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DIPLOMADO EN GEOMECÁNICA SUBTERRÁNEA Y SUPERFICIAL

INFORME TÉCNICO DE SUSTENTACIÓN DE CURSO VIRTUAL OFFLINE (ITSCVO)

CURSO MAPEO GEOMECÁNICO DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS Y SUPERFICIALES

ESTUDIO MAPEO GEOMECÁNICO DEL TÚNEL ENTRADA DE LAS CENTRALES HIDROELECTRICAS DE CHANCAY ENTRE LAS PROGRESIVAS 0+00 HASTA 0+42.30

ALUMNO: OSCAR IVAN SALCEDO LOZANO DOCENTE: ING. GUILLERMO RODRIGUEZ CAYLLAHUA

LIMA –PERÚ, JULIO 2018

RESUMEN EJECUTIVO El proyecto en estudio está ubicado en el departamento de Lima, provincia de Huaral, Distrito de Acos en una excavación realizada entre las progresivas 0+00m a 0+42.30m. El mapeo geomecánico como base para la caracterización del macizo rocoso debe ser de calidad y coherente con el terreno. A partir de la integración de la información geomecánica (), se elaboró un plano geomecánico conformada por 2 zonas o unidades geomecánicas: Zona de roca Regular (Tipo III) RMR 58-60 y roca Buena (Tipo II) con un RMR de 61-68.

Se calculó los esfuerzos in situ presente en el túnel de sección 3.4x3.4m, el esfuerzo vertical y las direcciones de los esfuerzos principales. Para la obtención de la dirección de estos esfuerzos se realizó un cálculo vectorial y uno grafico utilizando la red estereográfica. Se determina método de sostenimiento a lo largo de la excavación del túnel con apoyo del software UNDEWGE V3.0 para tramos donde existe riesgo a de formación de cuñas.

Palabras claves: (Sostenimiento de túneles, mapeo geomecánico, RMR Bieniawski, esfuerzos principales).

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INDICE

RESUMEN EJECUTIVO .................................................................................... 2 1.

INTRODUCCION ........................................................................................ 6

2.

METODOLOGÍA DE ESTUDIOS ................................................................. 7

2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................... 7 2.2. OBJETIVOS ................................................................................................ 7 2.2.1.

OBJETIVO GENERAL ....................................................................... 7

2.2.2.

OBJETIVO ESPECIFICO .................................................................. 8

2.3. ALCANCES ................................................................................................ 8 2.4. UBICACIÓN DEL PROYECTO ................................................................... 8 2.5. ASPECTOS GEOLOGICOS ....................................................................... 9 3. MARCO TEÓRICO ...................................................................................... 10 3.1. CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS .................................................... 10 3.1.1. RMR (BIENIAWSKI, 1989) ..................................................................... 10 3.1.2. Q DE BARTON ...................................................................................... 11 3.1.3. GSI (INDICE DE ESFUERZO GEOLÓGICO)......................................... 12 4. INVESTIGACIONES BÁSICAS .................................................................... 14 4.1. CARACTERIZACIÓN DE LA MASA ROCOSA ......................................... 14 4.2. DISTRIBUCIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES....................................... 15 4.2.1. ASPECTOS ESTRUCTURALES............................................................ 15 4.3. CLASIFICACIÓN DE LA MASA ROCOSA ................................................ 16 4.4. ZONIFICACIÓN GEOMECANICA DE LA MASA ROCOSA ...................... 16 4.5. RESISTENCIA DE LA ROCA .................................................................... 17 4.5.1. RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA................................................. 17 4.6. CONDICIONES DE AGUA SUBTERRÁNEA ............................................ 17 4.7. ESFUERZOS IN-SITU .............................................................................. 18 4.7.1. POR CONDICIONES GRAVITACIONALES ........................................... 18 4.7.2. ESTIMACIÓN DE LA ORIENTACIÓN DE LOS ESFUERZOS PRINCIPALES (METODOLOGÍA VECTORIAL) .............................................. 18 4.8. UNIDADES GEOMECÁNICAS ................................................................. 19 3

5. METODOLOGIA DE ANÁLISIS ................................................................... 21 5.1. ESTABILIDAD ESTRUCTURALMENTE CONTROLADA ...................... 21 5.2. RECOMENDACIÓN DEL SOSTENIMIENTO DEL TÚNEL SEGÚN LAS CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS (RMR, Q y GSI) .............................. 23 5.2.1. RECOMENDACIÓN DEL SOSTENIMIENTO DEL TÚNEL SEGÚN EL RMR DE BIENIAWSKI.................................................................................. 23 5.2.2. RECOMENDACIÓN DEL SOSTENIMIENTO DEL TÚNEL SEGÚN EL Q DE BARTON ............................................................................................. 24 6. RESULTADOS............................................................................................. 25 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 26 7.1. CONCLUSIONES ..................................................................................... 26 7.2. RECOMENDACIONES ............................................................................. 26 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 27 ANEXOS .......................................................................................................... 28

INDICE DE CUADROS Cuadro 1: Datos al Software Dip y Dip Direction…………………………………15 Cuadro 2: RMR y Q del túnel entrada……………………………………………..16 Cuadro 3: Calculo vectorial de Sistema 1 y 2……………………………………..19 Cuadro 4: Calculo vectorial de Sistema 1 y 3……………………………………..19 Cuadro 5: Calculo vectorial de Sistema 2 y 3……………………………………..19 Cuadro 6: Recomendación del sostenimiento con el RMR de Bieniawski…….23 Cuadro 7: Recomendación del sostenimiento con el Q de Barton……………..24

INDICE DE FIGURAS Figura 1: Ubicación de la zona de estudio..……………………………………….9 Figura 2: Clasificación geomecánica RMR de Bienniawski…….………….……11 4

Figura 3: Clasificación geomecánica Q de Barton………………………………..12 Figura 4: Distribución de discontinuidades y sistemas principales utilizando DIPS…………………………………………….………………………….16 Figura 5: Zonificación geomecánico de la excavación del Túnel ..…………………………………………………..…………………17 Figura 6: Análisis de los 3 sistemas principales en UNWEDGE V3.0………….21

Figura 7: Sostenimiento aplicado al túnel con UNWEDGE V3.0………………..22

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1. INTRODUCCION La Geomecánica en sus más de 3 décadas ha tenido gran avance en sus aplicaciones a labores subterráneas hechas por el hombre, sin embargo aún persiste la necesidad de conocer los diferentes peligros que existen dentro de esta. Uno de los peligros más comunes que se tiene en la excavación de túneles es la caída de roca. Para reducir el riesgo de este peligro se determina la calidad del macizo rocoso y su comportamiento en la zona de la excavación, denominando esto un estudio geomecánico.

Actualmente el túnel entrada se considera propenso a causar accidentes laborales. Por este motivo se va a realizar un mapeo geomecánico de la excavación, determinar los esfuerzos principales del estado tensional de la roca para recomendar un sostenimiento adecuado con uso de las clasificaciones geomecánicas y apoyo del software UNWEDGE V3.0.

Para este estudio se va a utilizar los datos tomados en campo de forma sistemática. Con estos datos se determinara el RMR (Bieniawski, 1989) y Q de Barton, la información estructural es procesada en el software DIPS V3.0 para determinar el sistemas principales de juntas, todo esto con apoyo de talleres propuestos por el CGI.

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2. METODOLOGÍA DE ESTUDIOS Se procedió con el empleo de etapas, y es como se muestra a continuación: Primera etapa: recopilación de información y reconocimiento del terreno. Segunda etapa: se realizó la recopilación de la geología estructural y mapeo geomecánico del túnel. Tercera etapa: Procesamiento y análisis de la información. Cuarta etapa: redacción del informe.

2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La Geomecánica como tal nos permite el reconocimiento de las características físicas de la masa rocosa como el comportamiento de sus estructuras como influyen en la prevención de caída de rocas y el diseño del sostenimiento para túneles. El túnel no cuenta con un mapeo geomecánico adecuado presentando riesgo al no

tener

conocimiento

del

comportamiento

del

macizo

rocoso

ni

recomendaciones de sostenimiento.

2.2. OBJETIVOS 2.2.1. OBJETIVO GENERAL El objetivo del estudio está orientado a determinar el sostenimiento adecuado para lograr la estabilidad del túnel.

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2.2.2. OBJETIVO ESPECIFICO Realizar el mapeo geomecánico dentro de las labores de tunelería.

Reconocer las familias de discontinuidades que forman cuñas inestables en la labor del túnel.

Recomendar el sostenimiento adecuado y oportuno para la funcionalidad del túnel.

2.3. ALCANCES El presente informe tiene por objeto presentar el proceso de excavación dentro de los primeros 42 metros del túnel, limitado por pocos datos estructurales y recomendación

del

sostenimiento

de

acuerdo

a

las

clasificaciones

geomecánicas.

2.4. UBICACIÓN DEL PROYECTO El túnel se encuentra ubicado en el distrito de Acos, provincia de Huaral en el departamento de Lima, a una altitud promedio de 2890 m.s.n.m. El acceso se realiza desde la Ciudad de Lima mediante la carretera Panamericana Norte hasta llegar a Huaral, de donde se desvía hacia al Este por camino afirmado y asfaltado de 64 Km (Carretera Huayllay – Huaral) hasta la entrada del túnel.

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Figura 1. Ubicación de la zona de estudio. Figura satelital (Fuente: GOOGLE EARTH)

2.5. ASPECTOS GEOLOGICOS El macizo rocoso de tipo de Regular a Buena, el cual esta litológicamente sobre roca volcánica andesítica, tramos esporádicos de roca fuertemente fracturada de una corrida de 5.00 m, el cual no ha afectado al avance del trabajo operativo; los sistemas de discontinuidades de características estructurales actúan en forma transversal y sub paralela, el cual están selladas en todo su masa matriz, en tramos muy aislados se aprecia dique lávico, que disturban al fracturamiento, las diaclasas están tapizadas con óxidos de hierro con pequeños trazos de limoarcilloso.

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3. MARCO TEÓRICO 3.1. CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS 3.1.1. RMR (BIENIAWSKI, 1989) Rock Mass Rating por sus siglas en inglés, se utiliza para estimar una calidad de un macizo rocoso donde se obtiene un valor de RMR entre 0 y 100. Para su cálculo se utiliza los siguientes 6 parámetros.

P1: Resistencia a compresión simple (Valoración máxima: 15) P2: Porcentaje de fragmentación obtenida por el RQD (Valoración máxima: 20) P3: Espaciamiento que existe entre las juntas (Valoración máxima: 20) P4: Estado que se encuentra las juntas: Persistencia, apertura, rugosidad, relleno y grado de alteración. (Valoración máxima: 30) P5: Presencia de agua (Valoración máxima: 15) P6: Factor de corrección que se basa en la orientación de las juntas principales con respecto a la excavación, en el caso del túnel se resta de los primeros 5 parámetros. 𝑅𝑀𝑅=𝑃1+𝑃2+𝑃3+𝑃4+𝑃5+𝑃6

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Figura 2. Clasificación Geomecánica RMR de Bieniawski (Fuente: José Lacherre ,2007)

3.1.2. Q DE BARTON La Clasificación geomecánica de Q de Barton asigna a cada terreno un índice de calidad Q, tanto mayor es mejor la calidad de la roca, oscila entre Q=0.001 para terrenos excepcionalmente malos y 1000 para terrenos excepcionalmente buenos. El valor numérico de éste índice Q se define por la siguiente función:

Q = ( RQD / Jn ) x ( Jr / Ja ) x ( Jw / SRF )

Utiliza seis parámetros para definir la clase de masa rocosa:

1.- RQD, índice de calidad de la roca (100% roca muy buena) 2. - Jn, índice del número de familias de fracturas. 11

3. - Jr, índice de rugosidades en las fracturas. 4. - Ja, índice de alteración de las paredes de las fracturas. 5. - Jw, índice del caudal afluente. 6. - SRF, índice del estado de tensión del macizo.

Figura 3. Clasificación Geomecánica Q de Barton (Fuente: (Barton, Lien, & Lunde, 1974)

También se puede determinar mediante la siguiente correlación con el RMR-Q (Barton, 1995) RMR = 15· log (Q) + 50

3.1.3. GSI (INDICE DE ESFUERZO GEOLÓGICO) La clasificación GSI evalúa la calidad del macizo rocoso en función del grado de fracturamiento y la condición de las discontinuidades. El grado de fracturamiento o la cantidad de fracturas por metro lineal se tipifica de acuerdo a los siguientes conceptos. Masiva (M): Menos de 2 fracturas en un metro (RQD 90-100%). Levemente Fracturada (LF): de 2 a 6 fracturas en un metro (RQD 70-90%). Moderadamente Fracturada (F): de 6 a 12 fracturas en un metro (RQD 5070%). Muy Fracturada (MF): de 12 a 20 fracturas en un metro (RQD 25-50%). Intensamente Fracturada (IF): con más de 20 fracturas en un metro (RQD 025%).

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Triturada y brechada en zonas de falla, sin RQD.

La condición de resistencia asociada a la resistencia de la masa rocosa, determinada en forma muy sencilla y práctica con golpes de picota o su indentación o disgregación de la misma se tipifica de acuerdo a los siguientes conceptos. Muy Buena (MB), Extremadamente resistente: solo se astilla con golpes de picota. Buena (B), Muy resistente: se rompe con varios golpes de picota. Regular (R), Resistente: se rompe con uno o dos golpes de picota. Pobre (P), Pobre, moderadamente resistente: si indenta superficialmente con la picota. Muy Pobre (MP), Blanda a Muy Blanda: se indenta profundamente con golpe de picota o se disgrega fácilmente.

De esta manera con el uso del flexómetro y la picota se obtendrá rápidamente la calidad del macizo rocoso que se evalúa, además el sostenimiento a instalar de acuerdo a la sección de la labor y el tiempo oportuno de instalación. Esta clasificación es bastante practica en laboreos mina, empero para labores de tunelería se podría usar como referencia.

Estas clasificaciones geomecánicas tienen por objeto caracterizar una masa rocosa específica en función de parámetros que les asigna un cierto valor. Por medio de la clasificación geomecánica se llega a calcular un índice característico de la roca, que permite describir numéricamente la calidad de la misma.

Teniendo esta información cualitativa se procede a cuantificar mediante la aplicación de Software: “DIPS V5.0” para determinar el número de familias de discontinuidades y la probable formación de cuñas en las labores, para el análisis de estabilidad de cuñas se utilizó el software UNWEDGE V3.0.

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4. INVESTIGACIONES BÁSICAS Se tiene por realizar una excavación lineal desde la progresiva 0+00 hasta la progresiva 0+42.30m, azimut del eje del túnel 323.5°, con una sección de 3.40x3.40 m, el tramo a excavar es de composición andesitica (Densidad 2.7g/cc) con formación de cuñas por la misma génesis de la roca. Se procede a realizar el mapeo de la excavación, obteniendo los resultados expuestos de manera correlativa.

4.1. CARACTERIZACIÓN DE LA MASA ROCOSA Este afloramiento es andesitico en la zona del túnel, por el origen de la andesita se tiene una resistencia media-alta con formación de sistemas

de

discontinuidades, baja permeabilidad. Resistencia a la compresión simple de 90 MPa, un RQD de 65%, existen sistemas de fracturas sub paralelos al eje del túnel, se obtuvo los siguientes datos del mapeo geomecánico:

Condición de las discontinuidades: Aperturas promedio de 0.1 a 1 mm, Rugosidad: superficies rugosas Relleno: Duro