Diseño de Túneles: Métodos y Clasificaciones RMR

OBRAS SUBTERRANEAS
Diseño de túneles
Profesor
Manolo Galván Ceballos Ph.D.
Email: [email protected]
Universidad del Nariño
1
TUNEL DE DAZA (Pasto-Nariño)
El Tunel de Daza comunica la carretera Panamericana y tiene una longitud de 1.710 m., dos carriles de 3,85 m cada uno, dos
bermas a cada lado de 0,30 m cada una, y dos andenes para mantenimiento y emergencias de 1,0 m.
El túnel se construyó utilizando el método de perforación y voladura, que consistió en hacer excavado entre 0,30 y 2,5 metros,
según la calidad del terreno encontrado, e irlo soportando con arcos tipo celosía, que son vigas formadas con varillas de acero
unidas con soldadura y con concreto lanzado con bomba.
El director del proyecto fue el ingeniero Germán Rueda y la firma constructora el Consorcio Constructores Viales de Nariño. En
el túnel pueden circular cargas de hasta 4,9 m de alto. Su construcción se realizó entre el 2009 y el 2012.
El Tunel de Daza se inauguró en noviembre de 2012 y se ha considerado entre uno de los proyectos viales más modernos de su
tipo y una de las obras más importantes del sur de Colombia. Esta obra hizo parte de la Concesión Rumichaca – Pasto –
Chachaguí.
2
3
Tipos de excavación
 Método de excavación convencional con perforación y voladura utilizando
explosivos y la excavación mediante máquinas de ataque puntual como
rozadoras, martillos hidráulicos, etc.
Fuente: Manual de diseño y construcción de túneles de carretera, SCT Estados Unidos
de México
 Método de excavación mecánicos empleando tuneladoras TBM (Tunnel
Boring Machine por sus siglas en ingles).
Fuente: Túnel de la región Malabata, España
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Diseño y sostenimiento en túneles
El diseño del sostenimiento en túneles es un proceso laborioso y
complejo debido:
• A la dificultad que presenta la caracterización geomecánica del macizo.
• A la imposibilidad de encontrar unos modelos matemáticos capaces de
simular toda su complejidad y la de los mecanismos que rigen su
respuesta frente a la realización de una excavación subterránea.
Es importante durante la fase de construcción llevar un control de la
auscultación y un seguimiento geológico-geotécnico de la excavación
que confirme la validez de los cálculos realizados durante la fase de
proyecto.
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Diseño y cálculo de túneles
La selección de una roca homogénea y resistente, permitirá una noble
economía en la construcción y condiciona el tamaño máximo práctico de
la sección a excavar.
Debe huirse de rocas expansivas, de zonas muy tectonizadas y con
relleno arcilloso blando en las juntas y de zonas descomprimidas
próximas a valle y fallas y debe definirse la profundidad mínima para
asegurar cierto espesor de techo por debajo de la zona meteorizada.
La forma de sección transversal debe tender a la de una elipse, con
relación de diámetros dependientes de las tensiones iniciales del terreno,
escogiéndose frecuénteme del orden 1,5 o algo mayor, para evitar la
aparición de tracciones tan dañinas en un material discontinuo como es
un roca.
La forma debe también tener en cuenta consideraciones constructivas.
Debe pensarse en el proceso de excavación, frecuentemente por fases,
donde la realización de la destroza o bancos inferiores pueden tener un
coste unitario del orden de la mitad que el de la fase primera de la
bóveda o corona.
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Clasificación – RMR - Bieniawski
Está
parámetro
está
relacionado con el buzamiento
de la discontinuidad en función
de
la
dirección
de
la
construcción de túnel. Para
facilitar la elección de si la
inclinación o buzamiento de la
discontinuidad es favorable
para el proceso constructivo,
se define una valoración
cuantitativa para el parámetro
de
orientación
de
las
discontinuidades; en la figura
se da un ejemplo de la
favorabilidad o no de la
inclinación de la discontinuidad
en función del avance de
excavación y estabilidad de las
paredes de la roca que puede
ocasionar
desprendimiento
una vez se haya excavado, por
posibles
lajas
que
se
encuentren en el macizo
rocoso.
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Clasificación – RMR - Bieniawski
Al determinar el RMR se puede clasificar el macizo en 5 clases y determinar a partir de
correlaciones algunas propiedades como la cohesión y el ángulo de fricción, en la Tabla se
muestra la clasificación hecha por Bieniawski.
Tabla. Clasificación de RMR
Clase
RMR
Calidad
Cohesión
(kPa)
Angulo de
fricción (°)
I
81-100
Muy
buena
> 400
> 45
II
61-80
Buena
300 – 400
35 – 45
III
41-60
Regular
200 – 300
25 – 35
IV
21-40
Mala
100 – 200
15 – 25
V
0-20
Muy mala
< 100
< 15
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Clasificación – RMR - Bieniawski
A partir del RMR, Bieniawski (1989) propuso luego de estudiar y recopilar información de
diferentes proyectos de túneles construidos con el método de excavación convencional,
estimar el tiempo de estabilidad del túnel sin soporte en los vanos luego de haberse realizado
la excavación.
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Lauffer (1988) presento una versión ajustada del diagrama del tiempo de
sostenimiento respecto a la longitud del vano sin soporte como ya lo había hecho
Bieniawski, pero en este caso para túneles excavados mediante dispositivos
mecánicos (tuneladora TBM),
10
11
12
De acuerdo a la tabla anterior, Bieniawski recomendó realizar excavación a sección
completa para rocas de buena calidad (RMR>60), sección partida en dos fases para rocas
de media y mala calidad (20<RMR<60) y de sección múltiple para rocas de mala calidad
(RMR<20).
Las desventajas de utilizar el método de Bieniawski para determinar el tipo de
excavación
y
sostenimiento
a
emplear
son
los
siguientes:
Propone una metodología para un túnel con diámetro de 10 a 14 m únicamente.
No tiene en cuenta la deformabilidad o plastificación del macizo rocoso.
No
tiene
en
cuenta
el
efecto
tensional
(estallido
de
roca).
 El sostenimiento que propone es el definitivo, y bajo la filosofía de construcción propuesta
por NATM, es necesario, en algunas ocasiones dependiendo de la calidad de la roca,
considerar sostenimientos primarios y secundarios que no están definidos.
Los rangos de las clasificación de RMR son bastante amplios, abarcando distintos tipos
de rocas en una clase que puede sobredimensionar el sostenimiento o subestimarlo
(cambios radicales en un solo parámetro que puede afectar significativamente la respuesta
del macizo rocoso como sería el caso de la resistencia de las discontinuidades).
No
contempla
el
número
de
familias
de
las
discontinuidades.
No
tiene
en
cuenta
la
expansibilidad
de
la
roca.
 El parámetro RMR no evalúa de distintas maneras las zonas de debilidad en el macizo
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Clasificación – RMR - Romana
14
Clasificación – RMR – Romana
Recomendaciones
para el
sostenimiento de
túneles, según
Romana
Fuente: Romana, 2000
Romana (2000) presenta recomendaciones para la excavación y sostenimiento de túneles, a partir de las
subclases definidas. Se presenta las recomendaciones para la partición de la sección y el método de
excavación para el túnel. El pase máximo es el límite teórico, el pase recomendado se refiere a la
excavación en calota/avance y en caso de que exista galería de avance a la excavación de ensanche (y no
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a la propia galería).
Sostenimiento de
túneles de diámetro
entre 10 a 14 metros de
ancho. Romana
De la figura anterior las unidades para el bulonado y hormigón proyectado corresponden a:
 L, longitud en metros (m).
 b/m2, densidad de los bulones por m2.
 s, espaciamiento en metros (m).
 e, espesor mínimo del hormigón en centímetros (cm), en este parámetro no se ha tenido en cuenta la
sobre-excavación y el número de capas de hormigón proyectado, incluyendo la capa de sellado.
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 S, separación entre cerchas en metros (m).
De acuerdo a la figuras anteriores (Romana) se dan las siguientes
recomendaciones de excavación:
 Se puede emplear para túneles con ancho de excavación entre 10 y 14 metros,
para túneles mayores a este ancho plantean problemas específicos y los métodos
de excavación más idóneos no se correlacionan bien con la propuesta hecha por
Romana.
 En túneles donde RMR<10 se requiere un estudio más específico, que sale del
ámbito de cualquier clasificación. Para RMR>50 se puede realizar excavación con
sección completa
 Para RMR>30 y en algunos casos con contraboveda (última fase excavada por
debajo de la destroza) para 20<RMR<30, se puede recomendar excavación
primero la calota o avance (parte superior del túnel) y luego la destroza (parte baja
del túnel) siempre y cuando la calidad del macizo rocoso no sea mala o muy mala.
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Para 10<RMR<40, se plantea excavación en galería de avance ligeramente adelantado, útil en
terrenos de calidad media y túneles de gran anchura o en terrenos de calidad mala y túneles
de ancho medio entre 10 a 12 metros.
 Para 0<RMR<30, se plantea galería múltiples de excavación o método alemán41 (ver figura
4.10), con dos o cuatros galerías excavadas previamente en los hastiales. Es un sistema
adecuado para túneles en macizos rocosos de calidad mala a muy mala (transición de roca a
suelo), con poca cohesión y necesita una entibación cerrada. En el método alemán primero
dos galerías laterales, luego se hormigonea los hastiales, se continua con las otras galerías y
se repite el proceso de hormigoneo.
18
En algunos casos cuando 0<RMR<30, se propone contraboveda, necesaria cuando la sección puede
cerrarse por la base. Es un método complementario con todos los demás.
De acuerdo a la Figura, se da las siguientes recomendaciones de longitud de pase:
 Aunque en la figura para RMR>70 se propone una longitud de pase con excavación mayor a 5 metros,
en la práctica no se recomienda avance superiores a 5 metros.
 Para macizos de calidad media a mala (RMR=50 y 20<RMR<30) se recomienda graduar la longitud de
pase variándola de 4 a 1 metro.
 Los macizos de calidad muy mala (RMR<20), requieren pases muy reducidos inferiores a 1 metro.
Aun cuando Romana (2000) recomienda el tipo de excavación a partir de RMR del macizo rocoso con el
objetivo de obtener unos rendimientos razonables y la necesidad de sostenimiento del túnel, cualquier
método de excavación es posible pero pueden impactar en el tiempo de ejecución y costo, adicionalmente
la dureza y abrasividad de la roca pueden generar una limitación para métodos de excavación mecánica
con TBM. A continuación se dan las siguientes recomendaciones:
 Para 60<RMR, se recomienda emplear tuneladora TBM, ya que trae ventajas cuando la necesidad de
sostenimiento son reducidas y el sostenimiento puede instalarse detrás de la cabeza de perforación. Si el
RMR<50, la excavación puede tener dificultades.
 Para RMR>40, se recomienda implementar voladuras, este método es el más versátil y el más
implementado, para rocas de calidad mala y muy mala también puede utilizarse aunque no es muy
recomendable hacerlo por el exceso de desprendimiento de la roca.
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Para 30<RMR<90, se puede implementar rozadora. Su limitación no depende tanto de la calidad de la roca, sino de
la resistencia mecánica a tracción o compresión de la matriz rocosa.
 Para RMR<30, se puede excavar con fresado, el cual son equipos como rozadoras de tamaño pequeño, pero en la
practica el alcance y la movilidad del brazo facilitan mucho la excavación en secciones anchas.
 Para RMR<20, se recomienda utilizar escarificación o pala, ya que los macizos de muy mala calidad pueden
excavarse prácticamente como suelos.
Bulones
Romana propone bulones de acero corrugado de 25 mm de diámetro, para el método de adherencia utilizar resina o
mortero, aunque no descarta utilizar bulones de expansión mecánica. En el caso que los bulones sean provisionales,
los más adecuados son los de fibra de vidrio o los de expansión mecánica, porque en ambos casos se pueden retirar
fácilmente.
El espaciamiento de los bulones se refiere a mallas cuadradas de implantación y es solo indicativo. La distribución de
los bulones debe ajustarse a la densidad y longitud real del pase.
Hormigón proyectado
En la figura se indican los espesores mínimos, cada espesor no debería ser superar los 10 cm para evitar problemas
de adherencia y el número de capas incluye la capa inicial de sellado. Los espesores pueden variar dependiendo de
la calidad de la excavación y del contorno del túnel, por lo que en algunos puntos puede ser mayor el espesor;
también es frecuente para el hormigón proyectado utilizar fibras metálicas o malla, en el caso de las fibras metálicas
las ventajas de utilizar este material es que el sistema de instalación es mecanizado y proporciona ductilidad al
hormigón a flexo-tracción, para la malla tiene como ventaja de requerir un menor espesor del hormigón proyectado.
Romana recomienda para rocas de calidad media a buena utilizar fibras metálicas y para rocas de calidad mala a
muy mala implementar malla. En los casos de que la roca tenga una calidad muy buena no se propone utilizar
hormigón proyectado, pero si utilizar malla como protección contra la caída o desprendimiento a alguna cuña de roca
aislada.
Cerchas
Cuando RMR<60 (calidad del macizo de media a mala), se propone utilizar como soporte cerchas, el tipo varia
depende tanto de la calidad del macizo rocoso como del ancho del túnel; Romana propone en su clasificación
cerchas ligeras tipo TH-21 y medias a pesadas las TH-29 y las HEB. En todos los casos las cerchas se deben
arriostrar entre sí.
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Metodo Bernorld
El método Bernold consiste en chapas continuas en forma de cerchas y rellenadas de hormigón, utilizadas
principalmente para macizos de calidad mala o muy mala. La combinación de cerchas HEB con chapas
Bernold, apoyadas sobre las alas de las
Paraguas de presostenimiento
Para valores RMR<30, se recomienda utilizar paraguas de bulones de 5 a 6 metros de longitud,
localmente en la parte superior de la sección. Su necesidad depende de las condiciones de estabilidad del
frente en clave y hastiales, y del buzamiento de las capas.
Para valores de RMR<20, se implementa la construcción de paraguas de micropilotes, este
procedimiento es lento y costoso pero puede resultar imprescindible en ciertos casos.
Como lo sugiere Romana, la implementación de las clasificaciones geomecánicas para determinar el tipo
de excavación y sostenimiento del túnel son solo una orientación o herramienta que permiten conocer la
magnitud del proyecto en el diseño, pero siempre se debe revisar otras alternativas como la
implementación de modelos matemáticos o numéricos, análisis del método de las curvas convergenciaconfinamiento (interacción terreno-sostenimiento), monitoreo in situ de las deformaciones y estabilidad de
la roca (datos de instrumentación), entre otros.
También es importante resaltar que no es recomendable implementar un único tipo de sostenimiento para
cada subclase, por eso es indispensable proponer intervalos, eligiendo el valor más pesimista cuando los
anchos de los túneles sean mayores o combinar varias alternativas de sostenimiento, criterio que el
diseñador debe contemplar
21
Clasificación - Q
Barton basado en la información de un centenar de datos obtenidos en proyectos de túneles, en
Norwegian Geotechnical Institute (NGI) desarrollo el sistema de clasificación geomecánica conocido
como Q de Barton, para poder estimar el sistema de soporte más adecuado en la construcción de túneles
en roca. La clasificación Q está definido por 6 parámetros que muestran en la siguiente ecuación.
Q=RQD/Jn×Jr/Ja×Jw/SRF
Donde:
RQD: Rock quality designation
Jn: Parámetro para describir el número de familias de discontinuidad
Jr: Parámetro para describir la rugosidad de las juntas
Ja: Parámetro para describir la alteración de las juntas
Jw: Factor asociado al agua en juntas
SRF: Factor asociado al estado tensional (zona de corte, fluencia, expansividad, tensiones “in situ”)
A partir de poder determinar Q y la calidad de la roca (tabla), es
necesario también tal como lo propone Barton, definir el grado de
importancia de la excavación mediante el índice ESR (Excavation
Support Ratio) que corresponde a un factor de seguridad, debido a
que Barton para estimar las dimensiones y sostenimiento para los
túneles, homogeneiza los diámetros de las excavaciones a un
diámetro equivalente, definido como De = D(diámetro del
túnel)/ESR.
Los valores de ESR aparecen en la siguiente Tabla La referencia
ESR=1 corresponde a los túneles que se encuentran en obras de
transporte (carreteras y ferrocarriles), un cambio en ESR se percibe
como un cambio en la seguridad que aceptamos para una
determinada obra.
Q (rock mass
quality)
0,001 - 0,01
0,01 - 0,1
0,1 - 1,0
1,0 - 4
4 - 10
10 - 40
40 - 100
100 - 400
400 - 1000
22
Calidad de la roca
Excepcionalmente
mala
Extremadamente
mala
Muy mala
Mala
Regular
Buena
Muy buena
Extremadamente
buena
Excepcionalmente
buena
Clasificación - Q
Los valores de ESR aparecen en la Tabla La referencia ESR=1 corresponde a los túneles que se encuentran en obras de
transporte (carreteras y ferrocarriles), un cambio en ESR se percibe como un cambio en la seguridad que aceptamos para una
determinada obra.
La Tabla se determinó a partir a 191 casos de túneles excavados mediante perforación y voladura, aunque este valor puede
servir de guía en el caso de excavaciones con topo, se recomienda emplear la Tabla 1, en donde los valores de ESR varían, ya que
en muchos casos los túneles excavados con topos sufren menos alteraciones que cuando se excava mediante perforaciones y
voladura, por lo que se necesita menos sostenimiento. Sin embargo, esto puede ser un arma de doble filo, pues cuando se observa
el frente en un túnel excavado con topo las diaclasas con relleno quedaran ocultas y puede haber problemas de estabilidad de
cuñas. Otro problema que se puede presentar con la excavación con topo es la gran tensión tangencial en los hastiales, sobre
todo cuando hay grandes coberturas y roca masiva, lo cual puede estimarse un valor de SRF mayor que con voladura. Tabla 2.
CATEGORIAS
DE
EXCAVACION
A
B
C
DESCRIPCION
ESR
Excavación mineras temporales
Excavaciones mineras permanentes, túneles de agua para
hidroeléctricas (con excepción de las cámaras de alta presión para
compuertas), túneles pilotos, excavaciones parciales para cámaras
subterráneas grandes
Cámaras de almacenamiento, plantas subterráneas de tratamiento
de agua, túneles para carreteras y ferrocarrileros pequeños,
cámaras de alta presión, túneles auxiliares
3-5
1,6
1,3
D
Estaciones de energía, túneles para carreteras y ferrocarriles
mayores, refugios de defensa civil, portales y cruces de túneles
1,0
E
Centrales nucleares eléctricas subterráneas, estaciones de
ferrocarril, instalaciones para deportes y reuniones, fabricas
0,8
De la tabla anterior, el signo * se emplea 2,5Q para duración mayor a un año y para ** utilizar 0,5 para túneles de carreteras o
ferroviarios de alta velocidad.
ESR para túneles excavados con topo
TIPO DE TUNEL
ESR
Todo el sostenimiento de naturaleza temporal
Túneles pilotos
Túneles hidráulicos
Túneles para carreteras o ferroviarios
1,5xESR y 5Q*
2,0
1,5
0,5 a 1,0**
23
Clasificación - Q
Fuente: Barton,
1993
CATEGORIA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
TIPO DE SOSTENIMIENTO
Sin sostenimiento
Bulonado puntual
Bulonado sistemático
Bulonado sistemático con hormigón proyectado de espesor entre 40 y 50 mm
Hormigón proyectado de espesor entre 50 y 90 mm, con fibras y bulonado
Hormigón proyectado de espesor entre 90 y 120 mm, con fibras y bulonado
Hormigón proyectado de espesor entre 120 y 150 mm, con fibras y bulonado
Hormigón proyectado de espesor mayor a 150 mm, con fibras, bulonado y cerchas
metálicas
24
Revestimiento de hormigón mayor a 250 mm y bulonado
25
Clasificación – Rmi -
26
Clasificación – Rmi - Sostenimiento
27
Clasificación – Rmi - Sostenimiento
Terreno
diaclasado
(bloque)
Los terrenos diaclasados
están
influenciados
principalmente por el tamaño
y
forma
del
bloque,
resistencia al corte de las
discontinuidades
que
delimitan el bloque y la
orientación de las diaclasas o
juntas en relación a la
orientación que lleve el eje de
la excavación.
Los
parámetros
de
sostenimiento propuesto por
Palstrom, Gc y Sr, resume
todos
los
rasgos
del
diaclasamiento mencionado
anteriormente y necesarios
para utilizar el ábaco de
sostenimiento propuesto por
Palmstrom como se observa
en la Figura 2.7.
28 del túnel según Palstrom
Datos de entrada para determinar el sostenimiento
Clasificación – Rmi - Sostenimiento
Tipo de terreno y su comportamiento 29
2.8
Clasificación – Rmi - Sostenimiento
30
Clasificación – Rmi - Sostenimiento
SL = Factor de ajuste por nivel de tensiones, ver tabla 2.18.
Co, Cos = Factor de ajuste por la horizontal de la principal familia de diaclasas, vetas, grietas o fisuras; ver tabla 2.18.
Nj = Factor de ajuste por el número de familias de diaclasas, se considera el grado de libertar de los bloques a fallar. Los valores de la tabla
2.18, se obtiene de Nj = 3nj, donde
Nj representa el número de familia de diaclasas (nj = 1 para una familia; nj = 1,5 para una familia más diaclasas aleatorias; nj = 2 para dos
familias; nj = 2,5 para 2 familias más diaclasas aleatorias, etc).
Tabla 2.18 Factores de ajuste para el sostenimiento de túneles
NIVEL DE TENSIONES
Recubrimiento aproximado Valoración SL
Muy bajo (en portales, etc)
< 10 m
0,1
Bajo
10 - 35 m
0,5
Moderado
35 - 350 m
1
Alto
> 350 m
1,5 *
* Un alto nivel de tensiones puede ser desfavorable para la estabilidad de hastiales altos. Valoración posible SL = 0,5 0,75
ORIENTACION DE LAS JUNTAS (en relación al eje del túnel)
EN HASTIALES
EN TECHO
TERMINO
Valoraciones
Co y Cos
Para rumbos > 30°
Para rumbos < 30°
Para cualquier rumbo
Buzamiento < 30°
Buzamiento < 20°
Buzamiento > 60°
Favorable
1
Buzamiento = 30 - 60°
Buzamiento = 20 - 45°
Buzamiento = 45 - 60°
Admisible
1,5
Buzamiento > 60°
Buzamiento = 45 - 60°
Buzamiento = 20 - 45°
Desfavorable
2
Buzamiento > 60°
Buzamiento < 20°
Muy desfavorable
3
-
NUMERO DE FAMILIAS DE JUNTAS *
Una familia
Una familia + aleatoria
Dos familias
Dos familias + aleatorias
Valoración Nj
3
2
1,5
1,2
NUMERO DE FAMILIAS DE
JUNTAS *
Valoración Nj
1
Tres familias
Tres familias+aleatorias
0,85
Cuatro familias
0,75
Cuatro familias+aleatoria
0,65
* Significa el número de familias de juntas dentro del sitio de observación ( no el número de juntas observadas dentro
de una gran área)
INCLINACION DE TECHOS O HASTIALES
Valoración C
Horizontal (techo o bóveda)
1
30° inclinación
1,5
45° inclinación
2,2
60° inclinación
Vertical (hastiales)
31
3
5
Clasificación – Rmi - Sostenimiento
32
Clasificación – Rmi - Sostenimiento
33
Clasificación – Rmi - Sostenimiento
Factor
túnel
A
B
4
1,5
3,2
2,3
3,1
2,7
3
3
1,9
1,9
Valores de factores A y B para distintas geometrías de excavación
34
Clasificación – Rmi - Sostenimiento
Terrenos continuos
Cuando el terreno presenta Cg > 1 se considera un terreno competente, cuando ocurre lo contrario se
considera terreno incompetente o sobretensionado, con la variable Cg se puede estimar el tipo de
sostenimiento del túnel para terrenos continuos o altamente diaclasados y sobretensionados
(incompetentes).
Para terrenos masivos competentes en general son estables y cuando Cg > 25 no se requiere ningún
tipo de sostenimiento luego de la excavación, excepto en algunos casos, trabajos de saneo (scaling) en
túneles con perforación y voladura.
En terrenos masivos incompetentes (sobretensionado) se requiere de sostenimiento porque pueden
presentar:
•Deformación plástica y/o viscosa en rocas dúctiles sobretensionadas.
•Rotura en lajas o rotura violenta (spalling o rock burst) en rocas sobretensionadas frágiles y duras tales
como granitos.
Para rocas altamente diaclasadas y sobretensionadas (incompetente), la deformación plásticas y/o
viscosa tiempo-dependiente tendrá lugar a continuación de la inestabilidad inicial, aunque
Palmstrom recomienda utilizar ábacos para roca altamente diaclasada como si fuera un terreno
continuo, también aclara que se debe hacer más estudios para el diagnóstico del tipo de sostenimiento
para esta clase de rocas.
Deformación plástica y/o viscosa en rocas dúctiles sobretensionadas.
Rotura en lajas o rotura violenta (spalling o rock burst) en rocas sobretensionadas frágiles y duras tales
como granitos.
Para rocas altamente diaclasadas y sobretensionadas (incompetente), la deformación plásticas y/o
viscosa tiempo-dependiente tendrá lugar a continuación de la inestabilidad inicial, aunque Palmstrom
recomienda utilizar ábacos para roca altamente diaclasada como si fuera un terreno continuo, también
aclara que se debe hacer más estudios para el diagnóstico del tipo de sostenimiento para esta clase de
rocas.
35
Clasificación – Rmi - Sostenimiento
Abaco sostenimiento
de túneles
Palmstron basado en experiencias
de varios túneles y excavaciones
subterráneas realizadas mediante
perforación
y
voladura
en
Escandinavia, propuso con ábacos
los tipos de sostenimiento de
túneles, aclarando que aunque los
ábacos son una herramienta
estadística fácil de implementar y
dan
un
panorama
del
comportamiento del macizo rocoso
y la excavación, nunca podrán
representar
exactamente
las
condiciones del terreno del sitio
investigado.
De acuerdo a la Figura 2.9 se
puede determinar el sostenimiento
para terrenos diaclasados (en
bloques) a partir del factor de
estado del terreno (Gc) y relación
del tamaño (Sr).
Sostenimiento para terrenos diaclasados (en bloques) propuesto por
Palmstrom
36
Clasificación – Rmi - Sostenimiento
Para terrenos continuos (masivos y altamente diaclasados), Palmstron propone el siguiente
ábaco que se muestra en la Figura 2.10. Se aclara que el sostenimiento indicado para
materiales particulados (altamente diaclasados) y sobretensionados es aproximado, ya que
se basa en un limitado número de casos estadísticos.
Sostenimiento terrenos continuos (masivos y altamente diaclasados)
propuesto por Palmstron
37
Clasificación – Rmi - Sostenimiento
Al determinar la dimensión del túnel y del tamaño del bloque, se determinar la
longitud de los bulones:
𝐿𝑏
𝐿𝑏
= 1.4 + 0.16 ∗ 𝐷𝑡 ∗ 1 + 0.1 𝐷𝑏
= 1.4 + 0.08 ∗ 𝐷𝑡 + 0.5 ∗ 𝑊𝑡
(𝐸𝑐. 2.31)
1 + 0.1 𝐷𝑏
(𝐸𝑐. 2.32)
Donde;
Db = Diámetro equivalente del bloque
Dt = Diámetro o luz del túnel en metros
Wt = Altura del hastial en metros
38