción
Identificación de campo
Suelo muy blando El puño penetra fácilmente varios cm. Suelo blando El dedo penetra fácilmnente varios cm. Suelo firme Se necesita una pequeña presión para hincar el dedo Suelo rígido Se necesita una fuerte presión para hincar el dedo Suelo muy rígido Con cierta presión puede marcarse con la uña Suelo duro Se marca con dificultad al presionar con la uña Roca Extremadamente Se puede marcar con la uña blanda La roca se desmenuza al golpear con Roca muy blanda la punta del martillo de geólogo. Con una navaja se talla facilmente Se talla con dificultad con una navaja. Roca blanda Al golpear con la punta del martillo se producen pequeñas marcas. Roca No puede tallarse con la maquina. moderadamente Puede fracturarase con un golpe fuerte dura del martillo. Roc a dura S e requi ere m ás de un gol pe c on el martillo de geólogo para fracturarla. Roca muy dura Se requieren muchos golpes con el martillo de geólogo para fracturarla. Roca Al golp earlo con el martill o de geólo go extremadamente sólo saltan esquirlas. dura
Aproximación al rango de resistencia a compresión simple (Mpa) < 0.025 0.025 - 0.05 0.05 - 0.10
ESTIMACIONES DE CAMPO DE LA RESISTENCIA COMPRESIVA UNIAXIAL
Grado
R6
R5
Término
Extremadamente fuerte Muy fuerte
Resist. Comp. Indice de Uniaxial Carga puntual Mpa Mpa > 250
100 - 200
< 10
4.0 - 7.0
0.10 - 0.25 0.25 - 0.50
R4
Fuerte
50 - 100
2.0 - 4.0
0.5 R3
Medianamente fuerte
25 - 50
1.0 - 2.0
R2
Débil
5.0 - 25
***
R1
Muy debíl
0.25 - 1.0
1.0 - 5.0
5.0 - 25 R0
50 - 100 100 - 250
> 250
1.0 - 5.0
***
Estimación de la resistencia
Ejemplos **
El material rocoso solo se astilla con Basalto fresco, chert, diabasa golpes repetidos del martillo, resuena gneis, granito, cuarcita. cuando es golpeado. Requiere varios golpes con el martillo Anfibolita, arenisca, basalto, de geólogo para romper especimenes gabro, gneis, granodiorita, de roca intacta. caliza, mármol, riolita, tufo. Especimenes sujetos con la mano Caliza, mármol, filita, arenisca, pueden romperse con un simple golpe a renisca, esquisto, pizarra. con el martillo de geólogo. Un golpe firme con el pico del martillo Lutita, carbón, concreto, indenta la roca hasta 5 mm, el cuchillo esquisto, pizarra, limolita. raya la superficie. El cuchillo corta el material pero es Yeso, sal de roca, potasio. suficientemente duro para moldear especimenes para ensayos triaxiales. El material se desmorona con un golpe Roca altamente intemperizada firme con el pico del martillo, puede ser o alterada labrado con el cuchillo. Indentado por la uña del pulgar. Panizo.
Extremadamente 0.25 - 1 *** debíl * De acuerdo a las normas sugeridas por ISRM (1981). ** Todas las rocas exhiben un rango amplio de resistencia compresiva uniaxial lo cual refleja la heterogeneidad en la composición y * ** Las roc as c on res is tenc ia c om pres iva uni ax ial debaj o de 25 M pa produc en res ul tados al tam ent e am bi guos baj o ens ay os de c arga puntual.
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Parámetros de Clasificación Geomecánica – ISRM CLASIFICACION DE LA RESISTENCIA SEGUN LA ISRM Descripción
Resistencia a Compresión
Extremadamente Blanda Muy blanda Blanda Moderadamente dura Dura Muy dura Extremadamente dura
< 1 Mpa 1 - 5 Mpa 5 - 25 Mpa 25 a 50 Mpa 50 - 100 Mpa 100 - 250 Mpa > 250 Mpa
DESCRIPCION DEL ESPACIADO (ISRM) Descripción E xt remadamente junt as Muy juntas Juntas Moderadamente juntas Separadas Muy separadas Extremadamente separadas
Espaciado (mm) < 20 20 - 60 60 - 200 200 - 600 600 - 2000 2000 - 6000 > 6000
PERFILES DE RUGOSIDAD ISRM, 1981)
Abertura
Continuidad
Longitud (m)
Muy baja continuidad Baja continuidad Continuidad media Alta continuidad Muy alta continuidad
<1 1 3 3 10 10 20 > 20
Descripción
ESCALONADA I
Rugosa
II
Lisa
III
Pulida
IV
ONDULADA Rugosa
V
Lisa
VI
Pulida
PLANA VII
Rugosa
VIII
Lisa
IX
DESCRIPCION DE LA CONTINUIDAD (ISRM, 1981)
DESCRIPCION DE LA ABERTURA
Pulida
0.1 mm 01 - 0.25 mm 0.25 - 0.5 mm 0.5 - 2.5 mm 2.5 - 10 mm > 10 mm 1 - 10 cm 10 - 100 cm
Muy cerrada Cerrada Parcialmente abierta Abierta Moderadamente ancha Ancha Muy ancha Extremadadmente ancha
CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS POR EL N° DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES (ISRM, 1981) Tipo de macizo rocoso I II III IV V VI VII V III IX
Número de familias Masivo, discontinuidades ocasionales solamente 1 familia de discontinuidades 1 familia de discontinuidades más otras ocasionales 2 familias de discontinuidades 2 familias de discontinuidades más otras ocasionales 3 familias de discontinuidades 3 familias de discontinuidades más otras ocasionales 4 o m ás fa mi li as d e d is con ti nui da de s Brechificado
DESCRIPCION TAMAÑO DEL BLOQUE D esc ri pc ió n
J v ( di sc on ti nu id a de s/ m3 )
Bloques muy grandes Bloques grandes Bloques de tamaño medio Bloques pequeños Bloques muy pequeños
<1 1 3 3 10 10 30 > 30
CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS EN FUNCION DEL TAMAÑO Y FORMA DE LOS BLOQUES (ISRM, 1981) Clase
Tipo
I II III IV
Masivo Cúbico Tubular Col umnar
Descripción Pocas discontinuidades o con espaciado muy grande Bloques aproximadamente equidimensionales Bloques con una dimensión considerablemente menor que las otras dos B loques c on una dimens ión c ons iderablement e may or que las otras dos G f
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica – Qtbm de Barton - 2000 Este aplicativo del Qtbm le permite calcular (estimación) el desempeño TBM probable de cada dominio geotécnico a lo largo de un túnel, obviamente, en una pequeña fracción del tiempo en cada tramo identificado geotécnicamente. El programa también combina todas las zonas y calcula y dibuja el resultado acumulativo. Usted debe encontrar la trama de relaciones del AR y T (loglog) para todas las zonas por separado, y el resultado combinado de todo el túnel.
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica – Qtbm de Barton - 2000
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica – Qtbm de Barton - 2000
El programa también combina todas las zonas, calcula y dibuja el resultado acumulativo de los valores PR (m/h) que es el índice de penetración , AR (m/h) velocidad de avance y tiempo h.
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCG = Mo d elo
d e Clasific ación Geo m ecáni ca
Clasificación Geomecánica – RME Índice de excavabilidad del macizo rocoso Bieniawsky, B. Celada y J.M. Galera - 2006 El RME se basa en cinco parámetros específicamente relacionados con el comportamiento del macizo rocoso y las características de las TBMs. Este índice ha sido comprobado con datos procedentes de 22,9 km de túneles construidos con TBM. Se han establecido varias correlaciones entre el RME y algunos parámetros significativos del rendimiento de las TBMs, como la Velocidad Media de Avance (Average Rate of Advance, ARA).
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MI =Modelo d e Instru mentación Medidas de convergencia
Instrumentación
Piezómetro, inclinometros, extensómetros, célula de presión y electronivel
Extensómetro de cuerda vibrante, célula de presión total, clavo de medida de convergencia en dovelas
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MI = Modelo
de Instru mentación
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MI = Modelo
de Instru mentación REPRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DE DEFORMACIONES POR PUNTOS
DISPOSICIÓN DE PUNTOS DE MONITOREO
CONVERGENCIA GENERAL 9.000 7.000 5.000 3.000 1.000 -1.000 -3.000 -5.000 -7.000 -9.000 -11.000 -13.000 -15.000 19/11/04
24/11/04
29/11/04
PUNT O 1 A- B
PUNT O 1 A- C
04/12/04
09/12/04
14/12/04
PUNT O 1 B- C
CUADRO DE RIESGOS PARA LA ZONIFICACIÓN DEL TUNEL NOMENCLATURA DE RIESGOS
ESCALA DE RIESGOS + 60 mm
RIESGO BAJO Rango permisible de trabajo.
+ 40 mm
RIESGO MEDIO
+ 20 mm
Rango de aviso o alerta. Desatar la labor, reportar los crujidos de la roca. Iniciar el reforzamiento con nuevos pernos helicoidales.
0
RIESGO ALTO
- 20 mm
Peligro de desprendimiento de roca. Abandono temporal de la labor. Iniciar con un desatado en avanzada e ir reponiendo, reforzando el sostenimient o con nuevos pernos helicoidales y mallas.
- 60 mm
- 40 mm
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MI = Modelo d e Instru m entación
COMPORTAMIENTO DE LA MEDICION DE CONVERGENCIA EN AMBIENTES PROPENSOS A ESTALLIDO DE ROCAS Gráficos de estaciones de convergencia
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MN = Mo d el o
d e Nu m é ri c o
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MN = Mo d el o
Ensayos de Laboratorio para Módulos de Poisond y Young
d e Nu m é ri c o
Parámetros Físico - Mecánicos con ROCLAB Filita
Zona de Falla
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MN = Mo d el o
d e Nu m é ri c o
UNWEDGE
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MN = Mod elo d e Num é rico
bid im ensio nal - FEM
PHASES
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MN = Mod elo d e Num é rico
bid im ensio nal - FEM
PHASES
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MN = Mod elo d e Num é rico
bid im ensio nal - FEM
PHASES
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MN = Mod elo d e Num é rico
bid im ensio nal - FEM
PHASES
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES ric o - FEM MN = Mo d elo d e Num é
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES ric o - FEM MN = Mo d elo d e Num é Relación entre GSI y el módulo de deform ación d e la masa roco sa para diferentes resistencias d e roca intacta El módulo de deformación se reduce fuertemente con GSI y UCS. Durante la fase de construcción se debe medir el movimiento radial del contorno de la sección transversal del túnel, UCS, y determinar GSI lo que permitirá una calibración del modelo FEM. La tensión y rigidez del macizo rocoso se reducirá también en caso de menores valores de Q. Una estimación de la deformación del macizo se obtiene estimando E rm por la formula siguiente:
Erm = 10(GSI-10)/40 Dónde: Erm = Modulo de elasticidad del macizo rocoso La fórmula no considera la influencia de la temperatura. Sin embargo, en caso de una cobertura de varios cientos de metros, la temperatura tiene un impacto negativo respecto a la rigidez y UCS. La experiencia ganada por científicos e ingenieros permite estimar, que ambos parámetros se reducen en un 3 % en función del gradiente de temperatura de 3oC por 100 m. Una reducción similar se observa de Erm y cohesión Crm (del macizo rocoso) para la relación Erm/Crm de 5,000 hasta 6,000.
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MN = Mo d elo
de Nu m é ric o - FEM
Isometric view of the 3DEC5 model of the underground powerhouse cavern and transformer gallery of the Nathpa Jhakri Hydroelectric Project, analyzed by Dr. B. Dasgupta.
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MSOST = Modelo
de Sostenimiento
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MSOST = Modelo
de Sostenimiento
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MSOST = Modelo
de Sostenimiento
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MSOST = Modelo
de Sostenimiento
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCOST = M o d e l o d e C o s t o Item
Und.
Descripción
m
M etr ad o 1.00
Pr eci o U $ 5.71
Par ci al U $
03.03.10
TUBO DE DRENAJE DE PVC D=2" EN SUBR.
03.04
PROTECCION AMBIENTAL
5.71
03.04.01
MITIGACION AMBIENTAL DURANTE LA CONSTRUCCION
glb
1.00
609,600.00
609,600.00
03.04.02
MITIGACION DURANTE EL USO Y FUNCIONAMIENTO
glb
1.00
120,000.00
120,000.00
04
VENTANA N°01
04.01
OBRAS EN SUPERFICIE (PORTAL DE ENTRADA)
04.01.01
DESBROCE Y LIMPIEZA
ha
04.01.02
EXCAVACION DE MATERIAL SUELTO (INCLUYE TRANSPORTE HASTA 1 KM)
m3
04.01.03
EXCAVACION EN ROCA SUELTA (INCLUYE TRANSPORTE HASTA 1 KM)
m3
04.01.04
EXCAVACION EN ROCA FIJA (INCLUYE TRANSPORTE HASTA 1 KM)
m3
04.01.05
PERNOS DE ANCLAJE D=1" x 2.0 m. C/RESINA
04.01.06
PERNOS DE ROCA d= 1 x 3.0 (spling)
04.01.07 04.01.08
729,600.00
4,293,926.15 272,388.46 0.60
2,435.39
1,461.23
3,074.00
4.17
12,818.58
4,610.50
5.65
26,049.33
7,684.00
16.28
125,095.52
u
233.00
49.66
11,570.78
u
167.00
57.34
9,575.78
MALLA DE ACERO ELECTROSOLDADA
m2
587.50
25.97
15,257.38
SHOTCRETE S/ FIBRA DE ACERO
m3
52.00
269.35
14,006.20
04.01.09
SHOTCRETE C/ FIBRA DE ACERO
m3
35.00
360.98
12,634.30
04.01.10
ACERO DE REFUERZO F`Y=4,200 KG/CM2
t
11.25
1,602.80
18,031.50
04.01.11
ENCOFRADO VERTICAL
m2
250.00
22.46
5,615.00
04.01.12
ENCOFRADO CURVO
m2
337.50
29.02
9,794.25
04.01.13
CONCRETO F`C=210 KG/CM2 (D=1.0 KM)
m3
86.50
121.14
10,478.61
04.02
OBRAS EN SUBTERRANEO
4,021,537.69
04.02.01
EXCAVACION
2,733,180.78
04.02.01.01
EXCAVACION SUBTERRANEA. ROCA TIPO I. BOVEDA
m3
8,762.40
122.62
1,074,445.49
04.02.01.02
EXCAVACION SUBTERRANEA. ROCA TIPO II (A<30.0 M2 Y L<1.0 KM)
m3
13,143.60
122.66
1,612,193.98
04.02.01.03
EXCAVACION DE CUNETAS EN SUBT.
m3
332.50
23.93
7,956.73
04.02.01.04
ELIMINACION MATERIAL DE DERRUMBE. CAUSA GEOLOGICA (L=>1.0 KM)
m3
2,109.60
18.29
04.02.02
SOSTENIMIENTO
04.02.02.01
PERNOS DE ANCLAJE D=1" x 2.0 m. C/RESINA EN TÚNELES. ROCA TIPO I
4,260.00
50.03
213,127.80
04.02.02.02
MALLA DE ACERO ELECTROSOLDADA EN TUNELES. ROCA TIPO I
m2
14,300.00
27.40
391,820.00
04 02 02 03
SHOTCRETE S/ FIBRA DE ACERO EN TUNELES ROCA TIPO I
m3
841 00
270 07
227,128.87
38,584.58
1,288,356.91 u
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCOST = M o d e l o d e C o s t o
4,166,110.28
05
VENTANA N° 02
05.01
OBRAS EN SUPERFICIE (PORTAL DE ENTRADA)
05.01.01
DESBROCE Y LIMPIEZA
ha
0.75
2,435.39
05.01.02
EXCAVACION DE MATERIAL SUELTO (INCLUYE TRANSPORTE HASTA 1 KM)
m3
4,770.00
4.17
19,890.90
05.01.03
EXCAVACION EN ROCA SUELTA (INCLUYE TRANSPORTE HASTA 1 KM)
m3
7,155.00
5.65
40,425.75
05.01.04
EXCAVACION EN ROCA FIJA (INCLUYE TRANSPORTE HASTA 1 KM)
m3
11,924.40
16.28
194,129.23
05.01.05
PERNOS DE ANCLAJE D=1" x 2.0 m. C/RESINA
u
233.00
49.66
11,570.78
05.01.06
PERNOS DE ROCA d= 1 x 3.0 (spling)
u
167.00
57.34
9,575.78
05.01.07
MALLA DE ACERO ELECTROSOLDADA
m2
587.50
25.97
15,257.38
05.01.08
SHOTCRETE S/ FIBRA DE ACERO
m3
52.00
269.35
14,006.20
05.01.09
SHOTCRETE C/ FIBRA DE ACERO
m3
35.00
360.98
12,634.30
05.01.10
ACERO DE REFUERZO F`Y=4,200 KG/CM2
t
11.25
1,602.80
18,031.50
05.01.11
ENCOFRADO VERTICAL
m2
250.00
22.46
5,615.00
05.01.12
ENCOFRADO CURVO
m2
337.50
29.02
9,794.25
05.01.13
CONCRETO F`C=210 KG/CM2 (D=1.0 KM)
m3
86.50
121.14
05.02
OBRAS EN SUBTERRANEO
363,236.22 1,826.54
10,478.61
3,802,874.06
05.02.01
EXCAVACION
05.02.01.01
EXCAVACION SUBTERRANEA. ROCA TIPO I. BOVEDA
m3
5,796.00
122.62
1,808,878.37 710,705.52
05.02.01.02
EXCAVACION SUBTERRANEA. ROCA TIPO II (A<30.0 M2 Y L<1.0 KM)
m3
8,694.00
122.66
1,066,406.04
05.02.01.03
EXCAVACION DE CUNETAS EN SUBT.
m3
220.00
23.93
5,264.60
05.02.01.04
ELIMINACION MATERIAL DE DERRUMBE. CAUSA GEOLOGICA (L=>1.0 KM)
m3
1,449.00
18.29
26,502.21
u
3,757.00
50.03
187,962.71 259,176.60
05.02.02
SOSTENIMIENTO
05.02.02.01
PERNOS DE ANCLAJE D=1" x 2. 0 m. C/RESINA EN TÚNELES. ROCA TIPO I
05.02.02.02
MALLA DE ACERO ELECTROSOLDADA EN TUNELES. ROCA TIPO I
m2
9,459.00
27.40
05.02.02.03
SHOTCRETE S/ FIBRA DE ACERO EN TUNELES. ROCA TIPO I
m3
600.00
270.07
162,042.00
05.02.02.04
SHOTCRETE C/ FIBRA DE ACERO EN TUNELES. ROCA TIPO III
m3
900.00
361.84
325,656.00
05.02.03
REVESTIMIENTO
05.02.03.01
CONCRETO F´C=140 KG/CM2. PARA CANALETA. ROCA TIPO III
05.02.03.02
ACERO DE REFUERZO F`Y=4,200 KG/CM2. PARA TUNELES. ROCA TIPO I
05.02.03.03
ENCOFRADO VERTICAL PARA TUNELES. ROCA TIPO I
05.02.03.04 05.02.03.05
934,837.31
1,059,158.38 m3
52.00
149.64
7,781.28
262.50
1,716.89
450,683.63
m2
2,270.00
24.14
54,797.80
ENCOFRADO CURVO PARA TUNELES. ROCA TIPO III
m2
3,300.50
29.97
98,915.99
CONCRETO F´C=210 KG/CM2. PARA TUNELES EN LOSA. ROCA TIPO I
m3
2,692.00
166 04
446 979 68
t
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MCOST = Modelo
Fuente:
de Costo
Predicción del coste de la obra civil de un túnel ejecutado por métodos convencionales -
Subterra
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MEXC = Modelo Perforación y Voladura
de Excavación Mecanizado
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MEXC = Mo d elo
de Ex cav ación co n m é to do NMT
El NMT utiliza el Q- System, que es un método empírico, para la regulación de la descripción de condiciones de roca y recomendaciones de sostenimiento. Un aspecto importante es que las recomendaciones para el sostenimiento dadas por el Q-system, se pueden verificar con el uso de modelos numéricos. El Hecho de reemplazar la malla por fibra y dar mayor versatilidad a los sostenimientos hizo que el método del NTM se adapte mejor a las dificultades de los túneles excavados en rocas de difícil condición geológica.
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MEXC = Mo d elo
de Ex cav ación co n m é to do NMT
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MEXC = Mo d elo
de Ex cav ación co n m é to do NMT
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MEXC = Mo d elo
de Ex cav ación co n m é to do NMT
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MEXC = Mo d elo
d e Excav aci ón co n m é to d o NATM
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MEXC = Mo d elo
de Exc avación co n m é to do NATM
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MEXC = Mo d elo
de Exc avación co n m é to do NATM
MODELO GEOMECANICO INTEGRAL DE TUNELES MEXC = Mo d elo
de Exc avación co n m é to do NATM