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7.3Requisitos y definición de tipos de soporte

El sistema de soporte primario diseñado para los túneles consta de uno o varios de los siguientes elementos: concreto lanzado reforzado con fibras metálicas, o malla, pernos y arcos metálicos.


El concreto lanzado ha probado ser muy útil para prevenir cargas de desprendimiento al aplicarse para sellar la clave y las paredes del túnel inmediatamente después de la excavación. Cuando se espera variación de las superficies, una capa de poco espesor tiende a estabilizar la humedad del terreno y detener los descascaramientos por desecación. Debido a la premura con la que puede ser colocado en el frente de la excavación, por proporcionar una presión de soporte en corto tiempo y por su estructura flexible, representa un componente básico del sistema de soporte diseñado.
Los pernos de anclaje sirven para recomponer bloques de roca potencialmente inestables, instalándose de forma localizada y para configurar un arco de roca reforzado que permita aprovechar la capacidad de la roca para auto-soportarse, a través del pernado sistemático; este último consiste en la instalación de series de pernos a distancias uniformes a lo largo de la sección transversal del túnel.
Por otra parte, los arcos de acero tienen una importancia trascendental en las rocas que poseen un corto tiempo de auto-soporte, con el fin de controlar los desprendimientos que ocurren inmediatamente después de realizada la excavación.
En función del tipo de terreno y con base en la clasificación de Bieniawski3, se puede recurrir a los lineamientos de la tabla para excavaciones y soportes de túneles en roca de acuerdo con el sistema RMR para definir el sistema de soporte; en la Tabla 7.se presentan dichas directrices. Estas recomendaciones se tienen en cuenta de manera preliminar para el diseño del sostenimiento y, según las exigencias particulares de cada túnel, se varían hasta encontrar la combinación adecuada que cumpla con los criterios establecidos en términos de factores de seguridad en los diagramas de capacidad.
Tabla 7.Lineamientos para excavaciones y soportes de túneles en roca.

TIPO DE TERRENO

SOSTENIMIENTO

Pernos de Anclaje

Concreto lanzado

Arcos de acero

III

Pernos dispuestos sistemáticamente de 4 m de longitud, espaciados cada 1,5 - 2,0 m sobre la clave y paredes con malla electrosoldada en la clave.

50 - 100 mm en la clave, y 30 mm en hastiales

NINGUNO

IV

Pernos dispuestos sistemáticamente de 5 m de longitud, espaciados 1-1,5 m en la clave y hastiales con malla electrosoldada.

100 - 150 mm en la clave, 100 mm en hastiales.

Arcos livianos espaciados cada 1,5m donde se requiera.

V

Pernos dispuestos sistemáticamente de 6m de longitud, espaciados 1 - 1,5m en la clave y hastiales con malla electrosoldada. Pernos en solera.

150 - 200 mm en la clave, 150 mm en hastiales y 50 mm en el frente

Arcos medianos a pesados espaciados cada 0,75m con revestimiento y paraguas si es necesario. Solera curva.

Fuente:(Hoek& Brown, 1980)

7.4PARÁMETROS GEOTÉNICOS PARA EL DISEÑO DEL SOPORTE

Teniendo en cuenta las ecuaciones para la caracterización de los parámetros de resistencia del macizo rocoso y teniendo en cuenta el criterio de Hoek& Brown, se han definido los siguientes parámetros para los suelos y para la roca.


Teniendo en cuenta las perforaciones ejecutadas y los ensayos de laboratorio (realizados a la fecha de elaboración del presente informe), la clasificación de los macizos rocosos de las lutitas carbonosas y sus parámetros de resistencia han sido determinados con base en los resultados de las líneas de reflexión sísmica somera, ensayos realizados y las correlaciones mencionadas anteriormente.
En las siguientes figuras se resumen lo resultados dispuestos en profundidad de los ensayos de laboratorio en cada una de las perforaciones ejecutadas. Los valores mostrados a continuación corresponden al peso unitario, resistencia de la roca intacta y velocidad ultrasonido (Ondas de compresión Vp).
Para la definición de los parámetros de resistencia de diseño se han considerado los valores cuya profundidad se encuentra en una zona representativa de la excavación del túnel.

Figura 7.Variacióon del peso unitario con la profundidad de exploración

Figura 7.Variación de la compresión simple sin deformímetros con la profundidad de exploración.
Figura 7.Variación de la velocidad ultrasonido con la profundidad de exploración.
A continuación se muestran dos correlaciones que permiten estimar el módulo de deformación de la roca intacta y del macizo rocoso a partir de la velocidad de onda de compresión (Vp) y de la relación de Poisson y peso unitario de la roca intacta.

Para estimar el módulo de deformación de la masa rocosa Barton (1996) propone:

Los valores de velocidades de onda de compresión se tomaron como el promedio de los valores obtenidos del ensayo de ultrasonido ejecutado en laboratorio. Los resultados se muestran en laTabla 7. se debe tener presente que son módulos de pequeña deformación.

Sin embargo los valores de deformabilidad adoptados para los diseños del soporte se tomaron en función del módulo relativo sugerido para el tipo de roca presente. Estos parámetros se encuentran en laTabla 7..


La Figura 7.muestra estos resultados en profundidad y se comparan con los valores adoptados en el diseño del sostenimiento.
Tabla 7.Correlaciones para estimar parámetros de deformación a partir de ensayos de sísmica.

ENSAYO DE VELOCIDAD ULTRASONIDO TÚNEL 7

PERFORACIÓN No.

PROFUNDIDAD

PESO UNITARIO TOTAL

PARÁMETROS DE DEFORMACIÓN A PARTIR DE CORRELACIONES

DE

A

(m)

(m)

γt (ton/m³)

Vp DIAM (m/s)

Vp LONG (m/s)

Promedio (m/s)

Q barton

RMR Barton (1995)

Ei (Mpa)

Ed Barton 1996 (MPa)

PTUN7-S3

37,90

39,10

2,430

5550,00

5526,00

5538,00

109,14

80,57

55362,73

47789,22

52,85

53,95

2,570

5307,00

5255,00

5281,00

60,39

76,71

53244,01

39234,06

69,35

70,15

2,630

5325,00

5169,00

5247,00

55,85

76,20

53787,73

38223,43

82,85

84,35

2,520

5101,00

4455,00

4778,00

18,97

69,17

42736,42

26668,38

98,45

99,25

2,580

5325,00

5281,00

5303,00

63,53

77,04

53897,46

39902,18

108,10

109,85

2,600

4823,00

4624,00

4723,50

16,73

68,35

43092,98

25575,86

132,85

133,85

 

4935,00

5000,00

4967,50

29,34

72,01

 

30843,48


Figura 7.Variación en profundidad de los diferentes módulos de elasticidad de la roca intacta y del macizo rocoso.
La siguiente tabla muestra los parámetros considerados en los modelos realizados en este informe.

Tabla 7.Parámetros de diseño túnel 7.

TÚNEL 7




 

 

PARÁMETROS GEOMECÁNICOS

TIPO DE MATERIAL

(KN/m3)

RMR

GSI

Clasificación de Hoek-Brown

Criterio Hoek-Brown

Rango de envolvente de falla

Criterio Mohr-Coulomb

Parámetros del macizo rocoso

σci(Mpa)

GSI

mi

D

Ei (Mpa)

MR

mb

s

a

σ3max (Mpa)

C (Mpa)

φ (º)

σt (MPa)

σc(MPa)

σcm(MPa)

Erm(MPa)

Coluvión (Qco)

17

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,02

35

-

-

-

150

Suelo Orgánico (Horizonte IA)

18

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,000

23,6

-

-

-

-

Suelo Residual (Horizonte IB)

18

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,002

38

-

-

-

-

Saprolito (Horizonte IC)

21

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,0259

42

-

-

-

-

Lutitas calcáreas - Ksli

24,91

50

45

44

45

6

0,5

8800

200

0,4372

0,00065339

0,50809

11

1,327809

20,0566

-0,06575

1,05996

3,79661

931,78

Lutitas calcáreas - Ksl

25,64

59

54

38

54

6

0,5

10173

267,7

0,6712

0,00216934

0,50434

9,5

1,401914

23,1728

-0,12282

1,72338

4,25004

1932,8

Fuente:Concol



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