004 MECROC Diseno de Sostenimiento

MÉTODOS

DE

EXCAVACIONES

DISEÑO

DE

SOSTENIMIENTO

SUBTERRÁNEAS.

SOSTENIM SOST ENIMIENT IENTO O EMP EMPLEAD LEADOS. OS.

TIPOS

DE DE

Cuando se construye una estructura subterránea, se produce una redistribución de las tensiones naturales iniciales. Como consecuencia de esta redistribución, la estructura subterránea se verá sometida a cierto

nivel de tensiones y, por lo tanto, de cargas, que depe depend nder erán án en gran gran medi medida da de las las carac aractterís erístitica cass geomecánicas del terreno.

Cuando se construye una estructura subterránea, se produce una redistribución de las tensiones naturales iniciales. Como consecuencia de esta redistribución, la estructura subterránea se verá sometida a cierto

nivel de tensiones y, por lo tanto, de cargas, que depe depend nder erán án en gran gran medi medida da de las las carac aractterís erístitica cass geomecánicas del terreno.

Por lo tanto, para diseñar la estructura subterránea, habrá que tener en cuenta las características geotécn écnicas del terreno, las tensiones naturales

locales y el procedimiento de construcción empleado. Se trata de un análisis complejo, que se puede llevar  a cabo de diferentes maneras, dependiendo del nivel de aproximación necesario

 A veces esos problemas en el proyecto básico vienen por: 1) Falta de información; 2) La norme envergadura de esas obras; 3) Por haber realizado un pobre y rápido proyecto básico; 4) Por la falta de presupuesto destinado a investigación geológica y geotécnica previa; 5) Por escasa o incompleta cualificación, 6) Falta de formación de los técnicos que realizan el proyecto.

En cualquiera de estas situaciones, el resultado final será que la descripción de las formaciones presentes en los túneles no será detallada y esto acarreará muchos problemas una vez comenzada la obra.

MÉTODOS DE DISEÑO DE SOSTENIMIENTO

a) MÉTODOS EMPÍRICOS b) MÉTODOS ANALÍTICOS: CONFINAMIENTO

CONVERGENCIA-

c) MÉTODOS NUMÉRICOS: ELEMENTOS FINITOS Y DIFERENCIAS FINITAS

a) MÉTODOS EMPÍRICOS DE SOSTENIMIENTO Son recomendaciones de diseño ligados a la caracterización geomecánica del macizo rocoso. Estos métodos definen el tipo y cantidad de elementos de sostenimiento a emplear. Estos métodos tienen una serie de ventajas; su uso está muy extendido, son muy sencillos de utilizar en las primeras fases de proyecto y normalizan el sostenimiento a emplear. Entre ellos destacan algunos métodos y estos son de los que nos vamos a valer para la definición de este trabajo, serán Biewiaswki, Barton, Romana e ICE.

a) MÉTODOS EMPÍRICOS DE SOSTENIMIENTO

Es necesario conocer las limitaciones de la clasificación del macizo rocoso (Palmstrom and Broch, 2006) y que su uso no puede reemplazar algunos de los procesos de diseño más elaborados.

a) MÉTODOS EMPÍRICOS DE SOSTENIMIENTO

1) BIENIAWSKI (1973, 1989)

El sistema Rock Mass Rating (RMR) fue presentado hace 40 años por el Profesor  Bieniawski  (1973), y actualizado en 1989, oportunidad que incorpora el efecto de la alterabilidad de la matriz rocosa por el agua. Desde entonces se ha convertido en una referencia mundial para

clasificar

los

macizos

rocosos,

establecer

sus

propiedades tenso-deformacionales y estimar empíricamente el sostenimiento de las excavaciones subterráneas; al igual que el Sistema Q, desarrollado por  Barton (1974).

a) MÉTODOS EMPÍRICOS DE SOSTENIMIENTO

1) BIENIAWSKI (1973, 1989) En este sistema el índice  R MR  se consigue con la suma de seis números.

Estos seis números van en función de: 1. La resis tencia a compres ión s imple de la roca matriz,  2. E l R QD ,

 3. E l es paciamiento de las dis continuidades , 4. La condición de las dis continuidades ,  5. La condición del agua y  6. La orientación de las dis continuidades .

Dependiendo del estado de las características indicadas, conseguirán una puntuación determinada y mediante la suma de dichas puntuaciones se conseguirán unos valores, que se situaran entre 0 y 100 puntos.

1) BIENIAWSKI (1973, 1989)

Una síntesis del sistema  R MR ,  se encuentra representado en la figura y tabla siguientes que complementan la clasificación original. Una vez obtenido el  R MR bás ico, Bieniawski propone ajustar  este número en función de la relación entre la orientación del túnel y las discontinuidades.

CRITERIOS PARA CALCULAR EL RMR BÁSICO (RMRb), BIENIAWSKI (1989).

Los criterios mostrados en la  Tabla anterior  sirven para calcular el RMR  básico (RMRb) que es característico de cada macizo rocoso. Para tener en cuenta el efecto de la orientación del eje de un túnel respecto a la familia más importante de discontinuidades del terreno, el  RMR  se corrige con los criterios mostrados en la Tabla siguiente: AJUSTE RMR SEGÚN LA ORIENTACIÓN DEL TÚNEL RESPECTO A DISCONTINUIDADES PRINCIPALES

CRITERIOS PARA CALCULAR EL RMRB UTILIZADOS POR  GEOCONTROL DESDE 2000.

En

el

año

2000,   Geocontrol 

introdujo una modificación en los criterios para calcular el   RMRb sustituyendo la valoración del RQD y

del   espaciado

de

las

discontinuidades   por la valoración del número de juntas por metro en el frente de la excavación y ampliando

los

criterios

de

valoración de las características de las discontinuidades; tal como se muestra en la siguiente tabla :

Con estas modificaciones se elimina la dificultad de determinar el RQD en los frentes de excavación y se mejora la valoración del estado de las juntas en el terreno.

El RMR actualizado En el RMR actualizado, que se denomina RMR14, se han revisado los criterios para calcular el RMRb y éste se corrige con dos nuevos factores. De acuerdo con esto, el RMR  actualizado se calcula mediante la expresión:

RMR = (RMRb + F0 ) • Fe • Fs Donde: RMRb = RMR bás ico  del macizo rocoso, sin corregir por la orientación del túnel.

F0 : factor que considera la orientación del eje del túnel respecto a la familia de discontinuidades más importantes del terreno.

Fe: factor que considera el mejor comportamiento del terreno perforando con tuneladoras. Fs : factor que considera el efecto de la plastificación del terreno en el frente del túnel .

ESTRUCTURA DEL RMR 14 La estructura del  R MR 14 mantiene tres de los parámetros que integraban el  RMR89: resistencia a compresión uniaxial de la roca intacta, número de juntas por metro, y efecto del agua. Las valoraciones de estos parámetros son las mismas que las del RMR89; es decir la resistencia a compresión uniaxial tiene un valor máximo de 15 puntos y su valoración se hace mediante la gráfica presentada en la figura siguiente:

Puntuación de la resistencia a compresión simple de la roca intacta ( σc  ).

El número de juntas por metro se valora con la figura siguiente:

Puntuación del número de discontinuidades por  metro.

su valor máximo es 40 puntos, Lawson- Bieniawski  (2013). Finalmente el   efecto del agua, que tiene un máximo de 15 puntos, se valora de acuerdo con los criterios clásicos; que se presentan en la Tabla siguiente:

Los dos nuevos parámetros incluidos en el nuevo RMR  son   son la resistencia de las  juntas y la alterabilidad del terreno por efecto del agua. agua. La Resistencia La Resistencia de las juntas se juntas  se valora considerando los cuatro aspectos siguientes: s iguientes: • Continuidad de las juntas. • Rugosidad • Tipo

de las juntas, medida por el Joint Roughness Coefficient (JRC).

de relleno en las juntas.

• Grado

de meteorización de los labios de la junta.

Finalmente la alterabilidad se evalúa según los resultados obtenidos con el  Slake Durability Test ; definido en la norma ASTM D4644-8 D4644-87. 7. Los criterios para valorar los dos nuevos parámetros se han tomado de la forma que se explica sobre la alterabilidad la alterabilidad de la matriz rocosa. rocosa.

PARÁMETROS DE CORRECCIÓN

El RMRb El RMRb debe  debe ser corregido mediante los tres parámetros que se describen a continuación. Orii ent Or enta ac i ón del eje del túnel

Para tener en cuenta el efecto de la orientación del eje del túnel respecto a las discontinuidades mayores presentes en el terreno, se propone que se siga siga util utiliizan zando el crit crite erio rio act actual ualmen mente emp emplea leado; do; de acue cuerdo rdo con con lo  Tabla . Este parámetro de corrección se denomina presentado en la anterior  Tabla F0 . E x c avaci vación ón mediante mediante tunela tuneladoras

La

excavación

mediante

tuneladoras

mejora

el

comportamiento

tensod tensodefo eforma rmacio cional nal del terre terreno no excava excavado; do; mejor mejoran ando do tambi también, én, el RMR  determinado en frentes excavados con explosivos.

Los trabajos de investigación, realizados por   por   Geocontrol , han puesto de

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