GEOLOGIA Unidad 4. Riesgo Geológico Profesora: AmaluzAngarita Contenido General ❖ Métodos de construcción de túnele en suelos y/o roca. ❖ Elemento de sostenimiento ❖ Tratamientos especiales ❖ Evaluación geológica en obras viales. Logro Al finalizar la sesión, el estudiante comprende la influencia de las condiciones geológicas para el diseño y construcción de túneles, tanto desde el punto de vista constructivo, como desde el punto de sostenimiento en pro de aumentar la seguridad y alargar su vida útil, además conocera las evaluaciones geológicas necesarias para la construcción de obras viales, pudiendo determinar las medidas preventivas a aplicar luego de evaluar y análizar toda la información técnica recibida.. Influencia de las condiciones geológicas Al excavar un túnel se pueden encontrar tres tipos de condiciones naturales que dan lugar a la pérdida de resistencia del macizo y, por tanto, a problemas de estabilidad: • Orientación desfavorable de discontinuidades. • Orientación desfavorable de las tensiones con respecto al eje del túnel. • Flujo de agua hacia el interior de la excavación a favor la excavación del túnel también genera una serie de acciones inducidas que se suman a las citadas condiciones naturales, como son: • Pérdida de resistencia del macizo que rodea a la excavación como consecuencia de la descompresión creada: apertura de discontinuidades, fisuración por voladuras, alteraciones, flujos de agua hacia el interior del túnel etc. • Reorientación de los campos tensionales, dando lugar a cambios de tensiones. • Otros efectos como subsidencias en superficie, movimientos de ladera, cambios en los acuíferos, etc. UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 Influencia de las condiciones geológicas a) Estructura Geológica: La estructura geológica es uno de los factores que más influye en la estabilidad de una excavación subterránea. En rocas plegadas y estratificadas la orientación de los estratos condiciona diferentes modos de comportamiento frente a la estabilidad en un túnel, influyendo los siguientes factores: • Buzamiento de la estructura con respecto a la sección del túnel. • Dirección de la estratificación con respecto al eje del túnel. • Tipo de pliegues. Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. Influencia de las condiciones geológicas b) Discontinuidades: c) Resistencia de la matriz rocosa: El estudio de las fallas y demás discontinuidades La resistencia de la matriz rocosa influye de forma decisiva en el singulares es uno de los aspectos geológicos más importantes método de excavación, y es un factor importante en la estabilidad de la misma. en un túnel. Para dicho estudio se requiere: d) Condiciones hidrológicas: • Conocer la estructura tectónica regional y local. • Cartografía geológica y análisis estructural. • Identificación de fallas y su clasificación en función del La excavación de un túnel produce el efecto de un gran dren hacia las siguientes consecuencias: origen, edad, tipo y geometría. • Identificación de rellenos de falla, su el cual fluye el agua de los acuíferos interceptados, dando lugar a resistencia y expansividad. • Disminución de la resistencia del macizo. • Aumento de las presiones intersticiales sobre el sostenimiento y el revestimiento. • Conocer la transmisibilidad hidráulica. • Hinchamientos y reblandecimientos en materiales arcillosos. • Estudios sobre las implicaciones tensionales y sobre • En materiales salinos se pueden formar cavidades muy sismicidad. rápidamente. Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. • Graves problemas de avance en la excavación. Parámetros geomecánicos de diseño Datos Geológicos y Geomecánicos El proyecto y construcción de una excavación ❖ DATOS DE CARÁCTER SISTEMÁTICO subterránea - Estructura geológica, litología, fallas y demás discontinuidades, requieren datos geológicos y geomecánicos para el diseño de los sostenimientos, selección del método de excavación y los tratamientos del terreno. En general se precisa la siguiente información: mapas y cortes geológicos. - Condiciones hidrogeológicas, permeabilidad y flujo subterráneo. - Propiedades geomecánicas de la matriz rocosa, discontinuidades y macizo rocoso. ❖ DATOS BÁSICOS DEL PROYECTO • Perfil topográfico y planta del trazado a lo largo - Clasificación geomecánica del trazado y perfil de del eje del túnel. sectorización geomecánica. • Sección tipo de la excavación, situación de emboquilles, distancia entre túneles gemelos, accesos intermedios, etc. Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. - Dirección y magnitud de las tensiones. Parámetros geomecánicos de diseño ❖ DATOS DE CARÁCTER SINGULAR - Fallas y zonas tectonizadas de importancia. - Estructuras tectónicas que puedan suponer anisotropías tensionales elevadas. ❖ PRESENTACIÓN D E DATOS GEOMECÁNICOS La información obtenida debe reflejarse en la siguiente documentación de tipo gráfico, además de los correspondientes informes y estudios: Terrenos blandos y expansivos; riesgo de • Planos geológicos de superficie y a cota de túnel. fluencias e hinchamientos. • Cortes geológicos longitudinal y transversal al túnel. - Materiales agresivos o muy abrasivos. • Perfil de sectorización geomecánica (PSG) a lo largo del eje del - Zonas con riesgo de filtraciones importantes, túnel y a la cota de excavación; el PSG debe incluir de forma golpes de agua, etc. resumida la información más relevante sobre los siguientes - - Posibilidad de encontrar gases o gradientes térmicos elevados. Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. aspectos Parámetros geomecánicos de diseño ❖ RESISTENCIA AL CORTE DE LAS ❖ ■ DEFORMABILIDAD DEL MACIZO ROCOSO DISCONTINUIDADES La deformabilidad del macizo rocoso es uno de los parámetros • Ensayos de corte directo y de rozamiento. más complejos de evaluar dada la heterogeneidad • Criterio de Mohr-Coulomb. anisotropía que caracterizan a los macizos. • Método de Barton y Choubey. • Ensayos in situ y métodos geofísicos. • Correlaciones con el módulo de deformabilidad de la matriz ❖ ■ RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO • Criterio de Hoek y Brown. • Criterio de Mohr-Coulomb. Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. rocosa, el módulo dinámico y el RQD. • Métodos empíricos a partir de los índices RMR, Q y GSI. y Sostenimientos a partir del RMR Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. Métodos de Excavación y Sostenimiento El diseño de un túnel supone un conjunto de actuaciones entre las que se destacan: • El conocimiento de la estructura y litología del terreno para seleccionar el nivel geotécnico en el que se va a perforar, así como el espesor de terreno resistente que queda por encima de la clave, la posible presencia de agua, las características geotécnicas del terreno. • Conocido el trazado y el tipo de problemas geotécnicos previsibles, debe diseñarse el sistema constructivo que lleve a la sección definitiva. • En función del sistema constructivo elegido se diseña y calcula tanto el sostenimiento primario como el revestimiento definitivo. Este último debe instalarse en función de la seguridad de la obra a largo plazo, condiciones de explotación y ventilación, etc. • Se debe comprobar, durante y posteriormente a la excavación, que el conjunto terreno-sostenimiento se comporta de forma debida. Para ello la auscultación. Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. Métodos de Excavación • Perforación y voladura. • Excavaciones mecanizadas: Tuneladoras y rozadoras Carro perforador de cuatro brazos Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. Métodos de Excavación Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. Elementos de Sostenimiento El sostenimiento proporciona al túnel el principal elemento de estabilización, cumpliendo los siguientes objetivos: • Evitar que el terreno pierda sus propiedades resistentes. • Evitar el desprendimiento de cuñas o zonas sueltas del terreno por el proceso de excavación. • Limitar las deformaciones en la cavidad creada. • Controlar las filtraciones y proteger las rocas frente a la meteorización. • Proporcionar seguridad a las personas e instalaciones. Para alcanzar estos objetivos se debe instalar el sostenimiento tan pronto como sea posible. A este sostenimiento de tipo inmediato o provisional se lo denomina sostenimiento primario. Es posible que la excavación precise de elementos de sostenimiento adicionales para tratar de reforzar el terreno en zonas débiles, en cuyo caso se denomina sostenimiento secundario. Una vez estabilizada la excavación y finalizada la instalación de los sostenimientos, los túneles se cubren de una capa de hormigón, llamada revestimiento, cuyas funciones son contribuir a la estabilidad a largo plazo del túnel, mejorar su estética, albergar servicios y conducciones y disminuir la fricción del aire o el agua, entre otras. Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. Elementos de Sostenimiento • El hormigón proyectado: también llamado gunita tiene dos finalidades principales: sellar la superficie de la roca, cerrando las juntas, y evitar la descompresión y alteración de la roca. • La malla electrosoldada o mallazo: Está formada por una parrilla de barras corrugadas unidas mediante electrosoldadura, y se utiliza como refuerzo del hormigón, proyectado por su facilidad de adaptación a la forma del túnel. • Los bulones: Consisten en barras de acero de 20 a 40 mm de sección y longitudes variables, normalmente entre 3 y 6 m, que se instalan en el terreno previa perforación del taladro correspondiente. Los primeros funcionan como un anclaje, tienen un fuste libre, y la cabeza (parte que sobresale de la excavación) se sujeta mediante una placa y una rosca, aplicándoles una tensión entre 5 y 15 t. El bulón pasivo se adhiere a la roca en toda su longitud y no se le aplica tensión. Los bulones ejercen dos efectos sobre la excavación: ✓ Cosen» las discontinuidades del macizo rocoso, impidiendo los deslizamientos y caídas de cuñas y bloques. ✓ Aportan al terreno un efecto de confinamiento. • Las cerchas: Son perfiles de acero laminados en forma de arco que ejercen una función resistente cuando trabajan en contacto con el terreno, por tanto se han de colocar en contacto con el mismo a lo largo de toda su longitud y firmemente apoyadas en el suelo. Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. Tratamientos Especiales Cuando el terreno tiene baja resistencia o presenta problemas de estabilidad, filtraciones, hinchamientos, etc., se aplican tratamientos especiales de consolidación, refuerzo, impermeabilización o drenaje. Algunos de estos tratamientos son los siguientes: • Enfílajes: Consisten en la colocación de bulones inclinados unos 40o-45° hacia el frente de avance, para evitar la caída de cuñas. Tienen utilidad cuando se atraviesa roca muy fracturada. • Paraguas: Se usan para pasar zonas de roca muy fracturada o muy alterada, con riesgo de desprendimientos al efectuar el avance. Pueden utilizarse bulones o micropilotes instalados alrededor de la sección o de la clave del túnel. • Coronas de jet grouting: En el caso de atravesar un zona muy suelta (rellenos de falla, roca descompuesta, etc.) se puede tratar todo el contorno del túnel mediante inyecciones por la técnica de «jet-grouting». Con ello se estabiliza el terreno formando un arco que permite avanzar bajo él. • Inyecciones: En función de sus fines pueden ser de relleno, consolidación o impermeabilización. • Drenajes: Para captación de filtraciones, mediante taladros o galerías de drenaje. Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. Tratamientos Especiales Malla electrosoldada Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. Instalación de Micropilotes Enfilajes Ejecución de paraguas Evaluación Geológica en obras viales En el campo se realizan las siguientes actividades: • Revisión y análisis de la información cartográfica disponible. • Reconocimiento geológico y geomorfológico en el trazo de carretera y su área de influencia. • Cartografiado geológico – geodinámico a escala 1:25 000, principalmente de procesos de movimientos en masa, antiguos y recientes (activos o reactivados) y otros peligros geológicos e hidrológicos existentes, con influencia directa o indirecta sobre la carretera. • Descripción de la estabilidad de laderas, características puntuales del macizo rocoso y depósitos superficiales. Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. Evaluación Geológica en obras viales Las actividades de gabinete comprendieron: • Revisión de información geológica e hidrológica de Ingemmet a escala regional y local • Elaboración de planes de trabajo de campo. • Fotointerpretación del área correspondiente al tramo con fotos aéreas de alto vuelo disponibles. • Procesamiento y preparación de la información geológica – geodinámica obtenida en campo (fichas de inventario y fotografías ilustrativas) para la elaboración de mapas temáticos (geología, geomorfología e inventario de movimientos en masa), para la evaluación de la estabilidad de las laderas. Elaboración de base de datos georeferenciada. • Análisis de la información geológico – estructural, del área. • Selección de alternativas o recomendaciones generales, para el control de la estabilidad de las laderas y seguridad física de la infraestructura vial existente. • Generación de informe técnico y reporte final, incluyendo la elaboración de planos, gráficos, cuadros, figuras, etc. Tomado de Gonzalez de Vallejo et al., 2003 UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil. Conclusiones - La sismicidad tectónica de Perú proviene de los ambientes sísmicos de subducción y reajuste tectónico cortical del borde continental. La sismicidad cortical produce fenómenos geológicos-de-superficie del fondo marino (maremotos, deslizamientos, etc.) y de alta montaña (avalanchas, deslizamientos, fallamiento, etc.). - El nivel de peligro, en el territorio peruano, de los fenómenos geológicos-de-superficie asociados a los terremotos es alto: Licuefacción de suelos (terrenos), inestabilidad de taludes (derrumbes, deslizamientos, desprendimiento de rocas y material geológico, etc.), maremotos, fallamiento y/o agrietamiento de terrenos, etc.. - El peligro de la severidad de sacudimiento sísmico del territorio peruano está documentado en los mapas de peligro sísmico oficiales publicados. Sin embargo, se requiere la actualización de estos a mayor resolución y con mejor documentación de las zonas sismogénicas corticales continentales y marinas. UNIDAD 4. Geología aplicada a la Ing. Civil.
