Estudios PreliminaresEn etapas de factibilidad e ingeniería

básica, deben hacerse una serie de estudios geológicos y geotécnicos.

Geología del Trazado del túnel.Condiciones de aguas subterráneas.Sectorización geotécnica.EstabilidadGeotecnia de portales.Geotecnia para obras anexas.

Trazado del TúnelPara la definición del trazado de un túnel,

deben considerarse diversas características geológicas:

Tipos de roca y sus propiedades.Orientación de discontinuidades respecto

al eje del túnel, influye en la dificultad para la de excavación y sus condiciones de estabilidad.

Condiciones favorables es que discontinuidades manteen hacia el sentido de avance de la excavación.

Presencia de fallas, su orientación y espesor.

Mapa Geológico Trazado

Aguas SubterráneasRoca puede contener agua en su matriz o en

las fracturas, a diversas condiciones de presión que dependen de la profundidad.

Rocas muy fracturadas o permeables, como areniscas o calizas son especialmente importantes. También pueden haber bolsones de gravas o rocas más permeables.

Antes de la construcción se debe determinar la ubicación y cantidades de agua. Los costos suben al menos 20% por necesidad de soporte impermeable y drenaje.

Ante flujos altos, puede bajarse el nivel general del agua o tratar el suelo (ej: congelamiento).

Sectorización Geotécnica

A partir de una sección en que se proyecta la geología de superficie, más información de sondajes y ensayos de laboratorio, se asigna una clasificación de macizo rocoso o calidad de roca a los distintos sectores a lo largo del túnel (o porcentajes dentro de cada uno).

Luego se suman en km los sectores de igual calidad, determinando % de calidades de roca.

Sectorización GeotécnicaUsualmente se usa el índice Q o la

clasificación ISRM de resistencias estimadas de roca (R0 a R6)

Sectorización GeotécnicaUnidad Geológica Clase (%)

R5 R4 R3 R2 R1

Tobas, tufitas y volcarenitas con intercalaciones de lavas y brechas (Tia) 10 50 35 5 0

Volcarenitas y tobas de lapilli de fina estratificación (Tia3) 5 40 45 10 0

Tobas ignimbríticas (Tia4) 10 60 25 5 0

Tobas intracaldera (Tiem) 15 60 20 5 0

Remoción en masa, composición incierta (Qrm) 0 0 0 20 80

Granitoides (Mg) 5 40 40 15 0

Fallas 0 0 35 40 25

Sectorización GeotécnicaLa sectorización geotécnica permite:Identificar métodos de excavación más

apropiados y su % del trazado.Identificar tipos de fortificación y su diseño.Estimar costos de la obra.Seleccionar zonas donde se requieran

prospecciones adicionales.

Excavación de TúnelesEn suelo, excavación es manual o

mecánica, seguida rápidamente por soporte para mitigar las deformaciones y prevenir colapsos.

En roca, se puede usar tronadura controlada, cortadores rotatorios o TBM

Tunnel Boring Machines (TBM)Grandes cabezas rotatorias de hasta 12

m de diámetro, armadas con discos o puntas, rotan a 2-10 rpm. Avance hasta 30 m/día.

TBM

TBMEfectividad (y conveniencia económica) de la

TBM depende de las condiciones de la roca. Rocas de UCS > 150MPa tienden a ser muy problemáticas.

Abrasividad de la roca es importante ya que gasta rápidamente los discos. La abrasividad depende del contenido de cuarzo, tamaño del grano, resistencia y porosidad de la roca.

Niveles de stresses sobre la roca son comparables a las de tronaduras.

Ventajas son la generación de paredes suaves con poca sobre-excavación, lo que reduce necesidades de soporte.

PortalesLocalización de portales debe considerar la

topografía de superficie de manera que sea factible la construcción.

Además se deben analizar los impactos en la estabilidad de las laderas al realizar los cortes.

Calidad de roca es usualmente menor por estar cercano a la superficie.

Usualmente se requieren estudios a escala de mayor detalle, incluyendo levantamiento estructural (discontinuidades) y un sondaje.

Obras AnexasConjuntamente con el estudio del túnel,

usualmente hay que hacer estudios geotécnicos de obras anexas como caminos de acceso, puentes, sifones, túneles auxiliares (ventanas), etc.

Estos estudios pueden ser en suelo o en roca, ya sea en superficie o subterráneos.

Casos Especiales: a) Cambio de roca a sueloEl paso del túnel de roca a suelo debe ser

previsto y medidas especiales deben ser tomadas. Puede ser conveniente variar el trazado para evitar esta situación.

Cambio drástico en condiciones y métodos de excavación y soporte.

Suelo puede estar saturado e inundar el túnel al pasar el contacto.

El contacto usualmente es una superficie de erosión, generalmente irregular y por la tanto difícil de predecir en su localización exacta.

b) Túneles ParietalesExcavados subparalelos y a poca

distancia de una pared o ladera rocosa en superficie. Falta de continuidad del macizo provoca anomalías en las condiciones de esfuerzos.

Propiedades de la roca e inclinación de la ladera inciden directamente en estabilidad del túnel. En algunos casos puede convenir reemplazar la roca con materiales artificiales en vez de soportarla.

c) Túneles en Rocas Blandas y Zonas de Falla

Requiere soporte inmediato. Suelo tiende a deformarse rápidamente, pudiendo producir deformación de las paredes y asentamientos.

Estabilidad depende de la resistencia del material y condiciones hidrogeológicas. Suelos gruesos pueden ´fluir´dentro del túnel.

Otro problema es el “squeezing”, por deformación lenta (creep) y plástica del material, común en arcillas, lutitas y granitos, esquistos o gneisses altamente meteorizados.

En suelos expansivos, hay que dejar que se expanda antes de poner el revestimiento.

Investigación de SitioGeología de superficie.Sondajes en portales, a lo largo del túnel y zonas

aledañas. Incluir ensayos de permeabilidad y piezómetros.

GeofísicaMuestras sacadas en cota del túnel.Información debe ser tal de poder generar perfiles

a lo largo del túnel con tipos de roca, estructuras, calidad geotécnica (ej: Q) y condiciones hidrogeológicas.

Condiciones de temperatura y posible presencia de gases en la excavación deben ser examinadas.

Prospecciones GeofísicasMétodos sísmicosMétodos eléctricos