UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTECARRERA PROFESIONAL: Ingeniería de Minas

CURSO: Geología  CLASE: 9636

DOCENTE: Morales Céspedes, Wilver

TEMA: Geología Aplicada a la Geotecnia en Túneles

INTEGRANTES: Abad Rojas, Kevin Días aliaga, Luis Morales Orrillo, Miguel Orrillo Carranza ,Yojhan Ortis Soto, Lisbeth

GEOLOGÍA APLICADA A LA GEOTECNIA EN TÚNELES

INTRODUCCIÓN Los estudios geológicos-geotécnicos son absolutamente necesarios para poder proyectar y construir una obra subterránea.

Las excavaciones subterráneas están estrechamente relacionadas con la energía y los recursos minerales (aprovechamientos hidroeléctricos, centrales, explotaciones mineras, almacenamientos subterráneos, etc.

La mayoría de los túneles se construyen para salvar un obstáculo natural y permitir el acceso a vías de comunicación para transporte urbano (metros), transvases y conducciones; o para unir islas o estrechos y para pasos fluviales, en cuyo caso el trazado se efectúa bajo una lámina de agua.

Los túneles se caracterizan por su trazado y sección, definidos por criterios geométricos de gálibo, pendiente, radio de curvatura y otras consideraciones de proyecto. Bajo el punto de vista de la ingeniería geológica los datos más significativos son la sección, perfil longitudinal, trazado, pendientes, situación de excavaciones adyacentes, boquillas y accesos intermedios.

OBJETIVOS

OBETIVO GENERALEl objetivo de este trabajo es destacar las variables que inciden en la calidad geotecnia de un macizo rocoso y formar criterio acerca de su incidencia en la resistencia del mismo, proporcionando conocimientos para poder efectuar una descripción y valoración técnica de macizo rocosos en túneles.

ESTUDIOS GEOLOGICOS GEOTECNICOS PARA TÚNELES

Aspectos Importantes en la construcción de un túnel

Las investigaciones geológicas de los túneles son, en general, más costosas que en otras obras de ingeniería civil. Sin embargo, el no dedicar suficientes medios a estos estudios puede conducir a situaciones imprevistas:

“ Cuando el terreno no se investiga, el terreno es un riesgo”

La inversión adecuada en los estudios geológico- geotécnicos depende de la complejidad geológica, longitud del túnel, espesor de recubrimientos, etc. y puede llegar al 3 % del presupuesto de la obra; por debajo de este porcentaje aumentan los casos de túneles con problemas y, por encima los imprevistos son mínimos

FASES Y OBJETIVOS TAREAS CONTENIDOS

Estudios Previos Reconocimiento geológico general del trazo o corredoresIdentificación de riesgos geológicos para la excavación del túnel.Clasificación Geológico – geotécnica básica de materiales, planificación de investigaciones para la siguiente fase.Análisis de alternativa de trazados

Revisión de Información

TopografíaHidrología e hidrogeologíaMapas geológicosTúneles y minas próximasSismicidad

Fotointerpretación

Fotogramas blanco y negroTécnicas especiales en zonas cubiertas de vegetaciónTeledetección

Reconocimientos geológicos

Geomorfología y estabilidad de laderasLitologíasFallas y estructuras tectónicasDatos hidrogeológicos

Investigaciones in situ Sondeos espaciado geofísica en la superficie

Interpretación Geológica geotécnica Mapas y cortes geológicos (1:10000 – 1:2000)

Ante la importancia, tanto técnica como económica, de las investigaciones in situ resulta esencial llevar a cabo una correcta planificación de las mismas.

FASES, OBJETIVOS Y CONTENIDO DE LAS INVESTIGACIONES IN SITU PARA TÚNELES

FASES Y OBJETIVOS TAREAS CONTENIDOS

Anteproyecto y proyecto 

Selección del trazado y emboquilles.Estudio geológico-geotécnico detallado.Evaluación de los problemas geologícos-geotecnicos y su incidencia en la excavación.Características geomecánicas de los materiales.Criterios geomecánicos para el diseño Recomendaciones para el sostenimiento, excavación y tratamientos del terreno

 

CARTOGRAFÍAGEOLOGICO – GEOTECNICO

LitoestratigrafiaEstructuraEstaciones geomecánicasGeomorfologíaMapas a escala 1:2000 – 1:500

DATOS HIDROLÓGICOS E HIDROGEOLÓGICOS

Regionales y localesEstimación de caudales y presiones

INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS

Ensayos de laboratorioSondeosCalicatasEnsayos in situGeofísica

INTERPRETACIÓN GEOLÓGICA - GEOTÉCNICA

Clasificaciones geomecánicasPropiedades geomecánicasRecomendaciones para el sostenimiento y excavación Tratamientos del terreno

FASES Y OBJETIVOS TAREAS CONTENIDOS

Construcción 

Control geológico-geotécnico y auscultación.Adecuación del proyecto las condiciones del terreno.Medidas de control de inestabilidades, filtraciones y tramientos de terrenos

ControlGeologico-Geotecnico

Cartografía geología-geotécnica en el interior del túnel Sondeos en avance, galería exploratoria, geofísica, ensayos

Auscultación Instrumentación geotecniaControl de calidad Ensayos Asistencia Técnica Seguimiento y control de ejecución

Soluciones constructivas y tratamientos del terreno

Al perforar un túnel se puede 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 de fracturas,

acuíferos o rocas carstificadas.

CONDICIONES GEOLÓGICAS

INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES GEOLÓGICAS

Estas condiciones están directamente relacionadas con los siguientes factores geológicos: estructura, discontinuidades, resistencia de la roca matriz, condiciones hidrogeológicas y estado tensional.

Por otro lado, 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.

La respuesta del macizo rocoso ante las acciones naturales e inducidas determina las condiciones de estabilidad del túnel y, como consecuencia, las medidas de sostenimiento a aplicar.

Por otro lado, el proceso constructivo también depende de la forma de excavación de las rocas, que asimismo es función de la resistencia, dureza y abrasividad, entre otros factores

ESTRUCTURA GEOLOGICA

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.

 DISCONTINUIDADES

La mayoría de los problemas de estabilidad se deben a la intersección de la sección del túnel con planos de Discontinuidad. Se distinguen las siguientes discontinuidades:

Discontinuidades de tipo sistemático (están presentes en casi todas las rocas):

a) Diaclasas b) Planos de estratificación c) Esquistosidad d) Discontinuidades de tipo singular. e) Fallas

El estudio de las fallas y demás discontinuidades singulares es uno de los aspectos geológicos más importantes en un túnel.

Para dicho estudio se requiere: Conocer la estructura tectónica regional y local. Cartografía geológica y análisis estructural. Identificación de fallas y su clasificación en función del origen, edad,

tipo y geometría. Identificación de rellenos de falla, su resistencia y expansividad. Conocer la transmisibilidad hidráulica. Estudios sobre las implicaciones tensionales y sobre sismicidad.

ASPECTOS GEOLOGICOS IMPORTANTES

La incidencia de las fallas en la estabilidad de una excavación depende de las características de las mismas; de forma simplificada, éstas pueden ser:

Fallas caracterizadas por una o varias superficies de discontinuidad, planos de despegue o contactos mecánicos entre distintos materiales.

Fallas caracterizadas por una zona de espesor variable

y de baja resistencia formada por materiales blandos, inestables,

plásticos o expansivos. Fallas caracterizadas por una zona de alta transmisibidad hidráulica.

RESISTENCIA DE LA MATRIZ ROCOSA

La resistencia de la matriz rocosa influye de forma decisiva en el método de excavación, y es un factor importante en la estabilidad de la misma. A partir del factor de competencia F C = σ ci / σ v (donde σ ci es la resistencia de la matriz rocosa y σ v la tensión o esfuerzo máximo vertical), se diferencian tres condiciones de estabilidad:

F C > 10: la matriz rocosa tiene una resistencia muy superior a las tensiones del macizo y la excavación es estable.

10> F C > 2: la estabilidad está condicionada por el tiempo y las propiedades de la roca, pudiéndose establecer tres tipos de deformaciones: elástica, plástica y rotura frágil con riesgo de explosión de roca (rack burst). F C < 2: la excavación puede ser inestable al sobrepasar las tensiones la resistencia de la matriz rocosa.

ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRUCTURA GEOLOGICA

Se considera dos ejes alternativos para la construcción de un túnel, a través de un anticlinal, mientras que el eje del túnel 1 resulta de mayor longitud (L1>L2), sin embargo, en el reparto de esfuerzos, el eje del túnel 2 tendrá condiciones de estabilidad más severa. Existe la posibilidad de que su costo final resulte mayor.

Las rocas masivas presentan pocas discontinuidades, generalmente son rocas de buena calidad, pueden estar asociados a cuerpos mineralizados en especial cuando han sufrido silicificación hidrotermal. Estas rocas ofrecen aberturas rocosas estables sin necesidad de sostenimiento, solo un buen desatado.

La roca fracturada presenta familias de discontinuidades conformadas principalmente por diaclasas que constituyen planos de debilidad. El factor clave que determina la estabilidad de la excavación es la intersección de estas discontinuidades que forman piezas y bloques. • Las cuñas bipolares están formadas por la intersección de dos diaclasas cuyo rumbo es paralelo o subparalelo al eje de la excavación.

Es otro modo de falla que considera la intersección de tres diaclasas o sistemas de diaclasas en general tres discontinuidades para formar una cuña tetrahedral que podría caer o deslizarse por su propio peso, ya sea desde el techo o desde las paredes de la excavación. Pueden persistir en la bóveda o hastíales. Podría necesitar sostenimiento sistemático.

Estos se forman cuando hay sistemas principales de discontinuidades aprox. Paralelos al techo o hastíales de la excavación y además deben existir otros dos sistemas que liberen el bloque. Estos tipos de estructuras se aprecian en la explotación de minas subterráneas donde se extrae el mineral en forma de vetas.

La roca de los contornos de la excavación está formada como un edificio de bloques que se auto sostienen. Los bloques liberados por las intersecciones de las diaclasas presentan formas complejas. La falla puede ocurrir por caída o deslizamiento de los bloques debido al efecto de la gravedad. 

Las rocas intensamente fracturadas presentan muchos sistemas de diaclasas y fracturas, las cuales generan pequeñas piezas o fragmentos rocosos, constituyendo masas rocosas de mala calidad. Las fallas ocurren por deslizamiento y caída de estas pequeñas piezas y fragmentos rocosos o por desmoronamiento de los mismos.

La falla del macizo puede ir agrandando la excavación y llevarla al colapso.

Las fallas y las zonas de corte están relacionadas a rocas débiles que pueden estar muy fracturados y la falla misma puede contener arcilla o panizo. Las zonas de influencia de las fallas pueden ser de varios metros de ancho pudiendo influenciar en la estabilidad de la excavación.

Las fallas de corte pueden presentarse como estructuras aisladas o como estructuras múltiples, en este ultimo caso, la situación de la estabilidad de una excavación es fuertemente complicada, por la influencia adversa de las fallas.

Depende mucho de las cantidades de fallas en función al área de la excavación a realizar.

ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRATIFICACION DEL M.R

La principales características de los planos de estratificación son su geometría planar y su alta persistencia, las cuales hacen que estos planos constituyan debilidades de la masa rocosa, es decir planos de baja resistencia. Los problemas que se generan tienen relación con la separación de los bloques tabulares del techo inmediato y su cargado y deflexión hacia el vacío minado por efecto de la gravedad.

Cuando los estratos tienen buzamientos casi verticales, estos serian la caja piso y techo de la excavación. Los estratos constituyen falsas cajas, formando bloques tabulares que pueden separarse o despegarse de la cajas techo por efecto de la gravedad.

Las discontinuidades que se presentan en estos tipos de estratificación pueden intersectarse formando varias combinaciones de inestabilidad.

La presencia de agua en la roca alterada y débil puede acelerar el aflojamiento y actuar como lubricante para producir deslizamientos de bloques.

También dañan los sistemas de sostenimiento, produciendo corrosión a los elementos de fierro, acero y deterioro de concreto.

En rocas estratificadas y/o fracturadas la presencia de agua puede ejercer presión, lavar el relleno de las fracturas y actuar como lubricante.

Es importante la observación de cambios de humedad en el techo y paredes de la excavación, ya que ayuda al reconocimiento de posibles fallas en el macizo rocoso, como resultado de las variaciones de los esfuerzos.

PRESENCIA DE AGUA EN LAS EXCAVACIONES 

Si el agua empieza a filtrarse a través de la roca dentro de un área que es normalmente seca, es un signo de que la roca esta pasando por cambios de esfuerzo, estos cambios harán que las fracturas se abran o se extiendan, empezando a manifestarse la humedad.

Si un área normalmente con presencia de agua empieza a secarse también deberá tomarse como una indicación de que la roca esta ganando esfuerzos o se esta equilibrando a la excavación.

Se requiere de suficiente INVERSION en Investigaciones geológico – geotécnicas e hidrogeológicas para lograr un proyecto ajustado a la realidad sin mayores riesgos.

Se debe desarrollar métodos de diseño mas exhaustivos, que permitan abordar TODAS las posibilidades situaciones típicas y extraordinarias posibles en la fase de construcción.

El método debe ser TRAZABLE en todo su desarrollo, para así permitir la actuación de cualquier Consultor o Asesor y pueda ser ajustado en cualquier fase de su desarrollo.

LAS SOCIEDAD AUSTRIACA DE GEOMECANICA HA EMITIDO LA PRIMERA METODOLOGIA OFICIAL DE DISEÑO GEOTECNICO DE TUNELES EN EL AÑO DE 2003 ACTUALMENTE ESTA SE IMPONE COMO NORMA PARA SU APLICACIÓN EN EL DISEÑO Y LA CONSTRUCCION DE TUNELES

METODOLOGIA DEL DISEÑO GEOTECNICO ESTRATEGIA DE DISEÑO GEOTECNICO

METODOLOGÍA DEL DISEÑO GEOTÉCNICO

La estrategia debe ajustarse a las necesidades de cada etapa de diseño Las investigaciones deben abarca: estudios geológicos del área, determinación de

parámetros geotécnicos relevantes y otros factores de influencia. Deberá desarrollar modelos preliminares. Estos se deberán revisar y actualizarse con nuevos resultados. Sobre la base de los modelos deberán desarrollarse modelamientos geológicos,

geotécnicos e hidráulicos, mejorados con análisis estadísticos y probabilísticos

ESTRATEGIA DE INVESTIGACIONES GEOLOGICO - GEOTECNICAS

ESTRATEGIA DE INVESTIGACIONES GEOLOGICO - GEOTECNICAS

OBJETIVOS GENERALES Clasificar un Macizo Rocoso particular en grupos, siendo el criterio de

agrupamiento el comportamiento geotécnico. Proveer una base para determinación/compresión del comportamiento físico

mecánico de las rocas de cada grupo. Alcanzar u estándar común para los análisis de estabilización del Macizo

durante la construcción. OBJETIVOS PARTICULARES EN CADA OBRA Logro de un pronostico completo de todos los eventos geotécnicos posibles. Determinación de todo el espectro de posibles riesgos geotécnicos, para el

diseño de medidas de mitigacion y prevención de cualquier necesidad de improvisación en la obra.

• Entrega de los datos suficientes para elaborar una estrategia y una programación de la construcción.

Conclusiones

Al termino del desarrollo del tema de la presente exposición  

Se logró aprender la técnica de separación de iones contenidos en una solución llamad (electrolisis)

Logramos identificar la reacción de cationes y aniones cuando se los expone a un potencial eléctrico

Se reconoció los equipos que se pueden montar para hacer un proceso electrogravimétrico ya sea simple o complejo.