Clasificación Geomecánica y Métodos de Excavación en Túneles

CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS

1. DESCRIPCIÓN DEL MACIZO ROCOSO

  • MATRIZ ROCOSA
  • DISCONTINUIDADES: orientación, espaciado, continuidad, rugosidad, resistencia, abertura, relleno y filtraciones
  • EL MACIZO

2. DESCRIPCIÓN DEL GRADO DE FRACTURACIÓN DE UN MACIZO

Jv (NÚMERO DE JUNTAS POR UNIDAD DE VOLUMEN)

Es el número total de discontinuidades que intercepta una unidad de volumen del macizo rocoso (1 m3).

Jv = Σ nº discontinuidades / longitud media. Según su valor, define el tamaño medio.

  • > 1 muy grandes
  • > 30 muy pequeños

RQD: Rock Quality Designation (%)

Porcentaje de fragmentos de testigo que superan los 10 cm con respecto a la longitud total del taladro.

RQD (%) = Σ nº * Li / Ltot * 100

Representa el grado de fracturación del terreno, no intrínseco porque la orientación altera el resultado.

RQD = 115 – 3,3 * Jv si Jv > 4,5

RQD = 100               si Jv < 4,5

RMR: Rock Mass Rating (0-100) clases I, II, III, IV, V

Suma de 5 parámetros + 1 corrección

  • Resistencia de la matriz (15)
  • RQD (20)
  • Espaciado de discontinuidades (30)
  • Presencia de agua (15)
  • CORRECCIÓN: orientación de juntas
  • 100-81
  • 80-61
  • 60-41
  • 40-21
  • < 20

Q de Barton (0,001-1000)

Q = RQD/Jn * Jr/Ja * Jw/SRF

  • Índice de fracturación
  • Índice de diaclasado
  • Índice de rugosidad
  • Índice de alteración
  • Índice reductor por presencia de agua
  • Stress Reduction Factor

SRF: describe la relación entre las tensiones y la resistencia de la roca.

Aproximación: Q = e(RMR-44)/9

ESR

Depende del ancho del túnel. Cuanto más alto, menos sostenimiento necesario.

Con Q y ESR podemos determinar el sostenimiento necesario con una tabla.

MÉTODOS CONVENCIONALES (perforación y voladura, y rozadora)

PROCESO DE EXCAVACIÓN

La excavación se puede ejecutar en una fase a sección completa, o en varias, que generalmente son 2: avance y destroza. Cuando se hace en más de dos fases, surgen los siguientes métodos:

MÉTODO BELGA

Excavación y entibación de la galería de avance en clave, ensanche lateral de la galería de avance y entibado, cimbrado y hormigonado de la bóveda, excavación de la destroza o pasillo central, excavación y hormigonado de los hastiales por bataches, y construcción de la contrabóveda.

Si el terreno es malo, al empezar por arriba, puede dar problemas, por lo que se pasaría al método alemán.

MÉTODO ALEMÁN

En este método se comienza por los laterales, y luego se excava la zona central. Funciona para secciones muy grandes, y si el túnel no es muy largo, puede ejecutarse todo de golpe. Es adecuado para terrenos rocosos.

NUEVO MÉTODO AUSTRIACO

Polémico método, dando tanto buenos resultados como colapsos. El fundamento del método consiste en movilizar la resistencia del terreno, cargar mucho contra el sostenimiento, dejando que el terreno alrededor plastifique y se deforme de manera controlada. Después de esto, el terreno no carga tanto y hay un ahorro sustancial en el sostenimiento.

Requisitos para el éxito:

  • Buena caracterización geológico-geotécnica
  • Cálculo de todas las secciones del túnel
  • Control sistemático en obra y de la calidad de los elementos de sostenimiento y revestimiento

Riesgos:

  • Excavación en suelos bajo edificios y bajo el nivel freático
  • Excavación en rocas blandas
  • Zonas de bajo recubrimiento
  • Longitudes de avance excesivas
  • Esperar demasiado a cerrar la sección
  • No ejecutar la contrabóveda
  • Degradación de la roca por grandes deformaciones

Método ADECO-RS

Se centra en el terreno aún sin excavar. Cuando hay convergencias o colapsos por delante del frente, significa que los ha habido en la zona aún por excavar. Es este el principio aplicado por el método. Por ello, se intenta hacer un sostenimiento de la zona sin excavar. Se intenta predecir el comportamiento del terreno por delante del frente para aplicar el sostenimiento necesario en el frente y zonas anteriores. Suele usarse bulonado en paraguas.

PRECORTE MECÁNICO

Un carro con una sierra que se coloca delante del frente, recorta la forma del túnel, en el corte se hace el sostenimiento y después ya se excava al amparo de este sostenimiento. Se hace a sección completa, y si hay problemas de estabilidad del frente puede ser un método problemático.

FALSOS TÚNELES

Se hace un desmonte, se monta el falso túnel, y luego se puede cubrir otra vez. Se suele utilizar en los emboquilles y salidas, a veces por criterios ambientales.

TÚNEL ENTRE PANTALLAS

Se excava el terreno entre pantallas, por fases. Es ideal para ciudades ya que se pueden ir cerrando las fases y reestablecer rápidamente el tráfico en dichas zonas.

RAISE BORING

Sirve para excavar pozos. Se hace un sondeo y luego se mete un disco que va ensanchando el terreno desde el fondo del sondeo hasta la superficie.

OTROS ASPECTOS A CONSIDERAR EN LA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES

  1. Tipos de túneles
  2. Condiciones hidrogeológicas
  3. Influencia del agua en el túnel (excavación y explotación)
  4. Métodos convencionales de excavación
  5. Clasificaciones geomecánicas
  6. Elección de tuneladoras
  7. Uso de voladura y rozadora
  8. Auscultación (etapas y mediciones)
  9. Importancia de la auscultación
  10. Impermeabilización
  11. Evaluación de caudales y ensayos para medir tensiones