Libro Clasificaciones

7/25/2019 Libro Clasificaciones

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CLASIFICACIONES GEOMECANICAS

1. INTRODUCCION

Las clasifcaciones geomecnicas (en ingls Rock Mass Classifcation)tienen por objeto caracterizar ingenierilmente un determinado macizo rocoso yevaluar unas necesidades de sostenimiento en uncin de una serie deparmetros a los ue se les asigna un cierto valor!

"lasifcar geomecnicamente una masa o macizo rocoso consiste en otorgarleuna puntuacin seg#n una metodolog$a o criterio preestablecido!

%s crucial considerar ue cada una de estas categor$as se puede traducir en unaserie de recomendaciones sobre longitud de pase& tiempo de estabilidad de losvanos& necesidades y tipos de sostenimiento& etc!

Las clasifcaciones geomecnicas surgieron de la necesidad de parametrizarobservaciones y datos empricos, para evaluar medidas de sostenimiento de

tneles. () Se puede decir ue !oy da las clasifcaciones geomecnicas son

un m"todo de uso generalizado en el proyecto y construcci#n de tneles. Las

clasifcaciones geomecnicas son un m"todo de ingeniera geol#gica ue

permite evaluar el comportamiento geomecnico de los macizos rocosos, y de

au estimar los parmetros geot"cnicos de dise$o y el tipo de sostenimiento

de un tnel!

La gran aportacin de estas clasifcaciones 'a sido la de parametrizar y

establecer un lenguaje com#n entre gelogos& ingenieros y constructores!Las clasifcaciones son una 'erramienta muy #til en el diseo y construccin deobras subterrneas& pero debe ser usada con cuidado para su correctaaplicacin& pues eige conocimientos y eperiencia por parte de uien la utiliza!

*e 'an convertido en una 'erramienta 'abitual para el reconocimiento de losmacizos rocosos en los ue van a construirse obras de ingenier$a yespecialmente t#neles y obras subterrneas (+omana& ,--.)! "omo indica elproesor +omana (,--.)& eisten opiniones contrapuestas sobre lasclasifcaciones geomecnicas (/abla .)0

En contra A favor

"arecen de base cient$fca& setrata de compilacionesemp$ricas

/odo el mundo las utiliza

*implifcan ecesivamente losproblemas reales

1ermite cuantifcar 'ec'osnaturales complejos

*on peligrosas porue personassin la adecuada ormacin

pueden pensar ue& con unasimple aplicacin del mtodo

%stablece un lenguaje tcnicocom#n

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clasifcatorio& 'an llegado aresolver un proceso complejo

Tabla 1: Pros y contras del uso de las clasifcaciones geomecnicas

(tomado de Romana, 2001

Las clasifcaciones pueden usarse en la etapa de proyecto y tambin durante laobra! %n la etapa de proyecto& permiten estimar el sostenimiento necesario enbase a las propuestas del autor de cada sistema de clasifcacin& mientras uedurante la obra& permiten evaluar la calidad del terreno ue se va atravesandoconorme avanza la ecavacin del t#nel o la galer$a y aplicar el sostenimientocorrecto en cada caso!

%n los esuemas ue siguen se muestran las actividades concretas a eectuaren las dos etapas ue se 'an considerado!

Etapa de Proyecto. Las actividades t$picas ue se realizan durante el

1royecto en relacin con las "lasifcaciones 2eomecnicas son las siguientes0 %ectuar el %studio 2eolgico de la traza por donde va a discurrir el t#nel

o galer$a! %valuar litolog$as& resistencia de la roca& estado de las juntas ypresencia de agua!

3ividir el perfl longitudinal de la obra subterrnea en tramos decaracter$sticas similares!

"alcular el $ndice de clasifcacin de cada tramo! %s conveniente el usode al menos dos sistemas de clasifcacin& los ms 'abituales son el de4ienia5s6i y el de 4arton!

%n uncin de la clasifcacin geomecnica o la combinacin de varias seestablecen unos rangos de calidad de roca y a cada rango una tipolog$ade sostenimiento& es lo ue se denomina sostenimientos tipo&recuentemente entre 7 y 8 categor$as!

9signar a cada tramo un sostenimiento& en uncin del $ndice de calidadobtenido de las propuestas del sistema de clasifcacin y de la propiaeperiencia del proyectista!

%stablecer mediciones y presupuestos! %stimados varios sostenimientos

tipo y las longitudes de t#nel en ue se aplican& se puede medir ypresupuestar cada uno de los elementos ue componen el sostenimiento(m7de 'ormign proyectado& n#mero de cerc'as& n#mero o longitud totalde pernos& etc!)

Etapa de o!ra!: 3urante la ;bra las "lasifcaciones 2eomecnicas se usanseg#n se eplica a continuacin0

%s necesario tener previstos varios tipos de sostenimiento y los criteriospara aplicar cada uno de ellos! 2eneralmente estos debern venirincluidos en el 1royecto "onstructivo del t#nel o de la mina!

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%n cada avance calcular en el rente el $ndice de calidad de la roca (+


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".1 CLASIFICACI$N R%D

?ue propuesta por 3eere y colaboradores (.@8A) y se basa en clasifcar elterreno #nicamente por el valor del +oc6 =uality 3esignation o +=3! *eg#n elvalor de este parmetro se proponen unos ciertos sistemas de sostenimiento!

%l $ndice +oc6 =uality 3esignation (en adelante +=3) ue desarrollado por 3eerey colaboradores en .@8A para estimar de orma cuantitativa la calidad delmacizo rocoso a partir de testigos de sondeo (3eere .@8A& 3eere et al .@8A)! %l+=3 se defne como el porcentaje de ragmentos de testigo mayores de .- cm(B pulgadas) en el total de la maniobra del sondeo (core run)!

8igura 1: Procedimiento 'ara estimaci"n del R45 tomando como

e9em'lo una determinada maniobra de sondeo (traducido de 5eere,ord et al in litt;

R%D & Ca'(dad

C ,D


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Tabla 2; Calidad de la roca en $unci"n de R45 (5eere et al, 1)+6;

%l +=3 debe determinarse para cada maniobra de un sondeo& entendiendocomo tal la accin de realizar una peroracin 'asta ue uede el tubo

portatestigos lleno o no pueda por alguna razn progresar (ya sea en modoconvencional o 5ire line)! ;bviamente& un sondeo se realiza a travs dedierentes maniobras sucesivas ue permitan alcanzar la proundidad deseada!

%n el caso de no disponer de sondeos eisten otras alternativas de clculobasadas en las metodolog$as propuestas por 1riest y Fudson (.@G.) ue emplea

el $ndice de racturas por metro lineal ()& y de 1alstrHm (.@G,) el $ndicevolumtrico (Iv)!

%stos dos conceptos no eist$an en los tiempos en los ue 3eere ide el +=3 ysu criterio geomecnico& pero los incluimos au$ pues 'oy en d$a son

universalmente utilizadas cuando no se dispone de sondeos o para corroborarlos valores obtenidos en las ecavaciones!

".1.1 C)LCULO DEL R%D A PARTIR DE DATOSDETERMINADOS A LO LARGO DE UNA L*NEA+ E,PRESI$N DEPRIEST # -UDSON

%n el caso de no disponer de sondeos& el %&'puede estimarse tambin a partirde la siguiente epresin propuesta por 1riest y Fudson (.@G.) para toma dedatos lineales ue proporciona el valor terico m$nimo del +=30

(1

3onde J es el n#mero de juntas por metro lineal! 1ara la determinacin del

parmetro& debemos tomar una l$nea con cinta mtrica en el entorno de laestacin geomecnica %s 'abitual tomar varias J seg#n orientacionesdierentes& y normalmente ser sufciente con un par de ellas en direccionesnormales entre s$& si el macizo es semejante en toda la longitud investigada oparalelo y perpendicular a la estratifcacin o juntas ms desavorables! 9continuacin debemos medir todas las juntas (K) ue interceptan nuestra l$neade longitud (L)! 9 partir de estos valores podemos obtener el parmetro J

(juntas por metro lineal) y determinar el +=3 del macizo rocoso sustituyendoeste valor en la ecuacin (.)!

".1.1.C)LCULO DEL R%D A PARTIR DE LA E,PRESI$N DE PALSTRM

/ambin podemos calcular el +=3 con la ormulacin de 1alstrHm (.@G,)& apartir del $ndice volumtrico de juntas (Iv)0

Jv=

i=1

n1

si

(,)

3onde sies el espaciado medio de cada amilia ide discontinuidades y Iv es eln#mero de discontinuidades por m7de macizo! 9 partir del parmetro Iv& el +=3

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puede determinarse sustituyendo el valor obtenido de Iv en la ecuacin (,) enlas siguientes epresiones0

RQD=1153.3 Jv *i Iv B!D ( (ord et al , in litt;

1ara llevar a cabo de orma rpida la determinacin del +=3 en un aMoramientoes muy #til valerse de unciones continuas ya grafcadas como la de la ?igura ,!+esulta sencillo determinar el $ndice volumtrico de juntas o las juntas pormetro lineal& pero para las rmulas de 1alstrHm o 1riest& se reuiere de unacalculadora!

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"." CLASIFICACI$N RSR /ROC0 STRUCTURE RATING

Nic6'am y colaboradores (.@A,) idearon un mtodo cuantitativo para describirla calidad de un macizo rocoso y para seleccionar el sostenimiento apropiadoen base a una clasifcacin denominada +oc6 *tructure +ating (+*+)! La mayorparte de los casos 'istricos empleados en el desarrollo de este sistemaproven$an de t#neles relativamente peueos sostenidos por cerc'as metlicas&aunue 'istricamente este sistema ue el pionero en 'acer reerencia al'ormign proyectado (s'otcrete)! 9parte de estas limitaciones& merece la penaeaminar el sistema +*+ con mayor detenimiento dado ue demuestra la lgicainvolucrada en el desarrollo de un sistema de clasifcacin de macizo rocosocuasi cuantitativo (Foe6& ,--A)!

La importancia del sistema +*+ como veremos ms adelante& en el desarrollode las clasifcaciones ms modernas radica en ue introduce el concepto depuntuar cada uno de los componentes para llegar a un valor numrico del +*+

dado por +*+ O 9P4P"!3onde cada uno de los parmetros tienen el siguiente signifcado0

1armetro 90 2eolog$a! %valuacin general de la estructura geolgica basndoseen0

a) /ipo de origen de la roca0 $gnea& sedimentaria o metamrfca

b) 3ureza de la roca0 alta& media& blanda& descompuesta

c) %structura geolgica (masiva& ligeramente allada o plegada&

moderadamente allada o plegada o intensamente allada Q plegada!

1armetro 40 2eometr$a! %ecto del patrn de las discontinuidades con respectoa la orientacin del avance del t#nel& en base a0

a) %spaciado de las juntas

b) ;rientacin de las juntas (rumbo y buzamiento)

c) 3ireccin de avance del t#nel

1armetro "0 %ecto de la infltracin de agua subterrnea y condicin de lasjuntas seg#n0

a) "alidad global del macizo rocoso combinando 9 y 4

b) "ondicin de las discontinuidades (buena& regular o mala)

c) "antidad de infltracin de agua (en galones por minuto por .--- pies de

t#nel)

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3ebe de tenerse en cuenta ue la clasifcacin +*+ emplea medidas Rmperiales!9 continuacin se muestran las tres tablas del art$culo de Nic6'am ycolaboradores de .@A,! %stas tablas (/abla 7&/abla B&/abla D) pueden emplearsepara puntuar cada uno de estos 7 parmetros para obtener el valor del +*+! %lmimo +*+ es .--!

/ipo bsico de roca %structura geolgica

dura

media

blanda

descompuesta

Sgnea . , 7 B masiva

Ligeramenteallada oplegada


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,!juntasestrec'as

,:8pul

.7 .8 .@ .D .A .B .B ..

7!moderadamente

racturado8:., pul

,7 ,B ,G .@ ,, ,7 ,7 .@

B!demoderadoa bloues.:, pies

7- 7, 78 ,D ,G 7- ,G ,B

D!debloues a

masivo ,:B

pies

78 7G B- 77 7D 78 ,B ,G

8! masivo B pies

B- B7 BD 7A B- B- 7G 7B

Kota0 (a) 'orizontalQsub'orizontal0 -:,-T& buzando0 ,-:D-T& verticalQsubvertical0D-:@-T

Tabla *: Parmetro A; Patr"n de 9untas y direcci"n de eBca=aci"n

(traducido de @oek 2006

?lujo de aguagalonesQminutogpmQ.--- pies

de t#nel

*uma de parmetros 9P4

.7:BB BD:AD"ondicin de juntas (b)

buena regular pobre buena regular pobre

ninguno ,, .G ., ,D ,, .G

Ligero C ,--gpm

.@ .D @ ,7 .@ .B


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".; CONSIDERACIONES

"uando analizamos las clasifcaciones geomecnicas +oc6


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CLASE I=0 B-+


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8igura *: stimaci"n cualitati=a de resistencia mediante martillo de ge"logo,

gneis bandeado, Austar=ie9o; /e %a tomado una muestra de mano (lo cual es

ms a'ro'iado Due gol'ear en la masa rocosa Esta se %a roto con un $uerte

gol'e con el martillo, lo Due indica una clase R


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8igura +: #baco 'ara obtenci"n de la =aloraci"n o 'untuaci"n del R45

(Aieniaski, 1)3)

;.> SEPARACI$N ENTRE ?UNTAS /RMR;

/iene una valoracin mima de ,- puntos! %l parmetro considerado es laseparacin en metros entre juntas de la amilia principal de diaclasas de la roca obien auellas ue claramente gobiernan la estabilidad!

8igura 6: #baco 'ara obtenci"n de la =aloraci"n o 'untuaci"n del

es'aciado entre discontinuidades (Aieniaski, 1)3)

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8igura 3; Muralla de la Faletta (Malta; s'aciado normal de $amilia de

las 9untas (asociadas a una $alla de ti'o normal; s'aciado

com'rendido entre +0 y 200 cm;

;.@ ESTADO DE LAS DIACLASAS /RMR>

%s el parmetro ue ms inMuye& con una valoracin mima de 7- puntos!

1ueden aplicarse los criterios generales de la/abla Ao bien aplicar la espec$fca/abla G& en la ue el estado de las diaclasas se descompone en otros cinco sub:parmetros0 persistencia& apertura& rugosidad& relleno y alteracin de la junta!

Vn subparmetro ue presenta cierta controversia en su determinacin es el dealteracin de las paredes de las discontinuidades o juntas& recogemos lasindicaciones de 4ienia5s6i (.@G@)

.: +oca resca o inalterada (refrindose siempre a las paredes)! Ko 'ay signosvisibles de alteracin0 roca resca& cristales brillantes

,: +oca ligeramente alterada! Las discontinuidades estn manc'adas odescoloridas y pueden contener un relleno fno de material alterado! Ladecoloracin puede etenderse a la roca desde la superfcie de ladiscontinuidad a una distancia de 'asta un ,-W del espaciado de ladiscontinuidad!

7: +oca moderadamente alterada! Leve decoloracin se etiende desde losplanos de discontinuidad 'asta ms del ,-W del espaciado de ladiscontinuidad! Las discontinuidades pueden contener relleno de materialalterad! *e puede apreciar una apertura parcial de los bordes de grano!

B: +oca muy alterada! La decoloracin se etiende por toda la roca y elmaterial rocoso es parcialmente riable E desmenuzable! La tetura originalde la roca se 'a preservado undamentalmente& pero 'ay separacin entre

los granos!

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D: +oca descompuesta& completamente alterada! La roca se 'a decoloradocompletamente y de 'a descompuesto en un suelo disgregable! Laapariencia eterna es la de un suelo!

8igura ): 9em'lo de roca moderadamente alterada, con

discontinuidades abiertas Due contienen arena G grado HHH en granitos deAustar=ie9o, Madrid;

8igura 10: 9em'lo de 'lano de discontinuidad $riableI grado * de

alteraci"n de discontinuidades (granito de Austar=ie9o G Madrid

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;. PRESENCIA DE AGUA /RMR@

La valoracin mima es de .D puntos! La/abla Aorece tres posibles criterios devaloracin0 estado general& caudal cada .- metros de t#nel y relacin entre lapresin del agua y la tensin principal mayor en la roca!

8igura 11: 9em'lo de un cierto caudal, recoger&a el agua de fltrar&a 'orgoteo ms de 200 m de galer&a abandonada, seria 'or tanto una

=aloraci"n de *; Mina de 'lomo abandonada en os ?uindos, aEn

(s'aJa

8igura 12; ?rado de fltraci"n HHH; a discontinuidad esta seca 'ero se

reconocen indicios de Due %a Kuido agua 'or las discontinuidades

como traas oBidadas, 'resencia de mo%o y 'reci'itados de arcillas

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mo=iliadas (caoliniaci"n y la=ado; Mina /an Marcelino; Colmenar

Fie9o; Madrid

%stos cinco sumandos conorman el llamado +


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Par3etro Rano de va'ore

1

+esistencia de laroca

intacta

Sndice de resistencia a carga puntual (1ointload inde)

"ondicin de las discontinuidades

*uperfcies muyrugosas

Ko continuas

*in separacin

1aredesinalteradas

*uperfciesligeramente

rugosas

*eparacin C.mm

1aredesligeramente

alteradas

*uperfciesligeramente

rugosas

*eparacin C .mmm

1aredes muyalteradas

*u

+

*

Xaloracin 7- ,D ,-

9guasubterrnea

?lujo interno por .- m de longitud de t#nel

(LQmin)

Kulo C.- .-:,D

+atio 1resin agua en juntas Qtensin principal

mayor 5Q.

- -:-!. -!.:-!,

@ "ondiciones generales "ompletamente seco

Ligeramente'#medo

F#medo

Xaloracin .D .- A

Tabla 6: Parmetros de clasifcaci"n RMR y su =aloraci"n (traducido de

Aieniaski, 1)3) y modifcado de Corne9o y /al=ador, 1))+

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par3etro va'orac(6n

Longitud deladiscontinuid

ad(1ersistencia

Q

continuidad)

C. m .:7 m 7:.- m .-:,- m ,- m

8 B , . -

*eparacin

(apertura)

Kada C-!. mm -!.:.!-

mm

.:D mm D mm

8 D B . -

+ugosidad


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para "imentacin

- :, :A :.D :,D

/aludes - :D :,D :D- :8-

Tabla ): Correcci"n 'or orientaci"n de las 9untas (traducido de

Aieniaski, 1)3)

+umbo perpendicular al eje del t#nel +umbo paralelo aleje del t#nel

4uzamiento- : ,-Y

Rndependiente delrumbo

%c! a avorbuzamiento

%c! contrabuzamiento

4uz!BDY 4uzamien0 ,-:BDY

4uz!BDY 4uzamien0 ,-:

BDY

4uz!BDY 4uzamien0 ,-:

BDY


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8igura 1*: 5etalle de $rente de eBca=aci"n en macio rocoso de calidad

HHHb RMR L *< (mina auricoc%a, Per., 2012

8igura 1: 8rente de t.nel de C%urriana, Mlaga 'ase con RMR L . CLASIFICACION GEOMEC)NICA %

>.1 INTRODUCCI$N

>.1.1 -ISTORIA # GENERALIDADES

%l *istema:= o com#nmente conocido por clasifcacin de 4arton ue desarrolladoen el K2R& Rnstituto 2eotcnico Koruego de Koruega entre .@A. y .@AB por 4arton&Lien y Lunde (4arton et!al! .@AB)! *e bas su estudio en el anlisis de cientos decasos de t#neles construidos principalmente en %scandinavia!

3esde su introduccin en .@AB& este sistema 'a tenido revisiones de la tabla desostenimientos y publicadas en los congresos pertinentes! /uvo lugar una etensaactualizacin en .@@7& basndose en .-D- ejemplos principalmente de

ecavaciones subterrneas noruegas (2rimstad y 4arton& .@@7)! %n ,--, seelabor una nueva actualizacin basada en ms de @-- nuevos ejemplos de

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ecavaciones subterrneas en Koruega& *uiza y e Rndia! %sta actualizacin tambinincluye una investigacin anal$tica con respecto al espesor& espaciado y reuerzomediante las costillas de 'ormign proyectado (+einorced +ibs o *prayedconcrete E++*) como una uncin del peso y de la calidad del macizo rocoso

(2rimstad et!al! ,--,)! Las costillas de 'ormign proyectado son una de lascaracter$sticas o particularidades del reuerzo para terrenos de peor calidad en latcnica tunelera noruega!

>.1." CAMPO DE APLICACI$N

%l valor de = puede utilizarse para clasifcar el macizo rocoso alrededor de un'ueco subterrneo& y tambin para 'acer un mapeo o levantamientogeomecnico de campo! %sto uiere decir ue el valor de = depende del 'uecosubterrneo y de su geometr$a& y por tanto no es una caracterizacinindependiente del macizo rocoso (K2R& ,--.7)! %l valor del $ndice = obtenido de un

macizo rocoso sin perturbar en superfcie puede ser dierente del de la ecavacin(K2R& ,-.7)! %l valor de = es ms preciso cuando se toma en 'uecos subterrneos!*in embargo el sistema puede emplearse tambin para levantamientos de campo&testifcacin de sondeos e investigaciones en un sondeo (testifcaciones tipotelevie5er& etc!)& pero cabe recalcar ue& en esos casos& especialmente en lossondeos& algunos de los parmetros pueden ser di$ciles de estimar! Los valores del$ndice = obtenidos de sondeos y mapeos superfciales deben de tomarse conprecaucin y son a menudo ms inciertos ue los obtenidos en las ecavacionessubterrneas (K2R& ,-.7)!

>.1.; LIMITACIONES/al y como seala el K2R (,-.7) la mayor$a de los casos estudiados paraimplementar el sistema = corresponden a macizos rocosos racturados duros! %semismo K2R (,-.7) seala ue 'ay pocos ejemplos de rocas dbiles con pocas aningunas juntas& y por anlisis de sostenimientos en ese tipo de rocas deben decontemplarse otros mtodos a utilizar combinados con el sistema =& con medidasde deormacin y simulaciones numricas en rocas con sueezing o rocas muydbiles (=C.)!

%l sistema = es emp$rico con respecto al sostenimiento del macizo! %l uso de gunita

u 'ormign proyectado se 'a etendido tambin a macizos rocosos de buenacalidad! Las recomendaciones de sostenimiento son conservadoras en esos casos(K2R& ,-.7)

>." C)LCULO DEL *NDICE %

>.".1 F$RMULA

%l sistema = (clasifcacin de 4arton) asigna a cada terreno un $ndice de calidad=& tanto mayor cuanto mejor es la calidad de la roca! *u variacin no es lineal comola del +


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(nterva'o De2cr(pc(6n o ca'(dad

-&--. E -&-. +oca ecepcionalmente mala

-&-. E -&. +oca etremadamente mala

-&. Z. +oca muy mala. : B +oca mala

B : .- +oca media

.- : B- +oca buena

B- : .-- +oca muy buena

.-- : B-- +oca etremadamente buena

B-- : .--- +oca ecepcionalmente buena

Tabla 12: Puntuaci"n de la clasifcaci"n 4;

%l valor de = se obtiene de la siguiente epresin0

(

0

3onde cada parmetro representa lo siguiente0

R45es el $ndice +oc6 =uality 3esignation! 4arton indica ue basta tomar el+=3 en incrementos de D en D& y ue como m$nimo tomar +=3O.-! 3adoue& adems& con un +=3 O - obtendr$amos un = O -)!

nes el coefciente de amilias de juntas& var$a entre -!D y ,-& y depende deln#mero de amilias de juntas ue 'ay en el macizo!

res el coefciente de la rugosidad de las juntas var$a entre . y B& y dependede la rugosidad de las juntas!

aes el coefciente de alteracin de juntas& var$a entre -!AD y ,-& y dependedel grado de alteracin de las paredes de las juntas de la roca!

es el coefciente de reduccin por agua en juntas y var$a entre -!-D y .&dependiendo de la presencia de agua en el t#nel!

/R8 son las iniciales de *tress +eduction ?actor& y depende del estadotensional de la roca ue atraviesa el t#nel! Xar$a entre -&D y B--

1ara la obtencin de cada uno de los cinco #ltimos parmetros& se aportan unastablas (/abla .B& /abla .D& /abla .8&/abla .A& /abla .G y /abla .@) donde seobtienen los valores correspondientes en uncin de descripciones generales delmacizo rocoso!

3e esta orma los dierentes cocientes tienen una signifcacin especial0

[ (+=3QIn) indica el grado de racturacin o tamao de bloue!23


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[ (Ir QIa) es la riccin de juntas& la resistencia al corte entre los bloues!

[ (I5Q*+?) se denomina tensin activa y es la inMuencia del estadotensional& de di$cil interpretacin!

9 continuacin se indica el modo de valorar los dierentes parmetros0

>.; ROC0 %UALIT# DESIGNATION /R%D&

\a se 'a mencionado en el apartado 7!B los dierentes criterios para obtenerlo! 9dierencia del +


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" Vna amilia y algunas diaclasas aleatorias 7

3 3os amilias de diaclasas B

% 3os amilias y algunas diaclasas aleatorias 8

? /res amilias de diaclasas @2 /res amilias y algunas diaclasas aleatorias .,

F "uatro o ms amilias& diaclasas aleatorias& roca muyracturada& roca en terrones

.D

I +oca triturada& tipo suelo ,-

Kotas0 %n intersecciones de t#neles se utiliza la epresin (7In)

%n las bocas de los t#neles se utiliza la epresin (,In)

Tabla 1*: Faloraci"n del &ndice de diaclasado n en la clasifcaci"n 4

(traducido de !?H 201


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Rrlanda o %cuador! Las columnas tienen 'abitualmente orma 'eagonal&ormadas por juntas en tres direcciones dierentes (?igura .8)! La #nica direccinde desprendimiento es seg#n los ejes de estas columnas (K2R& ,-.7)! .@ INDICE DE RUGOSIDAD ?r

La riccin de las juntas depende de la naturaleza de las paredes de lasdiscontinuidades0 si son onduladas& planares& rugosas o lisas! %l $ndice derugosidad describe estas condiciones y se estima a partir de la /abla .D! *e debede evaluar el Ir para todas las juntas! 3espus para calcular el $ndice = elproyectista elegir normalmente la junta ms desavorable de cara a laecavacin del 'ueco! ; bien tambin puede obtenerse un valor m$nimo&mimo& medio o ms recuente y 'acer un anlisis cuasi estad$stico!

1ara utilizar la/abla .Des importante 'acer una primera consideracin0 si ante

un movimiento mimo de .- cm seg#n la discontinuidad eistir o no contactoentre las paredes! %n el caso de ue eista contacto tenemos las categor$as a) y

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b) y subcategor$as de 9 a 2!


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8igura 16: 9em'los de rugosidades de 9untas (H/RM, 1)63

>. INDICE DE ALTERACI$N DE DISCONTINUIDADES /?a

9dems de la rugosidad& el relleno de las juntas es importante de cara a lariccin de las juntas! 9l considerar el relleno de juntas 'ay dos actores ue sonimportantes0 el espesor y la resistencia! %sos actores dependen de lacomposicin mineral!

1ara la determinacin del valor o $ndice de alteracin de una junta (Ia)& el rellenode la misma se divide en tres categor$as (a& b y c) basadas en el espesor y elgrado de contacto entre paredes cuando se desplace y se produzca un cortanteseg#n este plano (K2R& ,-.7)!

%stos conceptos y la valoracin del parmetro Ia estn indicados en las ?igura .G&

%rror0 +eerence source not oundy ?igura .@y/abla .8!

28


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8igura 13: Relaci"n entre las 9untas, el relleno y el des'laamiento

cortante, de arriba aba9o categor&as a, b y c (8uente: !?H, 201


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?a nd(ce de a'terac(6n raproH.

?a

a) "ontacto entre los planos de la discontinuidad (sin minerales de relleno intermedio& solo

recubrimientos: manc'as)9 3iscontinuidad cerrada& dura& sin reblandecimientos& relleno

impermeable& por ejemplo cuarzo o epidota: -&AD

4 1lanos de discontinuidad inalterados& superfcies ligeramentemanc'adas

,DT:7DT

.

" 1lanos de discontinuidades ligeramente alterados! 1resentanminerales no reblandecibles& part$culas arenosas& roca desintegradalibre de arcillas& etc!

,DT:7-T

,

3 +ecubrimientos de arcillas limosas o arcillas:arenosas! ?raccinpeuea de arcilla (no blanda)

,-T:,DT

7

% +ecubrimientos de arcillas blandas o de baja riccin& es decir&

caolinita o mica! /ambin clorita& talco& yeso& grafto& etc!& y peueascantidades de arcillas epansivas

GT:

.8T

B

b) "ontacto entre los planos de la discontinuidad ante un desplazamiento cortante inerior a.- cm (minerales de relleno en peueos espesores)

? 1art$culas arenosas& roca desintegrada libre de arcilla& etc! ,DT:7-T

B

2 +ellenos arcillosos uertemente sobreconsolidados& no reblandecibles(continuos& pero con espesores ineriores a Dmm)

.8T:,BT

8

F +ellenos arcillosos con sobreconsolidacin media a baja& conreblandecimiento(continuos& pero de espesores ineriores a Dmm)

.,T:

.8TG

I +ellenos de arcillas epansivas& es decir& tipo montmorillonita

(continuos& pero con espesores ineriores a Dmm)! %l valor de Iadepende del porcentaje de part$culas epansivas tamao arcilla

8T:

.,T

G:.,

c) Ko se produce contacto entre los planos de la discontinuidad ante un desplazamientocortante (rellenos gruesos de mineral)

]

Uonas o bandas de roca desintegrada o triturada! ?uertementesobreconsolidadas

.8:,BT

8

L Uonas o bandas de arcilla& roca desintegrada o triturada!


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La clasifcacin de las dierentes catgor$as a& b y c depende tanto de larugosidad como del espesor del relleno! %n juntas suaves& un mil$metro de rellenopuede ser sufciente para ue no eista contacto entre las paredes! *in embargo&para juntas rugosas y onduladas& se necesitan varios mil$metros& e incluso

cent$metros en algunos casos& para ue no 'aya contacto! 3entro de las trescategor$as& los valores de Iase eval#an basndose en las caracter$sticas de losrellenos descritas en la/abla .8(K2R& ,-.7)!

Fay ue analizar y puntuar todas las amilias de juntas! 1ara determinar el $ndice=& el valor de Ia ue introducimos ser el correspondiente a la amilia msdesavorable rente a la ecavacin& es decir& auella amilia en la ue eldesplazamiento cortante es ms probable ue suceda!

8igura 1): os 'armetros r y a estn claramente relacionados con el

com'ortamiento de la roca (Aarton y Aieniaski 2003

>.B FACTOR DE REDUCCI$N POR PRESENCIA DE AGUA /?


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Los valores de I5 ms bajos (I5C-&,) representan importantes problemas deestabilidad (K2R& ,-.7)!

?actor de reduccin por presencia de agua en juntasI5

9%cavaciones secas o peueas aMuencias ('#medo o unas pocas gotas)

.

49Muencia a presin media& con lavado ocasional de los rellenos de lasdiscontinuidades (muc'as gotas o lluvia)

-88

"9Muencia en c'orro o presin alta en rocas competentes condiscontinuidades sin relleno

-&D

39Muencia importante o presin alta& producindose un lavadoconsiderable de los rellenos de las diaclasas!

-&77

%9Muencia ecepcionalmente alta o presin elevada decreciendo con eltiempo! "ausa lavado de material y uizs sobreecavacin

-&,:-&.

?9Muencia ecepcionalmente alta& o presin elevada de carcterpersistente& sin disminucin apreciable! "ausa lavado de material y

uizs sobreecavacin

-&.:-&-D

Kota0 i) los actores " a ? son simples estimaciones& se debe de incrementar el valor de I5 si sedrena el macizo rocosos se realizan inyecciones!

ii) no se consideran los problemas ue pueda ocasionar el 'ielo

Tabla 16: 8actor de reducci"n 'or la 'resencia de agua (traducido de

!?H, 201. FACTOR DE REDUCCI$N POR CONDICIONES TENSIONALES/STRESS REDUCTION FACTOR SRF

%n general& el *+? describe la relacin entre la tensin y la resistencia alrededorde un 'ueco subterrneo! Los eectos de las tensiones se pueden observar

'abitualmente en una obra subterrnea como estallidos& lajamientos&deormaciones& sueezing& dilatancia y ca$das de bloues! %n algunas ocasiones&sin embargo& puede pasar cierto tiempo 'asta ue los enmenos tensionales se'acen perceptibles (K2R& ,-.7)!

%s posible medir tanto las tensiones como la resistencia en el macizo rocoso& y el*+? puede calcularse a partir de la relacin entre la resistencia a compresinuniaial (^c) y la tensin principal mayor (^.) o la relacin entre la mimatensin tangencial ^_y la ^c en rocas masivas! %n una ase preliminar de diseoel *+? puede estimarse a partir de la cobertera y aspectos topogrfcos o por laeperiencia general en zonas geolgicas o geogrfcas similares!

32


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%l estado tensional se clasifca en cuatro grandes categor$as de acuerdo a la/abla .Gy/abla .@0

a) %isten zonas de debilidad ue intersectan la ecavacin subterrnea& lascuales pueden o no ser capaces de trasmitir tensiones al macizo rocosocircundante!

b) +oca competente con problemas de estabilidad debido a altas tensiones oa la ausencia de ellas!

c) +oca propensa a sueezing con deormacin plstica o rocaincompetente sometida a la inMuencia de tensiones de moderadas a altas!

d) +oca epansiva> actividad u$mica de 'inc'amiento dependiendo de lapresencia de agua!

?actor de reduccin por tensiones: *tress +eduction ?actor *+?

a) Fay zonas dbiles ue intersectan a la ecavacin& pudiendo producirse desprendimientosde roca a medida ue la ecavacin del t#nel va avanzando!

9


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de la orientacin de las tensiones en relacin conplanos de debilidad o racturacin

I *palling yQo lajamiento (slabing) moderado de laroca despus de . 'ora en rocas masivas

D:7 -&D:-&8D D:D-

] *palling o estallido de roca (roc6 burst) despus dealgunos minutos en rocas masivas

7:, -&8D:. D-:,--

L %stallidos violentos de la roca y deormacionesdinmicas inmediatas en rocas masivas

C, . ,--:B--

Nota2+

ii) *i se comprueba la eistencia de campos tensionales v$rgenes uertemente anistropos(si se 'an medido)0 cuando D`^.Q^7`.-& se disminuye el parmetro ^c 'asta -&AD^c> si^.Q^7.-& se tomar el valor -&D ^c! *iendo ^c es resistencia a compresin simple& ^. y

^7 son las tensiones principales mayor y menor y ^ es la tensin tangencial mima(estimada a partir de la teor$a de la elasticidad)!

iii) %n los casos en los ue la proundidad de la clave del t#nel es menor ue el vano de laecavacin& se sugiere aumentar el valor del actor *+? de ,&D a D(caso ?)

c) +ocas con enmenos de sueezing0 deormacin plstica enroca incompetente sometida a altas presiones!

^ Q^c *+?

< 1resin de deormacin (sueezing) baja .:D D:.-

K 1resin de deormacin (sueezing) alta D .-:,-

Kota0

iv) Los enmenos de deormacin o Muencia de rocas suelen ocurrir a proundidadesF7D-=.Q7 (*RK2F et alii!& .@@,)!

v) La resistencia compresin del macizo rocoso puede estimarse mediante la epresin0(


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8igura 20: 9em'lo de %ueco subterrneo en el Due la cla=e es

claramente ms estrec%a Due el =ano; Por tanto en este caso se debe de

considerar un /R8 de en =e de 2,; Tubo =olcnico del mirador, /anta

Cru, Hslas ?al'agos;

>. CORRELACIONES ENTRE RMR # %

3ado ue ambas clasifcaciones nacieran a la par y ue adems 'ayan seguido uncamino paralelo de desarrollo y se apliuen en el mundo entero& era lgico suponerue desde sus inicios 'an eistido correlaciones entre ambas! 9 continuacin enorden cronolgico mencionamos algunas de las ms destacadas! %s importantesealar ue no todas se 'an establecido en el mismo tipo de terreno& por lo ue deaplicar una u otra debe de conocerse en ue ambientes 'an sido desarrolladas& es#til de igual manera si se trabaja en un proyecto importante donde se 'an tomadomuc'os valores geomecnicos& de obtener ambas clasifcaciones por separado y

establecer las correlaciones particulares para el sitio

RMR13.5 lnQ+43 (8) +utledge .@AG

RMR10.5 lnQ+42 (A) 9bad et al .@G7

RMR9 lnQ+44 (G) 4ienia5s6i .@G@

Qe

(RMR44 )9 (@) 4ienia5s6i .@G@

RMR 15

logQ+50 (.-) 4arton .@@D

35


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Q 10

(RMR50 )15 (..) 4arton .@@D

Las dos #ltimas son las ms empleadas 'oy en d$a (G& @& .- y ..)

>.1J GEOFISICA

Foy en d$a en los grandes proyectos de ingenier$a se emplean numerosastcnicas y metodolog$as complementarias& como son los sondeos geotcnicos&geo$sica& ensayos de laboratorio y observaciones geomecnicas! La s$smica dereraccin es una de las tcnicas geo$sicas ms empleadas en ingenier$a civil!

/iene la ventaja de ue analiza en dos dimensiones una amplia seccin delterreno! 4arton (,--,) establece una correlacin entre el $ndice de calidad de laroca = y la velocidad de propagacin de las ondas s$smicas Xp a travs de =c!

La primera de las correlaciones debidas a 4arton (.@@.) entre el $ndice = (calidad

de la roca) y Xp (velocidad de las ondas p en ]mQs) es la de la ecuacin .,! %stacorrelacin se bas en datos de proyectos de t#neles en roca dura en variospa$ses incluyendo la caverna de 2jovi6 en Koruega& de 8, m de vano!

Vp3,5+ logQ (12

3onde Xp est en unidades de ]mQs y el trmino logar$tmico corresponde a log .-!La relacin de la ecuacin ., entre Xp y = se generaliz (4arton& ,--,)posteriormente para incluir roca ue pudiera ser ms dbil o incluso msresistente ue la roca dura asumida! %l valor de = se normaliz utilizando unaresistencia de .--


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8igura 21: ?rfco Due relaciona F' con 4c; (Aarton, 2002

"omo se ve en la ?igura ,. & en el eje de ordenadas est representada lavelocidad s$smica de las ondas p& en el eje de abscisas se encuentra el valor del$ndice de calidad de roca corregido =c! *e observa en la mitad del grfco ue sepuede corregir con la porosidad y con la proundidad!

La ?igura ,,muestra un caso real de prospeccin s$smica realizada en las minasabandonadas de "olmenarejo& %spaa& con objeto de analizar la estabilidad delpilar corona! *e indica la ubicacin de la cmara principal! Los valores de

velocidad s$smica del tec'o de la misma no pueden etraerse del lugar eactodonde se ubican ya ue las isolineas estn alseadas por eecto del 'ueco!

/omamos como valor real de la Xp& la situada prima a la cmara Xp 7D--mQs

8igura 22: Perfl s&smico realiado sobre las minas abandonadas de

Colmenare9o, s'aJa, con la =elocidad s&smica asignada 'ara la

correlaci"n

37


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"onsideramos una ^c O ,,


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'ueco (seg#n sea el mtodo en ordenadas y abscisas)! "ada caso analizadoueda representado en el grafco como un punto& el cual tiene un ormatodistinto si el 'ueco en si es estable& presenta grados diversos de inestabilidad o'a colapsado!

8igura 2


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"ombinacin de prediseos en base a criterios emp$ricos (clasifcacionesgeomecnicas P eperiencia particular local& adaptarse) y modelosnumricos

"uando ello lo reuiera en diseo0 clculos de cuas& 6arst etc! (ms

espec$fcos) /odo ello debe de monitorearse durante el desarrollo de la obra0 mapeos

de rentes& medicin de desplazamientos& tensiones y cargas en lossostenimientos proyectados

La verdad absoluta la marca el terreno ue se va a travesando y no lo diseo&de a'$ la idea de mtodo Meible!

@." CRITERIO DE DISEKO

1ara realizar el diseo del sostenimiento de un t#nel u obra subterrnea&

generalmente se sigue una metodolog$a progresiva& ue aplica sucesivamentecriterios y procedimientos& en el siguiente orden0

"lasifcaciones geomecnicas0 basadas en distintos mtodos emp$ricosgenerados a partir de la eperiencia obtenida en la ecavacin de otrost#neles& ue dan un pre diseo muy ajustado del sostenimiento a instalar!


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mallazo

RRR

8- E B.

9vance y destroza

9vances de .&D a 7m!"ompletarsostenimiento a ,-m del rente

4ulonado sistemtico

de 7: B m conseparaciones de .&D a,m en clave y'astiales!


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Em=10

RMR10

40 (16

Foe6 y 4ro5n (.@GG) proponen& para masas rocosas sin alterar& como auellas convoladura controlada o ecavadas con tuneladora& la relacin siguiente para m y s

m=mie(RMR10028 ) (.G)

s=e(RMR1009 ) (.@)

1ara macizos rocosos disturbados tales como taludes o ecavaciones con daospor voladura entonces0

m=mie(RMR10014 ) (,-)

s=e(RMR100

6

) (,.)3onde0

m& s0 1armetros del criterio de rotura de Foe6 y 4ro5n (.@GG)

mi0 1armetro m de la roca intacta& obtenido en laboratorio

%l valor de +


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]aiser et al (.@G8) consideran ue el l$mite para zona sin sostener de este grfcoes demasiado conservador y proponen la siguiente correlacin para ajustar el+


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Dimensi!ne"#ivalen$e (De )=B

ESR=

Vano o al$#raen m.

E%cava$ion S#ppor$ Ra$io (2

%n general 'ay una necesidad creciente de sostenimiento con el aumento delvano y de la altura de las paredes de la obra subterrnea! Los reuisitos deseguridad dependern en el uso de la obra! Vn t#nel carretero o una caverna'idroelctrica subterrnea tendrn niveles de seguridad mayores ue un t#nel'idrulico o una ecavacin minera temporal!

%l valor de %*+ se obtiene de la/abla ,.mostrada a continuacin en uncin deluso ue se vaya a dar a la ecavacin!

Vn valor bajo de %*+ (al estar en el denominador de 3e) iniciar la necesidad deun nivel alto de seguridad& mientras ue altos valores de %*+ indican ue sonaceptables menores niveles de seguridad! Los reuisitos y tradicionesconstructivas en cada pa$s pueden llevar a otros valores de %*+ ue los ue se

indican en la/abla ,.(K2R& ,-.7)!

*e recomienda utilizar un valor de %*+ O . cuando = `-!. para los tipos deecavacin 4& " y 3! La razn para ello es ue los problemas de estabilidadpueden ser severos con unos valores tan bajos de =& uizs con riesgo de'undimiento (K2R& ,-.7)!

T(po de eHcavac(6n %*+9 Labores mineras de carcter temporal& etc! c"a! 7: D4 1ozos verticales

i) *eccin circularii) *eccin rectangular Qcuadrada

dependiendo del uso! 1ueden ser valores ms bajos uelos propuestos

ca! ,!D"a! ,!-

" Fuecos mineros permanentes& t#neles de centrales'idroelctricas (ecluyendo las galer$as de alta presin)&t#neles de suministro de agua& t#neles piloto& galer$as deavance en grandes ecavaciones!

.!8

3 /#neles menores de carretera y errocarril& c'imeneas deeuilibrio& t#neles de acceso& colectores& etc!!!

.!7

% "entrales elctricas subterrneas& cmaras dealmacenamiento& plantas de tratamiento de aguas& t#nelesimportantes de carreteras primarias y de errocarril& reugiossubterrneos para deensa civil& embouilles e interseccionesde t#neles!

.!-

? "entrales nucleares subterrneas& estaciones de errocarril&instalaciones p#blicas y deportivas& bricas& etc!

-!G

2 "avernas muy importantes y 'uecos subterrneos con unaduracin de vida larga& .-- aos o sin acceso paramantenimiento!

-!D

Tabla 21: Falores del &ndice /R (traducido de !?H, 201


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*i consideramos una galer$a de mina permanente& de 7 m de anc'o en unarampa& por ejemplo para acceso a labores& ue debe estar abierta toda la vida dela mina (,- aos)! %sta galer$a estar$a en la categor$a "& 'uecos minerospermanentes& %*+ O .&8

1or tanto el dimetro euivalente ser$a 3e O 4Q %*+ O 7 Q .&8 O .&GAD , m

Las recomendaciones sobre sostenimiento del $ndice = (4arton& ,--A)& seresumen en orma de baco (?igura ,8)! %s importante sealar& ue estasrecomendaciones constituyen tan solo una gu$a sencilla para el proyectista& ueinorma sobre los rdenes de magnitud a aplicar en las cuant$as desostenimiento! *obre esta base& el proyectista podr adoptar o no estos valores&de acuerdo a su criterio o eperiencia! /al y como indica el propio 4arton (,--A)'ay una etensin tan grande del uso del +


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La eleccin de sostenimientos seg#n el $ndice = de 4arton se basa en el grfcode la ?igura ,8! %n ella se muestra de una manera intuitiva el sostenimiento uees necesario colocar seg#n los valores de = y de la 3imensin %uivalente!9parecen nueve zonas en el grfco& correspondiendo la n#mero . a cuando no es

necesario sostener& el n#mero , al sostenimiento ms ligero y as$ sucesivamente'asta el n#mero @& ue es el sostenimiento ms potente! Fay ue sealar ueesta #ltima edicin (2rimstad y 4arton& .@@7) proporciona sostenimientos algodierentes de la edicin de .@AB! Los nueve tipos de categor$as de sostenimientoson0

.) *in sostenimiento,) 4ulonado puntual7) 4ulonado sistemticoB) 4ulonado sistemtico (y 'ormign proyectado: s'otcrete sin reuerzo& B E D

cm)

D) Formign proyectado reorzado con fbras y bulonado& D:@ cm!8) Formign proyectado reorzado con fbras y bulonado& @ E ., cmA) Formign proyectado reorzado con fbras y bulonado& .,:.D cmG) Formign proyectado reorzado .D cm!& costillas reorzadas de 'ormign

proyectado y bulones (++*)@) +evestimientos de 'ormign bombeado!

4arton y colaboradores (4arton et al .@G-) tambin dan una orientacin sobreotros parmetros de diseo del sostenimiento como por ejemplo& la longitud depase (o mimo vano sin sostener& seg#n el caso)& ue puede mantenerseestable sin sostenimiento (4arton& et al& .@G-& Foe6& ,--A)

1ase (m) O , %*+ =-!B

; lo ue es lo mismo& mimo vano sin sostener!

1ara la longitud de los bulones& se puede emplear la siguiente epresin (Foe6,--A& 4arton et!al! .@G-)

&=2+0.15B

ESR (2+

4asndose en el anlisis de casos 'istricos& 2rimstad y 4arton (.@@7) sugirieronue la relacin entre el valor del $ndice = y la presin permanente sobre clave del

sostenimiento podr$a ser

P' 2Jn

3Jr3Q

(26

*ostenimiento y presin sobre los 'astiales0

%l grfco de sostenimiento (?igura ,8) es vlido en general para clave y 'ombrosen ecavaciones subterrneas y cavernas! %l nivel de sostenimiento en 'astialeses normalmente menor para valores altos e intermedios de = (=-&.)! %l valor

fnal de = en caso de 'astiales se ajustar$a seg#n las siguientes epresiones (K2R&,-.7)

46


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si =.-& tomar D= (,G)

si -!.C=C.-& tomar ,!D= ecepto cuando 'ay elevadas tensiones en ue el = se

toma tal cual (,@)

si =C-!.& tomar = (7-)

Foy en d$a en toda la bibliogra$a& e incluso los propios autores recomiendan en eldiseo emp$rico de obras subterrneas el combinar al menos dos de ellas! *iendoadems = y +


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@.@ CRITERIOS DE DISEKO EN ONAS S*SMICAS

9 la 'ora de disear un t#nel para evitar eectos s$smicos es necesario tener encuenta una serie de aspectos& ya comentados en cap$tulos precedentes! 9continuacin vamos a describir los ms importantes!

%n la prctica del diseo de t#neles en roca& se recurre 'abitualmente al empleode clasifcaciones geomecnicas para estimar parmetros geotcnicos y defnirsostenimientos! Vna zona s$smica se caracteriza por presentar considerablesniveles de tensin natural& mayores ue las zonas s$smicas! 1or ello& a la 'ora deemplear clasifcaciones geomecnicas en terrenos susceptibles de surirterremotos& es recomendable recurrir a auellas ue tienen en consideracin loseectos tensionales! %n este sentido se prefere emplear el $ndice = de 4arton& yaue con el parmetro *+? (*trengt' +eduction ?actor) se tiene en consideracinla dierencia de nivel tensional! ;tras clasifcaciones& tales como el +


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si uese necesario! La razn ue indica para esta recomendacin es ue de esemodo se limitan los movimientos en las diaclasas& y con ello tambin se limitanlos posibles incrementos de fltraciones tras los terremotos! %ste mismo autortambin recomienda sostenimientos basados en el empleo de gunita con fbra&

por su gran Meibilidad! 3esde el punto de vista prctico& tambin se puede a la'ora de elegir el sostenimiento& en el grafco del $ndice = (?igura ,8) considerarla mitad del valor de =!

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