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9.ESTUDIO DEL REVESTIMIENTO DEL TÚNEL

La estabilidad a largo plazo para una excavación subterránea implica prevenir el deterioro, fractura o erosión de rocas debido a la presencia de agua, dado que su aparición lleva al desprendimiento de material y a la generación de cargas sobre el soporte que producen agrietamiento en la estructura.


Es recomendable usar concreto convencional en la obra subterránea dependiendo de los empujes que se presenten en el terreno. Para asegurar que el concreto del revestimiento final sea durable, se debe colocar una membrana de impermeabilización protegida con un geotextil, previo a la instalación del concreto.
Cuando las deformaciones producidas luego de la excavación se detengan se instalará el revestimiento definitivo en concreto, el cual tiene como función principal evitar la filtración de agua hacia las calzadas y dependiendo del comportamiento del soporte, puede resistir las presiones del terreno por movimientos del macizo rocoso.

9.1GENERALIDADES

El análisis y la modelación, se realiza con el software Phase2, procurando utilizar los parámetros mecánicos, estratificación y estados de esfuerzos, más próximos a los presentes en el entorno real; esto con el fin de representar de forma adecuada el comportamiento de los materiales en el momento de la intervención (excavación subterránea).


El análisis se efectúa para la situación que representa las condiciones más críticas del proyecto, considerando que la litología encontrada presenta similitud en los diferentes túneles, en el siguiente aparte se muestran los resultados para el revestimiento del túnel, siguiendo la metodología descrita en el Capítulo7.

9.2RESULTADOS

Las propiedades del concreto del revestimiento son las siguientes:




  • Concreto Convencional

-Espesor: 30 cm

-Resistencia a la Compresión (f`c): 40MPa

-Módulo de Deformación (E)= 30Gpa

-Módulo de poisson = 0.20

-Resistencia a la tensión: 4 MPa

-Malla metálica #6
Para cada uno de los tipos de terreno se proponen procesos de excavación, soporte y revestimiento, los cuales son considerados adecuados si, durante todas las etapas analizadas, presentan factores de seguridad mayores de 1.5. En la Figura 9. se presentan los resultados de los análisis del revestimiento. Aunque se pudiera utilizar un espesor de revestimiento menor, por razones constructivas el mínimo espesor recomendable es de 30 cm (0.30 m).
En particular para la zona de construcción del túnel en estudio, se recomienda utilizar concreto tipo V debido a los minerales como la pirita que pueden comprometer las propiedades del concreto a largo plazo.




Fuente:Concol

Figura 9.Diagramas de capacidad para revestimiento túnel 7. K16+580.





Fuente:Concol

Figura 9.Diagramas de capacidad para revestimiento túnel 7. K16+690.



Figura 9.Diagramas de capacidad para revestimiento del nicho en el túnel 7. K16+740.




10.ESTUDIO DE SEÑALIZACIÓN DEL TÚNEL

La señalización de este túnel es presentada en el“VOLUMEN XIV ESTUDIO DE SEÑALIZACIÓN”.



11.ESTUDIO DE PORTALES




11.1GENERALIDADES

Para el estudio de los portales se evalúa la estabilidad de los taludes a conformar producto de las excavaciones requeridas para el acceso a los túneles, los cuales de acuerdo con el modelo geológico-geotécnico se encuentran en roca y/o suelo, los taludes a conformar presentan alturas de terrazas entre 8 y 10 m y bermas de 3m.



11.2DISEÑO DE TALUDES

El diseño de estabilización de los taludes en el sector de los portales se efectúa considerando la metodología de equilibrio límite; esta teoría se basa en la obtención de un factor de seguridad que indica la estabilidad del elemento ante solicitaciones en condiciones estáticas y seudoestáticas; para su desarrollo se recurre a la herramienta computacional Slide 6.0 de la firma Rocscience.


El análisis de taludes se realiza siguiendo los lineamientos del Título H de la Norma Sismo Resistente del 2010 (Asociación Colombiana de Ingeneiría Sísmica, 2010), la cual especifica en su numeral H.2.4.3 que el diseño de taludes en condición estática y con agua subterránea normal, debe tener un factor de seguridad mayor a 1.50 y en condición seudo-estática con agua subterránea normal y coeficiente sísmico de diseño debe presentar factores de seguridad mayores a 1.05.
A continuación se presenta la metodología de análisis:


  • Se establece el modelo geológico - geotécnico de acuerdo con los registros de perforación, geología local y mediante extrapolación se determinan los espesores de las capas que influyen dentro del mismo; posteriormente, bajo los resultados de los ensayos de laboratorio (en el caso de los suelos) se determinan los parámetros de resistencia inicial y mediante los métodos de clasificación del macizo rocoso (GSI, RMR) se caracteriza la roca; estos parámetros son sometidos a un análisis de calibración mediante el estudio del modelo geológico- geotécnico antes de intervención, con el fin de implantar el modelo más aproximado a las condiciones presentes en el lugar.




  • Una vez calibrados los parámetros se efectúan los análisis respectivos a cada portal, empezando con la modelación de la condición natural del terreno y luego en condición de implantación de obras, es decir, análisis de estabilidad una vez se conformen los taludes de los portales de ingreso y salida del túnel; este tipo de cálculos se realiza bajo condiciones estáticas y seudo-estáticas (En presencia de sismo), cumpliendo con los factores de seguridad recomendados por la NSR 10 para cada caso. En el Anexo se presentan los resultados de todos estos análisis.

La metodología empleada en este diseño contempla la menor afectación al macizo, creando, en el caso que sea necesario, un túnel falso y minimizando los cortes (González de Vallejo, 2002); esta solución intenta además disminuir los efectos producidos sobre el medio ambiente.


En cuanto a los parámetros geomecánicos, éstos fueron obtenidos de acuerdo con la información obtenida de los ensayos de corte directo de muestras tomadas tanto de apique como de las perforaciones realizadas en los portales (los resultados de los ensayos de laboratorio se encuentran en elAnexo ); en el caso de los materiales rocosos, estos parámetros se determinaron (para realizar el análisis) según el criterio de resistencia de Hoek & Brown; estos son relacionados en la Tabla 11..
Los taludes frontales tienen una inclinación 1H:5V con alturas hasta de 12metros medidos desde la rasante del proyecto para evitar problemas con la instalación de los enfilajes dobles en cada portal. Las siguientes terrazas tienen inclinación 1H:2V de 8-10m de altura. Los niveles freáticos considerados se tomaron directamente de las lecturas de reportadas en las perforaciones ejecutadas. Para considerar el abatimiento del nivel freático en las modelaciones, se tuvo en cuenta la instalación de drenes subhorizontales de aproximadamente 12 m de longitud los cuales abaten el nivel freático al 50% de su longitud.
Los taludes laterales deben mantener la misma conformación de los taludes diseñados a lo largo del corredor, por esta razón se han considerado inclinaciones 1H:2V o 1H : 1.5V, bermas de 3 m y alturas de 8 a 10m. En el caso de cortes en coluviones, la inclinación adoptada es 1.5H:1V.
Las medidas de estabilización consideradas son pernos convencionales (SN) o autoperforantes (A) de 25 Ton de capacidad y de longitudes entre 10 y 20 m con espaciamientos variables según se muestra en laTabla 11.. Los parámetros geotécnicos utilizados en los análisis de estabilidad se presentan a continuación.
Tabla 11.Parámetros geotécnicos utilizados para el análisis de estabilidad.

Material

Color

Peso unitario (kN/m3)

Cohesión (kN/m2)

Ángulo de fricción - φ (º)

UCS (kN/m2)

m

s

a

Ru

Coluvión

 

21,20

35

30,0

-

-

-

-

-

Suelo Orgánico




18,00

-

23,6

-

-

-

-

-

Suelo Residual

 

18,07

21

38,1

-

-

-

-

-

Saprolito

 

21,00

26

42,0

-

-

-

-

-

Lutitas calcáreas - Ksli

 

24,91

-

-

44000

0,4372

0,00065

0,5

-

Lutitas calcáreas - Ksl




25,64

-

-

38000

1,0303

0,00720

0,5

-

De la Figura 11.a la Figura 11.se presentan los resultados de los análisis de estabilidad realizados. Para la condición de sismo, se utilizó un factor de aceleración horizontal de 0.15 y un factor de aceleración vertical de 0.075. El portal de salida calzada derecha se encuentra en roca.


stpedt7_pseudoestatico.jpg

Fuente: Concol 2015

Figura 11.Análisis de estabilidad portal de entrada, talud frontal, calzada derecha. Condición pseudo estática.

stpeizqt7-pseudoestatico.jpg

Fuente: Concol 2015

Figura 11.Análisis de estabilidad portal de entrada, talud frontal, calzada izquierda.

Condición pseudo estática.


stpsdt7_pseudoestatico.jpg

Fuente: Concol 2015

Figura 11.Análisis de estabilidad portal de salida, talud frontal, calzada derecha. Condición pseudo estática.
stpsizqt7_pseudoestatico.jpg

Fuente: Concol 2015

Figura 11.Análisis de estabilidad portal de salida, talud frontal, calzada izquierda. Condición pseudo estática.

derecha-entrada-costadoderecho-pseudoestatico.jpg

Fuente: Concol 2015

Figura 11.Análisis de estabilidad portal de entrada, calzada derecha,talud lateral derecho. Condición pseudo estática.
derecha-entrada-costadoderecho-pseudoestatico.jpg

Fuente: Concol 2015

Figura 11.Análisis de estabilidad portal de entrada, calzada derecha,talud lateral izquierdo. Condición pseudo estática.

izquierda-entrada-costadoderecho-pseudoestatico.jpg

Fuente: Concol 2015

Figura 11.Análisis de estabilidad portal de entrada, calzada izquierda,talud lateral derecho. Condición pseudo estática.
izquierda-entrada-costadoizquierdo-pseudoestatico.jpg

Fuente: Concol 2015

Figura 11.Análisis de estabilidad portal de entrada, calzada izquierda,talud lateral izquierdo. Condición pseudo estática.
derecha-salida-costadoderecho-pseudoestatico.jpg

Fuente: Concol 2015

Figura 11.Análisis de estabilidad portal de salida, calzada derecha,talud lateral derecho. Condición pseudo estática.
derecha-salida-costadoizquierdo-pseudoestatico.jpg

Fuente: Concol 2015

Figura 11.Análisis de estabilidad portal de salida, calzada derecha,talud lateral izquierdo. Condición pseudo estática.
izquierda-salida-costadoderecho-pseudoestatico.jpg

Fuente: Concol 2015

Figura 11.Análisis de estabilidad portal de salida, calzada izquierda,talud lateral derecho. Condición pseudo estática.


izquierda-salida-costadoizquierdo-pseudoestatico.jpg

Fuente: Concol 2015



Figura 11.Análisis de estabilidad portal de salida, calzada izquierda,talud lateral izquierdo. Condición pseudo estática.
En la Tabla 11.se resumen los factores de seguridad encontrados en los análisis anteriores.

Tabla 11.Resumen factores de seguridad en los análisis de estabilidad en portales.

Túnel 7

Talud

Frontal

Factores de Seguridad

Factores de Seguridad

Pernos SN o A

Bermas

Altura Máxima

Pendiente

Estático

Seudo -Estático

Izquierda

Derecha

Calzada Izquierda

Calzada Derecha

Talud Izq

Talud Der

Talud Izq

Talud Der

Long.

Cantidad

Inclinación con la horizontal

Resistencia Tn

Separación horizontal

Separación Vertical

Ancho

Talud

Entrada

 

 

 

K16+290

 

1.693

 

1.380

10 SN

12

5

27

1,5

2

3

60,64

1H:1.5V

 

 

K16+320

 

 

1.526

 

1.182

15 SN

13

5

27

1,5

2

3

63,3

1H:2.0V

 

K16+290

 

 

1.728

1.584

1.398

1.259

15 A

7

5

25

2

2

-

17,64

1H:1.5V

20 A

8

5

25

2

2

3

23,25

1H:1.5V

K16+320

 

 

 

1.704

1.530

1.337

1.148

10 SN

2

5

25

2

2

3

18,97

1H:2.0V

15 SN

7

5

25

2

2

3

27,35

1H:2.0V

Salida

 

 

 

K16+760

 

2.204

 

1.711

-

-

-

-

-

-

-

27,6

1H:5.0V - 1H:2.0V

 

 

K16+800

 

 

1.690

 

1.313

-

-

-

-

-

-

-

21,53

1H:5.0V - 1H:2.0V

 

K16+760

 

 

1.569

1.623

1.307

1.407

20 A

13

15

25

1,5

1,5

3

34,78

1H:5.0V - 1H:2.0V

10 A

4

15

25

1,5

2

10 A

5

20

25

1,5

1,5

-

14,92

1H:5.0V

K16+800

 

 

 

1.771

1.890

1.392

1.594

15 SN

8

5

25

2

2

3

36,39

1H:5.0V - 1H:2.0V

10 SN

2

10

25

2

2

-

12,83

1H:5.0V


Fuente:Concol


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