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GEOLOGIA APLICADA A TUNELES APLICACIONES NACIONALES

“GEOLOGÍA DE TUNELES ”

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INDICE RESUMEN ANTECEDENTES I. GENERALIDADES 1. Túnel 2. Túneles en Roca 3. Túneles en Materiales Firmes Tipos de Túnel y su Objetivo  

Partes de Un Túnel Criterios para el diseño de un túnel

Meteorización de las rocas    

Oxidaciones Hidrataciones Hidrólisis Carbonataciones

II. ESTUDIO GEOLOGICO 1. Fases del Estudio Geológico 2. El macizo rocoso : Naturaleza de la Roca  Especies de roca, estructuras.  Rocas Ígneas  Rocas Sedimentarias  Rocas Metamórficas 3.- Aspectos Geologicos  Fallas  Plegamientos, Anticlinales y Sinclinales  Anticlinales y Sinclinales  Filtraciones

III. INVESTIGACIONES PRELIMINARES 

Exploración de campo

IV.- DIFICULTADES EN EL TERRENO DURANTE LA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES   

Rocas expansivas Rocas Agresivas Proceso Carstico

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Esfuerzos en rocas Fenómeno de estallido de rocas

V.- CONSTRUCCION DEL TÚNEL 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Trazado Sección Transversal del Túnel Técnicas de Excavación en Túneles El sostenimiento de Rocas y Seguridad Minera Aplicar Geotecnia es Seguridad Influencia de las Condiciones Geológicas en el diseño y Construcción de túneles

VI.- CONCLUSIONES VII.- BIBLIOGRAFÍA VIII.- ANEXOS  

Un Registro Geológico Ciclo de trabajo en la excavación de un túnel Sección de un túnel 3. Barra Helicoidal 4. Tipos de Adherente Complementarios

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GEOLOGÍA DE TUNELES ANTECEDENTES Desde la más remota antigüedad el hombre trabajó para abrirse paso por el interior de la tierra: las galerías del alto Egipto y de la India, para dar acceso a los templos y las tumbas, son los vestigios mas primitivos que existen de trabajos de esta clase. Hay que detenerse, con admiración, al considerar las tremendas dificultades que aquellos hombres tenían que vencer; toda la herramienta era manual, y se recurría para la excavación en roca, al ingenioso sistema del fuego, que consistía en calentarla, haciendo arder leña junto a ella, y luego enfriarla rápidamente con agua para producir su agrietamiento y hacer mas fácil su excavación. Los romanos construyeron un gran número de alcantarillas, algunas de considerables dimensiones. Las catacumbas, que los primeros cristianos ejecutaron, son hoy admiración del visitante de Roma. E construyeron también gran número de túneles para conducir agua con destino al abastecimiento o el riesgo, el mas importante fue la galería del Lago Fucino, destinada a aprovechar sus aguas para el riego ; esta obra realizada en tiempo del emperador Claudio, tiene una longitud de 5,635 m para ejecutarla se abrieron 40 pozos, duró once años y en ella fueron empleados 30.000 hombres. Nada importante se hizo durante la Edad Media, ni en los primeros siglos de la Edad Moderna. En los comienzos del siglo XVIII, la posibilidad de utilizar la pólvora como auxiliar de la excavación fue sancionada por la experiencia; ello representó un avance trascendental para la técnica de construcción de túneles. A principios del siglo XIX, Napoleón para la carretera el Simplón, construyó seis túneles; el más largo de ellos fue de 200 m. de longitud. En 1798 se inició el estudio del túnel bajo el Támesis, que tuvo que ser abandonado en sus inicios (1800) y se reanudaron los trabajos en 1823 y fueron terminados en 1843 bajo la dirección del Ingeniero Brunnel; el túnel esta formado por dos galerías paralelas de 4,20 y 4,80 m de diámetro; ocurrieron durante su construcción gran número de accidentes que costaron bastantes vidas y suma importante de dinero. Se invirtieron en la obra 31.968 libras esterlinas por metro lineal de la doble galería, este túnel sigue hoy en servicio.

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I. GENERALIDADES

1. TUNEL Es una estructura de paso subterráneo ya sea a través de un monte o por debajo del nivel de un río. Se podría hablar de diversos tipos de túneles al considerar diversas condiciones, así por: a) La Función que desempeñan: Para vías de comunicación, hidroeléctricas, actividades de la minería, actividades militares, etc.

centrales

b) Las condiciones tipográficas: Túneles de montaña, subfluvial, lacustre y marino. c) Forma de la sección transversal a usarse depende de ciertos factores como condiciones estadísticas: Características del terreno (suelo o roca). Formación geológica de la zona, condiciones hidrogeológicas y métodos de construcción. Formas adoptadas pueden ser: Circulares, Ovoides, Trapezoidales, de Herradura, Parabólica y Compuesta. 2. TUNELES EN ROCA Para la excavación en roca, las mas importantes condiciones geológicas que se deben anticipar son las siguientes: la presencia de fallas, que generalmente involucran áreas de rocas muy fracturadas, dirección y grado de la estratificación, grietas y juntas, la presencia de agua, que puede ser caliente o fría, o contener ingredientes corrosivos o irritantes, bolsones de gases explosivos y tóxicos, y deformaciones en las rocas. La petrografía tiene menor importancia a menos que la roca sea altamente abrasiva, y cause excesivo desgaste de las barreras. 3. TUNELES EN MATERIALES FIRMES Entre los materiales, que no sean rocas, que se pueden encontrar al excavar un túnel se encuentran las arenas de diversas densidades y tamaño de grano; arenas mezcladas con lino o arcilla; ya sean puras o conteniendo limo o arena y que varían

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desde relativamente pláticas, con un alto contenido de agua hasta firmes y secas; mezclas aluviales de arena y grava o materiales procedentes de una morena glacial. Al excavar en todos estos tipos de materiales se requiere tablescadas, apoyadas en pies derechos o postes para sostener el techo. Se usan a menudo soportes de acero en lugar de la madera, particularmente para grandes galerías. 4. TIPOS DE TUNEL Y OBJETIVO: El objetivo principal de un túnel es el de dar paso a vías férreas, carreteras, minas y acueductos a través de una montaña con el fin de facilitar el transito evitando declives fuertes o caminos largos, explotar yacimientos mineros, conducir agua de presas hacia las turbinas, etc.

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4.1.- PARTES DE UN TUNEL El siguiente grafico muestra las principales partes de un tunel:

4.2.- CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE UN TUNEL

Toda obra de túneles presenta una serie de complejidades, debido a que el medio rocoso donde debe desarrollarse es anisotrópico, con particularidades de tectonismo, presencia Geología Aplicada GE – 831

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de aguas subterráneas, gases entrampados en las cavidades de la roca, etc. De manera que cuando los ingenieros proyectistas inician una empresa para el diseño de estas obras, deben organizar un grupo de especialistas y proveerse de la mayor cantidad de datos posibles. 1. La tarea se inicia con un reconocimiento superficial de la franja o área donde, en proyección a profundidad, debe ubicarse el eje principal del túnel; en la actualidad esta operación se ejecuta tomando fotografías aéreas que emplean rayos infrarrojos, a fin de ubicar las distintas estructuras geológicas, como fallas, contactos, plegamientos, etc. Con los datos que se obtienen de la restitución fotogramétrica, el equipo de geólogos procede a la verificación de éstos, complementándolos con informaciones de la geología regional y la historia geológica local, de manera que se logre conocer a fondo el modo en que reacciona la roca al ambiente geológico cambiante. Paralelamente se inician mediciones geofísicas y perforaciones exploratorias las que proporcionan información directa, útil para determinar una estimación cuantitativa de las características geológicas que se encontrarán en las profundidades. 2. Los ingenieros geotécnicos ejecutan los pronósticos sobre la cantidad, inclinación y orientación de los accidentes geológicos y las propiedades mecánicas de la roca, evaluando y clasificando el macizo rocoso para el tipo de excavación que debe ejecutarse. 3. Una vez que se determina, de acuerdo a la interpretación geológica, que existen problemas de estabilidad se diseñará la sección de excavación, dependiendo del grado de riesgo que se prevea, del tipo de excavación y de las limitaciones económicas dentro de las cuales se debe excavar el túnel. 4. El by-pass indica que para muchas estructuras subterráneas auto-soportantes en roca compacta, no es necesario diseñar modelos de mecánica de rocas, e hipótesis de fallamiento; es suficiente tomar en cuenta la experiencia. 5. Los riesgos financieros, tanto para el contratista como para el propietario, son necesarios para la negociación contractual. Estos riesgos consideran los posibles fallamientos en las estructuras de soporte y revestimiento del túnel después de completada la obra y las responsabilidades en el riesgo financiero. 6. En una segunda fase, durante el proceso de excavación, se implementa un programa de mecánica de rocas con el objeto de verificar o modificar los diseños originales, por cuanto frecuentemente se comprueban casos de sobredimensionado de los sistemas de estabilización, con el consiguiente encarecimiento de la obra. 7. Finalmente, se logran los objetivos con un cierto margen de seguridad.

4.3.- METEORIZACIÓN DE LAS ROCAS La meteorización de las rocas es el proceso de modificación dé su composición o estructura al estar en contacto con 1a atmósfera o en sus proximidades. Teniendo efectos sobre las propiedades físicas y mecánicas del material rocoso. La meteorización se divide tradicionalmente en dos categorías: La meteorización física, que es el proceso de desintegración de las rocas sin que varíe su composición química. Comprende: • Arranque directo de partículas por erosión. Geología Aplicada GE – 831

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• El mecanismo de helada-deshielo. • Cambios bruscos de temperatura. • Deposición de sales en las diaclasas cerca de las costas. • Acción de los vegetales, especialmente de las raíces de los árboles. La meteorización física es máxima cerca de los polos, en las altas montañas y en los desiertos cálidos. La meteorización química, que es una alteración química que se facilita cuando la humedad es grande y la temperatura es elevada. De este modo la meteorización química es muy intensa en climas cálidos y húmedos, y mínima en polos y, desiertos. Los tipos de reacciones químicas de la meteorización son: Oxidaciones. El oxígeno se disuelve en el agua en cantidades variables según su presión parcial en la atmósfera. Los iónes divalentes que hay en los minerales y que están en el estado de reducción pueden ser oxidados. Uno de ellos, el Fe será oxidado por el oxígeno pasando a trivalente, que es insoluble en el agua, y de este modo no podrá ser arrastrado por el agua y permanecerá en el sitio tiñendo de color rojizo el resto del terreno. Hidrataciones: Hay minerales capaces de absorber, en sus redes cristalinas, moléculas de H20 aumentando el volumen. Un ejemplo son las arcillas expansivas. Hidrólisis: Depende del clima, del pH del aire y de la cantidad de iones que lleva disuelta el agua. En general, la sílice permanece en el lugar donde se forma, pero si el agua tiene un pH alto (básico) se disuelve y abandona el lugar. En un clima templado con un pH neutro o ligeramente ácido, en el granito se alteran el feldespato y la mica, permaneciendo el cuarzo. En un clima de tipo ecuatorial, con un pH básico, la sílice permanece en el mismo lugar que la alúmina (meteorización alitica). Carbonataciones: El agua lleva disuelta CO2, que actúa sobre los carbonatos transformándolos en bicarbonatos que se disuelven y son arrastrados por el agua. Disoluciones: El agua es capaz de disolver las rocas, principalmente las evaporitas (halita, silvinita), emigrando sus componentes con el agua, dejando en la superficie o en el interior el hueco que ocupaban las sales disueltas. Cuando la meteorizacíón física se produce a la vez que la química, esta última gana en intensidad y rapidez. Los terrenos que sufren esta meteorización tienen que ser reforzadas para que no se originen empujes desfavorables debido a que se hacen más débiles mecánicamente, y, por lo tanto, son menos adecuados para que sean atravesados por túneles. Los procesos da meteorización frecuentemente no llegan a la profundidad a la que se realizan los túneles, pero una vez abiertos , las rocas pueden verse alteradas ligeramente en algún caso.

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II.- ESTUDIO GEOLOGICO Al realizar el estudio de las condiciones geológicas tendremos cuidado en seleccionar y buscar lo mas relevante dentro de la amplia información sobre daños severos que existe acerca de las estructuras subterráneas ubicadas en discontinuidad geológica cuyos efectos, son mayores que el sismo, por lo que debe tenerse presente en el estudio y diseño:  Las condiciones de suelos y rocas, influencia de estructuras geológicas y zonas críticas, alteración, etc.  El grado geotérmico a gran profundidad no es real, sin embargo mediante el perfil geotérmico puede controlarse los efectos del aumento e temperatura por otro motivo, reacciones químicas, etc.  Posibles horizontales acuíferos como zonas permeables donde el contenido de sulfato en el agua, el pH puede ser de interés en los daños por evitar o tratar de prever.  Ubicación de los pasos y/o ventanas de ventilación a los túneles, no deben significar cambios bruscos de secciones pues constituyen zonas débiles ante la acción sísmica y aún estática.  Métodos de excavación más apropiada y selección de equipo depende del tipo de roca, su estado y compartimiento durante la construcción.  Zonas de entubamiento y seguridad están ligados a las imperfecciones y alteraciones de las rocas, al cambio de estado de esfuerzos en la abertura.  Tipo u calidad del revestimiento es función de las rocas, esfuerzos de corte sísmicos, como el tipo de material usado en el revestimiento.  Para la utilización del material extraído, el estudio petrográfico y mecánicas de rocas puede permitir su uso en las obras a realizar. Este estudio se logra en base a ciertas etapas según el nivel y condiciones del terreno como: - Estudio de los ejes posibles y áreas de influencia a nivel regional y local. - Proyecto de factibilidad y alternativas. 1. FASES DEL ESTUDIO GEOLOGICO Análisis de la documentación e información geológicas adecuando a las necesidades del estudio y función del túnel. Generalmente no se encuentra la misma clase de rocas que se observa en al superficie; así, en las entradas se encuentran las zonas de inestabilidad de todo el eje, por lo que casi siempre requiere de obras de protección ante deslizamiento, presione excesivas, etc. Lo normal es que habrá cambios fundamentales por diferentes causas geológicas, regionales y locales. Tales como: -

Tipo de suelo subsuelo o roca, su estado de alteración y distribución, se debe a que en los mismos suelos y rocas el comportamiento estático y/o dinámico varía tanto en la superficie (alto), como la profundidad (bajo), así como las propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas varían de acuerdo a su estado de alteración y alterabilidad, aumentan con la abertura y es posible mas inestabilidad debido a otras influencias, tales como: 

Contacto con otras formaciones y en proximidades a sistemas de facturas; cavernosidad, alterabilidad, etc.

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Fallas antiguas con brechas que cruzan el eje o están cerca de la superficie en sitio de acampen, se espera siempre mayores daños y efectos si es falla activa.

a) PRELIMINARES Previa documentación y análisis de la formación escrita se selecciona: - Cartas Cartográficas, Mapas, Aerofotografía, para su evaluación y verificación en el reconocimiento y exploración superficial es necesario efectuar la topografía adecuado y luego el mapeo geológico, generalmente se hace uso de croquis, dentro del diagnóstico de las condiciones generales mas importantes, en el peor de los casos se eligen rutas, que sinteticen las anotaciones de las observaciones del trabajo de campo. Si hubiera necesidad de levantamiento geológico de los ejes de las alternativas estas deben ajustarse al nivel de estudio, tiempo disponible ya que dicha información estará sometida a la comprobación de las zonas críticas que representen por su importancia y magnitud peligro para la obra. Un bosquejo del perfil geológico longitudinal es una buena referencia siempre que se refiere con exploración subterránea, por lo que los perfiles y sondajes geofísicos son útiles según convengan de preferencia en las zonas críticas, los estudios rutinarios de Mecánica de Suelos y Rocas complementan el reconocimiento con algunas perforaciones calicatas, etc. La selección de la mejor alternativa del trazo, será la mas corta en longitud. b) DEFINITIVOS Es indispensable efectuar con mayor detalle los levantamientos topográficos, geomorfológicos y geológicos a escala que permite el mejor uso de la información de campo. En el caso de túneles en suelos blandos existen especificaciones como los japoneses. c) DISEÑO El análisis e interpretación de los estudios anteriores así como las conclusiones del estudio geotécnico al estado y nivel proyecto definen las condiciones del diseño y decisión de la inversión o no de la obra cuya influencia queda establecida por las : - Prospección Geofísica en perfiles a lo largo del eje del túnel y transversales que evalúen las zonas críticas. - Análisis de fallas que puedan activarse o activas. - Evaluación de fallas que puedan activarse o activas - Evaluación de las discontinuidades como los sistemas de fracturas - diaclasas, etc. y su tratamiento por inyecciones o reforzamiento. - Aplicación debido a filtraciones, permeabilidad, regímenes y acciones de disolución, erosión, etc. - Angulo de Buzamiento Y Rumbo de estratos y plegamientos que aumenten su inestabilidad o mejore esta. - Estabilidad de la masa rocosa durante el proceso de constructivo como en su mantenimiento futuro. - Diseño del entubamiento a usarse temporal y/o definitivo, así como el revestimiento del túnel. - Magnitud y nivel de acción o no del proceso de cárstico. - Perforaciones de auscultamiento del estado de las rocas y sus propiedades en las zonas más críticas, en el caso de duda o poca información geológica de la zona. - Análisis sobre el problema más importante que se encuentran gases, trasladados de equipo, materiales de escombros, sus limitaciones y uso, seguridad y prevención en las zonas inestables. Geología Aplicada GE – 831

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2.- EL MACIZO ROCOSO : NATURALEZA DE LA ROCA 2.1. ESPECIES DE ROCA:

LITOLOGIA Los túneles atraviesan a su paso prácticamente todos los tipos de rocas que distingue habitualmente la Geología, encargándose paralelamente la Mecánica de Rocas de añadir calificativos que complementan sus propiedades. De esta manera, la Geología aplicada contempla tres grandes grupos de rocas clasificadas por su origen:

2.1.1.- Las Rocas ígneas Las rocas ígneas son las formadas por solidificación de una masa fundida, mezcla de materiales pétreos y de gases disueltos, denominada magma. Si la roca se ha enfriado en contacto con el aire o el agua de la superficie terrestre, se la clasifica corno roca ígnea extrusiva o volcánica. Cuando el magma se enfría por debajo de la superficie terrestre se forma una roca ígnea intrusiva o plutónica. Las rocas ígneas, incluyendo las rocas volcánicas y plutónicas, probablemente sean el origen principal de la corteza continental de la Tierra. En las rocas volcánicas se incluyen los flujos de la lava, que han sido expulsados en un estado fundido y se han extendido sobre la superficie existente, solidificándose por enfriamiento rápido y formando una roca cristalina de grano fino, como el basalto. Por lo general quedan en el patrón estratificado de los sedimentos. Los diquestratos son lavas intrusivas inyectadas por debajo de la superficie en láminas más o menos horizontales, entre estratos sedimentarios que ya existían. Los diques son, típicamente, láminas verticales que intrusionan entre las diaclasas y fisuras; a veces son tributarios para las lavas que brotan hasta la superficie. Los diquestratos y los diques están formados de rocas cristalinas relativamente homogéneas y son de una textura más gruesa que la de las lavas superficiales debido a un grado más lento de enfriamiento.

2.1.2.- Las Rocas sedimentarias Las rocas sedimentarias se forman por la acumulación de restos o detritus de otras rocas preexistentes, por la precipitación química de minerales solubilizados o por la acumulación de restos de animales o vegetales. Las rocas sedimentarias se derivan principalmente de la erosión pasada de otras rocas del depósito de sus fragmentos y partículas, a menudo en el lecho marino, seguido de la consolidación. La mayoría de los sedimentos han sido arrastrados por el agua, pero muchos depósitos superficiales, particularmente en latitudes mayores, los ha arrastrado el hielo y se han depositado sin clasificarlos como tilita o gravas y arenas fluvioglaciales. Los términos "tilita" o "depósito glacial estratificado" significan lo mismo, pero se prefiere este último si están ausentes los grandes fragmentos rocosos. Los sedimentos incluyen también depósitos orgánicos de origen vegetal o animal, y lechos de sal que se originan con la evaporación de los lagos y lagunas. Cuando no están totalmente consolidados ni cementados, constituyen los suelos que forman los terrenos blandos en la excavación de túnelesgravas, arenas, limos, arcillas-, en los cuales el tamaño de las partículas y el contenido de agua tienen una gran importancia. En forma consolidada, las rocas arenosas, como la

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arenisca, están constituidas principalmente por partículas de cuarzo correspondientemente duras, pero pueden estar débilmente cementadas.

y

son

2.1.3.- Las Rocas metamórficas Las rocas metamórficas son las originadas por importantes transformaciones de los componentes mineralógicos de otras rocas preexistentes, endógenas o exógenas. Estos grandes cambios se producen por la necesidad de estabilizarse sus minerales en unas nuevas condiciones de temperatura y presión. Las rocas metamórficas son sedimentarias por su origen o rocas ígneas que han sido sustancialmente alteradas por el calor, la presión o la acción química. En un extremo de la clasificación se consideran como sedimentarias sometidas a fuertes esfuerzos y en el otro extremo como rocas plutónicas. Las fuerzas cortantes que actúan sobre las rocas producen posiblemente una estructura foliada o laminar como el gneis o el esquisto, o fracturas como en la pizarra. El mármol es una roca metamórfica generada de la caliza por recristalización a alta temperatura. El esquisto se deriva de las arcillas y lutitas y la cuarcita de las areniscas.

3.- ASPECTOS GEOLOGICOS 3.1.- FALLAS Las fracturas cuando se estiran por tracción pueden soportar una cierta distorsión, pero finalmente se rompen y se forman las fallas. La aparición de fallas es uno de los mayores riesgos que hay que considerar en la construcción de túneles. Una falla es una superficie de fractura donde ha ocurrido un movimiento cortante relativo de las masas de roca adyacentes. El grado de movimiento el desplazamiento puede ser muy grande, o puede ser tan pequeño como para diferenciarse ,muy poco de una diaclasa. La mayoría de las fallas corrientes han dejado de moverse y son estables, pero algunas fallas importantes, particularmente en las zonas sísmicas, permanecen potencialmente Geología Aplicada GE – 831

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activas. La superficie de la falla es generalmente casi plana; su orientación está definida por el buzamiento. Existen varias clasificaciones, siendo la más general la que divide las fallas en: 

Falla normal o directa: en ellas el bloque hundido reposa sobre el plano de falla, que suele tener un buzamiento grande. En este tipo de fallas se suelen producir esfuerzos de distensión, por lo que también se conocen como fallas de tensión o de gravedad.



Falla inversa: el bloque de techo se levanta y reposa sobre el bloque de muro. En estas fallas se producen acortamientos entre los bloques debido a esfuerzos de compresión (fallas de compresión).



Falla de desgarre: tienen el plano de falla vertical y el movimiento no tiene componente vertical, desplazándose los bloques horizontalmente. Se llaman siniestrales si se producen de tal forma que-un observador situado en un bloque de la misma ve que el otro bloque se ha desplazado hacia la izquierda, y se llaman dextrales si ocurre lo contrario.

Una falla menor puede haber cortado limpiamente la roca, produciendo caras pulimentadas con deslizamiento, pero casi todas las fallas están acompañadas por algún grado de distorsión y fragmentación de la roca' adyacente en la zona cortante, donde la roca se puede reducir a polvo de roca o 'ser sustituida por arcilla. La roca fragmentada se conoce como brecha filoniana y el relleno fino y blando como "salbanda". Estas zonas de cizallamiento presentan condiciones de excavación difíciles o peligrosas. La roca fragmentada es difícil de ademar, y no se sabe dónde se encontrará; la salbanda puede deslavarse con el agua y haber pérdida del apoyo para los bloques adyacentes y peligro de inundación; la arcilla puede actuar como lubricante de las diaclasas en la masa rocosa y, por consiguiente, haber inestabilidad. Es muy importante tanto la orientación de una falla como la amplitud de su zona de cizallamiento en relación con el túnel que la perfore, al igual que 1a magnitud y dirección Geología Aplicada GE – 831

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de los esfuerzos residuales en la' zona y la presencia del agua y la extensión del acuífero. Es posible que una falla vertical estrecha por la que cruza el túnel en ángulo recto cause menos problemas que una que sea oblicua con respecto al túnel o con una amplia zona de material fragmentado. Las fallas suelen favorecer el flujo de agua, pero también pueden actuar como barreras impermeables debido a la existencia de materiales más impermeables en uno de los flancos. En el plano de falla lo más normal es que haya una zona de roca triturada que se llama brecha de talla si es grosera, y milonita si el material está triturado muy finamente. La brecha de falla y la milonita son un ejemplo del dinamometamorfismo extremo; los materiales se encuentran a lo largo de grandes zonas ubicadas sobre una falla en la que debido a esta dislocación la roca ha sido triturada. Esta masa rocosa se altera con facilidad, conteniendo muchos poros o vacíos que suelen rellenarse con agua de lluvia o con agua subterránea. El agua en estas zonas de fallas puede fluir con mucha rapidez debido a la alta permeabilidad de la roca triturada, reaccionando químicamente y aportando una menor competencia a los materiales contiguos. La orientación de las fallas con relación a la traza del túnel es de vital importancia: - A medida que el rumbo de las fallas coincide con la dirección del túnel los problemas son mayores; de ahí que cuando sea posible, la dirección del túnel deberá ser perpendicular al rumbo de las fallas. - Es preferible que el túnel se aproxime a las fallas por el techo mejor que por el muro, debido a que si se acerca por el muro puede producirse, sin aviso previo, el desprendimiento de cuñas de rocas delimitadas por las fallas y el techo del túnel. - Cuando el buzamiento es pequeño pueden aparecer independientemente de cual sea el rumbo del túnel.

roturas en la clave,

La existencia de acuíferos colgados que se encuentran limitados por las fallas pueden provocar graves problemas, sobre todo si, como en el caso anterior, el túnel se aproxima a las fallas desde el muro, ya que puede aparecer bruscamente agua a presión que arrastre materiales de relleno: El tipo de falla repercute mucho sobre los problemas que pueden aparecer en la construcción de túneles. En las fallas directas el problema radica en la existencia de brechas de falla o milonitas por tratarse de rellenos fracturados por los que puede fluir el agua. Las fallas inversas presentan más riesgos que las directas al poseer un buzamiento menor, y el más que probable alto nivel de tensiones horizontales que hace que la zona próxima a las fallas se encuentre más fracturada. En cuanto a las fallas de desgarre el riesgo se encuentra en que pueden tener series de diaclasas paralelas que forman bloques inestables. Las fallas entre bloques originan muy pocos problemas ya que raramente presentan rellenos. Los cabalgamientos, que son un caso particular de pliegues-falla, son muy peligrosos, debido a que presentan los mismos problemas que las fallas inversas, pero intensificando Geología Aplicada GE – 831

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estos riesgos. En este contexto, se puede encontrar una correspondencia entre los problemas en la ejecución de túneles. según el tipo de fallas, y los terrenos donde se encuentran. De este modo en terrenos ígneos los problemas suelen surgir si el túnel es poco profundo, debido a que al ser la cobertera de poco espesor se puede haber originado una vaguada-falla que requiere medidas de precaución y tratamientos especiales. En areniscas y cuarcitas los problemas relacionados con las fallas son de menor consideración que los asociados con la alternancia de materiales impermeables. En calizas las dificultades aparecen en mantos de corrimiento y fallas inversas, ya que cuando la zona de calizas se encuentra en el techo, éstas sufren mucha fracturación que favorece el flujo de agua, En margas y argilitas el problema principal es el fenómeno de expansión, así las fallas producirán problemas dependiendo de la resistencia y de la humedad. En terrenos metamórficos las fallas suelen dar lugar a problemas delicados, ya que éstas son difíciles de localizar, se encuentran alteradas, con gran cantidad de diaclasas, de cohesión de materiales y con rellenos arcillosos.

En pizarras, las fallas suelen -estar rellenas de arcillas y cloritas; en las zonas que no se encuentran falladas aparecen grandes empujes pules y zonas de alteración que producen problemas de grandes filtraciones. Por todos estos problemas habrá que efectuar reconocimientos geofísicos y sondeos que permitan determinar la situación de las fallas. Si se conoce con antelación la presencia de una falla, se tiene un gran porcentaje del problema resuelto, ya que los inconvenientes causados por las fallas suelen ser mayores cuando aparecen bruscamente. Geología Aplicada GE – 831

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Entre los métodos más usuales que se emplean cuando se atraviesan zonas de fallas están las inyecciones de consolidación, paraguas de micropilotes, colocación. de chapa Bernold, predrenaje, etc. El empleo del predrenaje da buenos resultados si la permeabilidad no es muy alta y la zona de la falla tiene una cantidad suficiente de finos corno para que las tensiones capilares del agua intersticial le aporten a los materiales una cohesión aparente. En las excavaciones con topos, éstos avanzan apoyándose sobre el suelo con una zapata y acuñándose lateralmente contra las paredes del túnel mediante dos o más codales grippers. La carga total sobre la zapata depende sólo del peso de la máquina, pero la presión sobre los codales aumenta con la resistencia de la roca, ya que deber, soportar la reacción necesaria para aplicar los empujes normales por los cortadores sobre el frente. Cuando una máquina de este tipo llega a una falla puede que las presiones sobre el terreno que aplican los codales y zapatas sean excesivos y se produzca el hundimiento de las mismas impidiendo su avance, además de los desprendimientos de rocas sobre la propia máquina. Según diversos autores la resistencia mínima necesaria de los terrenos para que no se produzcan tales hundimientos está en torno de 2 a 6 MPa. 3.2.- PLEGAMIENTOS, ANTICLINALES Y SINCLINALES Cada tipo de roca puede experimentar deformaciones de tres tipos: elásticas, plásticas o por rotura. La deformación plástica es la causante de los pliegues, y la deformación por rotura de las fallas y diaclasas. Sí se analizan las rocas que están sometidas a compresión, se observa que están sujetas a un campo de esfuerzos representado por tres componentes:

 Fuerza lateral activa: causante de la distorsión  Fuerza de confinamiento lateral,: debida a la rigidez de la corteza terrestre  Fuerza de la gravedad: debida al propio peso de la roca. Si la fuerza lateral activa supera a las dos restantes, la masa total de roca es empujada hacia arriba formándose los pliegues. Este movimiento lateral provoca fisuras o grietas paralelas a los ejes de los pliegues. Los pliegues se producen en un amplio rango de escalas, desde el orden de centímetros hasta kilómetros. La intensidad de plegamiento refleja el grado de distorsión localizada y el despegue cizallamiento en las diferentes partes del macizo rocoso afectado.

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Las rocas que presentan pliegues, generalmente, son las de materiales de baja competencia, como las sedimentarias y las rocas metamórficas de comportamiento más plástico. Los problemas más típicos que se pueden encontrar en zonas de pliegues del macizo rocoso mientras progresa la construcción de un túnel son los que se comentan seguidamente. Si el túnel discurre por una estructura anticlinal donde existen estratos de baja permeabilidad sobre otros de alta permeabilidad y porosidad, se pueden crear trampas para el gas metano. Si, por el contrario, el túnel discurre por una estructura sinclinal y los estratos 'de baja permeabilidad se intercalan sobre otros de alta permeabilidad y porosidad, se crean trampas para el agua, lo que hace que se formen depósitos de agua que pueden resultar peligrosos para la excavación. Si se localiza un túnel dentro de una estructura plegada habrá que considerar que las rocas que Se atraviesen estarán sometidas a fuertes tensiones locales, lo que supondrá un alto estado de fracturación que las hará menos competentes.

Si se tiene en cuenta la posición relativa de la dirección de los túneles con respecto al eje del plegamiento, se pueden considerar los siguientes casos: a. Túneles siguiendo la dirección del eje de plegamiento: Sufrirán menores presiones si discurren por un anticlinal, que si van por un sinclinal; además, en este segundo caso recogerán tas aguas de filtración del terreno. b. Túneles con dirección perpendicular al eje de plegamiento: Las presiones a lo largo de su trazado serán variables, dependiendo además de la disposición en anticlinal Geología Aplicada GE – 831

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o sinclinal de los estratos. En un anticlinal en el núcleo se observarán presiones menores que hacia los flancos, sucediendo lo contrario en un sinclinal.

.

3.3.- FILTRACIONES: FLUJO DEL AGUA EN EL MACIZO ROCOSO El agua que llega a los túneles procede principalmente de la infiltración de las aguas meteóricas, como son el agua de lluvia, del deshielo de la nieve, filtración de agua de ríos, lagos, embalses, etc.; también pueden proceder de las aguas juveniles, del agua que quedó retenida cuando se formaron las rocas en el mar, en el caso de excavaciones realizadas bajo el mismo. En túneles, subacuáticos, el, mayor, peligro que se puede presentar es casi siempre de inundación por fallas del terreno en o inmediatamente detrás del frente, antes de haber completado la construcción del revestimiento. En el caso de una ruptura en el frente, el agua que viene del mar o de un río será ilimitada. Cualquier tipo de flujo de agua, a menos que se ataque inmediatamente, tiende a formar un canal con un, ancho que aumenta gradualmente y, por consiguiente, aumentará su volumen, aunque después se puede obstruir con el material arrastrado. Las medidas preventivas y la forma de remediar los daños, aparte de usar escudo, ademe ajustado y aire comprimido, incluyen la reducción de la permeabilidad y el refuerzo del suelo mediante la inyección de selladores o la congelación, o la colocación de un delantal de arcilla en el lecho del río. En relación con el agua, hay cuatro puntos que deben considerarse como muy importantes: 

Avenidas de agua en macizos muy fisurados.



Presiones hidráulicas que se ejercen sobre los revestimientos impermeables.



La alteración de las propiedades plásticas y resistentes de suelos y macizos rocosos por el agua.

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La reacción física y química del agua con ciertas rocas (yesos y anhidritas) necesitándose sostenimientos importantes' y tratamientos especiales.

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Un aspecto del agua que irrumpe en las excavaciones es su origen, así de una manera global se pueden dividir en dos grandes grupos: agua superficial y agua subterránea. El agua superficial está relacionada con los arroyos, ríos, lagos, estuarios y mares. Es aconsejable disponer de registros de los niveles de los ríos y lagos y su relación con las precipitaciones; en el caso de que los túneles estén cerca de una zona sometida a las mareas es importante tener datos de las mareas e información sobre oleajes; y para el caso de estuarios es conveniente disponer de los registros de avenidas de los ríos.

En los túneles de, montañas es posible correr riesgos especiales. Los manantiales, alimentados por las fisuras, pueden descargar a presión y temperatura altas, pero es probable que disminuya el gasto con el tiempo según se agote el acuífero inmediato. Sin embargo, estos flujos de agua también pueden arrastrar sólidos, deslavando el material de relleno de las diaclasas, o pueden arrastrar arena de un estrato débilmente cementado ,que, por consiguiente, queda interrumpido. En todos los túneles, el problema de entrada de agua se debe considerar en términos de la extensión del acuífero que la alimenta, y de la erosión y, transporte de los sólidos resultantes. A presiones muy altas, se debe examinar la acción de los esfuerzos sobre el revestimiento en el túnel terminado por acumulación de la presión hidrostática total. Si hay suficientes drenes y bombas, una filtración aceptable permite limitar la presión externa y, en parte, controlarla; esto puede ser preferible a un revestimiento completamente impermeable. En el caso de los túneles para energía hidroeléctrica, no es posible que se acepte esta condición y el revestimiento deberá ser diseñado tanto para los casos, de alta presión interna en condiciones de trabajo, como para alta presión externa de los poros cuando se ha drenado el sistema. Otro aspecto del agua en los lagos o pantanos es que se puede generar metano en lugares en que la vegetación haya sufrido un proceso de putrefacción. Además de estos Geología Aplicada GE – 831

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problemas, los cambios en los niveles de agua superficiales afectarán a los niveles freáticos en el terreno. La determinación de estos niveles y las variaciones que sufren a largo plazo constituyen un cometido importante de la investigación que se realiza por medio de sondeos e instalación de piezómetros. Para controlar y conocer la circulación del agua subterránea en una zona, habrá que realizar un estudio de la hidrología local, para interpretar, a partir de predicciones geológicas de la situación de los acuíferos, las direcciones más probables de circulación y posición de los niveles freáticos. También habrá que tener en cuenta el agua que circula por las discontinuidades, que es proporcional al gradiente hidráulico y a la permeabilidad direccional preferente. Este agua puede acarrear problemas de diversos tipos:  La inestabilidad de la excavación provocada por un gradiente hidráulico elevado cerca de los hastiales del túnel.  La disminución de las propiedades resistentes del terreno.  Asentamientos de las estructuras apoyadas en depósitos de suelos. Los túneles que discurren bajo el nivel de la capa freática están sometidos a la presión del agua, que incrementa la presión del terreno. Esto ocurre sobre todo en formaciones geológicas recientes de terrenos aluviales permeables, en túneles para ferrocarriles metropolitanos, etc. Un buen drenaje en los túneles, con evacuación dé las aguas recogidas, reducirá las presiones hidrostáticas al rebajar el nivel de la capa freática. Las corrientes de agua de filtración en sentido ascensional, en terrenos arenosos, pueden reducir la capacidad portante del terreno llegando incluso a producir el fenómeno de fluidificación de las arenas. En terrenos calizos se pueden cortar, con los túneles, zonas carstificadas 'con redes de galerías por donde, en determinadas. épocas del año, circulan grandes cantidades =de agua que pueden irrumpir violentamente en las obras. En zonas de rocas sanas, pero fisuradas, se pueden cortar grietas o fisuras que comuniquen con bolsadas de agua colgadas que en un momento dado pueden invadir el túnel. En general, en las rocas rígidas y frágiles (brechas, areniscas, calizas, etc.) las tensiones tectónicas existentes producen fracturas que tienden a permanecer abiertas, aumentando la permeabilidad de las rocas. El agua se suele drenar con cierta facilidad, pero suele continuar fluyendo o goteando, en la mayoría de tos casos, produciendo humedades en el revestimiento de hormigón de los túneles, sí no se aplican técnicas especiales de impermeabilización. Es norma de buena ejecución el llevar unos sondeos en avance, en corona, por delante de las galerías de ataque para prevenir en zonas fisuradas o con posible carstificación, el encuentro o proximidad de bolsadas importantes de agua. Frente a ese problema se pueden adoptar tres soluciones: Geología Aplicada GE – 831

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

Permitir fa entrada de agua en el túnel. Ésta es sólo una solución aceptada en túneles cortos o 'de tráfico escaso, debido fundamentalmente al rechazo que entre los usuarios tiene el observar el goteo de agua y, además, el riesgo que supone un firme mojado.



Controlar la entrada de agua mediante juntas abiertas.



Impermeabilizar con el revestimiento. Este proceso tiene éxito sí se coloca entre éste y la roca un drenaje para el agua.

III. INVESTIGACIONES PRELIMINARES Deben realizarse levantamiento planimétricos para determinar todas las características topográficas y localizar todas las estructuras superficiales y subterráneas que puedan verse afectadas por la construcción del túnel debajo del agua deben efectuar sondeos para determinar el perfil del fondo. El conocimiento de las condiciones geológicas es útil en la construcción de cualquier tipo de túnel, pero es de primordial importancia en los túneles en roca. Las exploraciones por medio de perforaciones de reconocimiento en terrenos blando y en túneles subacuáticos son fáciles de hacer en la cantidad que sea necesaria. Sin embargo, especialmente en los túneles en rocas muy largas, las posibilidades de efectuar perforaciones se ven a menudo limitadas. Se debe realizar una completa investigación utilizando los servicios de un geólogo que conozca el área. Este estudio debe basarse en una cuidadosa investigación del terreno y el examen de todos los registros disponibles, incluyendo los registros de otras construcciones en los alrededores, tales como túneles anteriores, minas, canteras, excavaciones a cielo abierto, pozos y perforaciones. El geólogo debe preparar un informe detallado para que sirva de guía a los diseñadores y contratistas. Las propiedades mecánicas que se requiere conocer en el proyecto de túneles se refieren principalmente a deformabilidad y resistencia. Los ensayos sobre la masa rocosa son solamente una etapa del proceso para determinar las propiedades mecánicas reales levantamiento de detalles de la estructura de la roca. 1. EXPLORACION DE CAMPO Las fuentes de información sobre la estructura de la roca con que suele contar quien proyecta túneles incluyen: - Datos geológicos existentes con levantamiento y secciones geológicas, registros de perforación, etc. -

Levantamientos geométricos especiales y actualización de los existentes, aplicando la ingeniería geotécnica.

-

Túneles o socavones con un interés particular.

-

Túneles y cámaras de pruebas.

La información obtenida de las fuentes anteriores permite definir con mayor o menor precisión la estructura de la roca con lo cual se puede: Geología Aplicada GE – 831

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a) Localizar los sitios de pruebas b) Correlacionar los datos obtenidos con la estructura geológica obtenida con la masa rocosa. c) Extrapolar los datos la prueba a otros sitios y direcciones de ensayo. Para que el levantamiento geomecánico sea completo, debe contener la información que a continuación se menciona: a) Clasificación de la roca respecto al material, grado y clase de descomposición estadísticamente representativa de las fallas individuales, fracturas principales y sistemas de fracturas secundarias. b) Clasificación de la estructura geológica, determinación de la orientación estadísticamente representativa de las fallas individuales, fracturas principales y sistemas de fractura secundaria. c) Descripción del material de relleno de las fracturas, que incluya: clasificación, grado de fracturamiento, parámetros de resistencia estimados, distancia entre grieta, etc. d) Observaciones respecto al agua, filtraciones y permeabilidad estimada tanto en la roca como a lo largo de las discontinuidades. e) Observaciones complementarias relacionadas con aspectos geotécnicos ligados a una estructura geológica particular. Los ensayos para determinar las propiedades mecánicas, estado de esfuerzos, etc., se realizan generalmente por medio de perforaciones y dentro de túneles localizados convenientemente y excavados con este propósito.

IV.- DIFICULTADES EN EL TERRENO DURANTE LA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES El trazado y perfil de un túnel deben cumplir las condiciones impuestas por la utilización futura de la obra, teniendo en cuenta que estas podrán estar a su vez afectadas por:  La naturaleza de los terrenos que atraviesan.  La presencia de agua y. tos caudales previsibles.  La orientación del túnel en relación con las principales direcciones de las discontinuidades.  La presencia de accidentes geológicos  La orientación y valor de las tensiones principales  La naturaleza y espesor de los terrenos de cobertera La situación del frente de la excavación, considerando las posibles zonas inestables, zonas húmedas, zonas que necesitan soportes especiales, zonas de fuerte pendiente, y las estructuras orientadas favorablemente (atacando perpendicularmente a las líneas del nivel de vertiente). Una primera fase corresponderá al estudio de las propiedades de los macizos rocosos. Para este fin se deben evaluar, al menos, los siguientes parámetros : - Resistencia del macizo rocoso. Es la relación entre la resistencia a compresión de la roca y la presión del recubrimiento, esta última es función de la densidad de la roca y de la profundidad del túnel.

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- Fracturación del macizo rocoso. Existen varias formas de definirla, siendo una de las más comunes e1 índice de fracturas por metro. Otro método es el RQD (Rock Quality Designation) que es la suma de longitudes de testigos mayores o iguales a 10 cm dividido por la longitud total de la maniobra. Resistencia al corte de las discontinuidades. Este parámetro se determina por observación: será débil si las juntas tienen superficies lisas y están rellenas de material con resistencia menor que la propia roca; moderada si la junta tiene superficie rugosa, y fuerte si la junta está llena de material con resistencia igual o mayor que la de la roca. Cuando se han determinado estos parámetros se podrán definir zonas o tramos con comportamiento similar con relación a la resistencia y fracturación del macizo rocoso, en el conjunto del proyecto. En el capítulo siguiente se explica con mayor detalle las técnicas de caracterización geotécnica de los macizos rocosos.

a.- Rocas expansivas El hinchamiento que sufren algunos terrenos se debe principalmente a la tendencia a la absorción de agua de algunas rocas, originándose un aumento de volumen debido a la desintegración. que sufren dichos materiales. La absorción de este agua es un fenómeno lento y continuo que tiene lugar a partir de filtraciones, e incluso por el vapor de agua que está presente mientras se realiza la excavación. El riesgo de la expansividad del terreno depende en primer lugar de algunas caracterísiticas propias. - Contenido en minerales potencialmente expansivos. - Estructura y fábrica con que se presentan los minerales arcillosos. - Contenido en materiales cementantes, etc. También depende de otros factores externos que permiten eliminar o aportar el agua presente en su estructura: - Variaciones climáticas. - Variaciones hidrológicas. - Variaciones tensionales. - Excavaciones y construcciones próximas, etc. De esta forma hay que hablar de materiales potencialmente expansivos más que de materiales expansivos, pues si estos materiales se encuentran siempre saturados no tendrán posibilidad de cambio de volumen. El caso más característico de aumento de volumen es la transformación que sufre la anhidrita en yeso, resaltando que este fenómeno en la práctica es poco frecuente ya que no existen cantidades importantes de anhidrita en las capas superiores de los terrenos. Las rocas expansivas más usuales son la marga arcillosa, la argilita y la montmorillonita (se trata de arcillas consolidadas) aunque también se presenta este fenómeno en las milonitas de las fallas, en el relleno de las juntas y en algunas rocas que han sufrido alteraciones debido principalmente a las heladas.

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Las arcillas expansivas son más comunes en rocas arcillosas jóvenes; la proporción varia del 65% en materiales del Plioceno y Mioceno, a sólo el 5% en el Cámbrico y Precámbrico. Estas arcillas en contacto con el agua se hinchan y ocasionan la expansión del macizo rocoso. Las capas de arcilla que separan capas permeables y arena impiden el flujo del agua subterránea y la concentran, y donde esto ocurre la zona de contacto se satura de agua, y la resistencia de la roca disminuye considerablemente. Como el agua es la causa directa de estos problemas, la mejor medida de prevenirlos consiste en conservar seco el lugar mediante drenajes superficiales, túneles de desagüe o bombeo. En los túneles las formas de rotura más típicas que aparecen en este tipo de rocas son levantamiento y rotura de solera, rotura de hastiales, arco invertido. Pero que mejora se puede hacer en el suelo: -Anclaje o bulonado: los bulones pueden anclarse por. debajo de la zona que sufre la expansión; la medida se deberá combinar con la utilización de algún revestimiento que resista y transmita las tensiones locales de la cabeza de los anclajes. -Perfilado: el perfilado invertido es la medida menos cara que proporciona resultados satisfactorios, pero en la práctica sólo se utiliza en túneles mineros debido a razones operativas. -Relleno con material blando: la lana de vidrio (o material similar) sirve para absorber la expansión que puede producirse por transferencia de humedad cuando el terreno es arcilloso. El relleno anclado de las juntas es fácil de realizar por gunitado y es bastante efectivo. -Inyección: la aplicación de inyecciones tiene la misión de evitar el contacto del agua con este tipo de rocas, para reducir el riesgo del fenómeno de expansión. -Drenaje: un buen drenaje evita las fugas de agua que se conducen a través del túnel y así el riesgo es menor.

b.- Rocas agresivas En muchos casos los túneles se excavan en terrenos que son agresivos, bien porque se disuelven con el agua y se crean cavidades que pueden llegar a producir colapsos, o bien por su propia composición química que puede afectar a la integridad del revestimiento de hormigón o-elernentos -de sostenimiento (bulones, cerchas. etc.) Un ejemplo de terrenos peligrosos son los yesíferos, pero también existen muchas rocas que contienen sulfuros -piritas- que en presencia de agua y oxígeno pueden dar lugar a aguas ácidas fuertemente agresivas. En estos casos es preciso utilizar elementos de sostenimiento que no sean atacados por la corrosión y cementos sulforesistentes para la fabricación del hormigón. En ninguno de estos casos debe olvidarse el empleo de láminas impermeables que permitan aislar del terreno al revestimiento.

c.- Terrenos cársticos Geología Aplicada GE – 831

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El Carst es un conjunto de formas de disoluciones que se han desarrollado sobre macizos calizos, y a veces en los yesíferos confiriéndoles gran permeabilidad. La disolución tiene lugar-según reacciones de ácido carbónico, y éste ataca a la caliza formando bicarbonato ácido soluble. -El agua de lluvia, con el CO2 disuelto, se infiltra entre las diaclasas y se van ensanchando por la disolución. Una, característica de la reacción química del carst es que la velocidad en la formación de bicarbonato aumenta con la disminución de la temperatura. Asi, en las aguas frías se producen carst más desarrollados y más rápidamente que en aguas calientes. Dependiendo de la historia geológica de los materiales en los que se llevan a cabo la excavación de los túneles podrán aparecer cavidades capaces de generar grandes cantidades de agua, grava y barro en el frente dé trabajo. El agua que fluye por estas cavidades puede inundar el túnel, por esto si el espesor de roca sana no es suficiente habrá que emplear un sostenimiento de seguridad durante la realización de la excavación. La disolución de las calizas se favorece con la acidez de las aguas de percolación; de esta forma es frecuente encontrar calizas carstificadas encajadas en rocas más ácidas, como resultan ser las areniscas.

1.- ESFUERZOS EN LAS ROCAS Tan peligrosa como la expansión del terreno son las presiones de éste; este fenómeno se refiere a procesos que se presentan a menudo con el fenómeno de expansión, y es difícil distinguirlos en él propio lugar de trabajo. El proceso también implica fenómenos tenso-deformacion las que ocurren en rocas plásticas y semi-plásticas, milonitas, rocas micáceas y piroclásticas que están altamente alteradas. Las condiciones más favorables para que se desarrolle este fenómeno son: - Grietas amplias en granitos. - Fallas en esquistos altamente fracturados. - Capas de cenizas volcánicas alteradas (bentonita). - Capas de arcilla esquistosa escasamente compactadas. - Zonas de gneises. - Pórfidos de grano fino altamente alterados. En la configuración normal de los esfuerzos en rocas no alteradas, el esfuerzo más importante es el vertical y se aproxima a la presión directa del material de cubierta. Los esfuerzos horizontales que lo acompañan tienen valores equivalentes a un cuarto o a la mitad como máximo. En la roca se pueden presentar esfuerzos anormales o se pueden desarrollar como una consecuencia de las operaciones en el túnel. Los principales fenómenos a considerar son los siguientes: - E1 esfuerzo sobrepasa a la resistencia de la roca. - Altos valores del esfuerzo horizontal o del esfuerzo inclinado, que son el resultado de la actividad tectónica pasada durante el periodo de formación de plegamientos y fallas en los estratos.

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- Esfuerzos inclinados e irregulares de origen topográfico, como en las pendientes laterales abruptas de los valles. - Roca alterada, cuando la perturbación resultante de una excavación permite que un estrato se comporte en forma plástica. - Expansión de la roca, cuando la acción física o química produce la expansión de un estrato e impone fuertes cargas sobre las estructuras de soporte del túnel.

Cuando se está realizando una excavación subterránea, las tensiones que existían en el macizo rocoso se ven modificadas, generándose nuevas tensiones en la zona más cercana al hueco que se va creando. Esta distribución de tensiones depende de la forma del túnel, pero no del tamaño del mismo, subrayando que el tamaño del túnel si que influye en la estabilidad, aunque la distribución de tensiones no se haya modificado. El factor de sobretensión aumenta a medida que el radio de curvatura del perímetro disminuye, de este modo conviene evitar secciones angulosas. La forma de la sección más favorable es la circular o mejor elíptica, cuando sea necesaria una relación altura/anchura mayor o menor que la unidad: pero nunca se recomienda diseñar secciones donde dicha relación sea mayor de dos. La gravedad de las presiones del terreno no sólo depende del tipo de roca, sino incluso de la profundidad, esto sucede principalmente cuando la profundidad es tal que las tensiones en las paredes del túnel superan a la resistencia a la compresión de la roca.

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2.- FENÓMENO DE ESTALLIDO DE ROCAS El fenómeno de estallido de rocas en túneles profundos es muy conocido y requiere la toma de medidas especiales durante la construcción-y-sostenimi-nto-de._l2 excavación La forma más común de estallido de rocas se debe al repentino desplome dentro de la excavación de rocas fracturadas y separadas de la periferia del túnel por el rápido proceso de liberación de tensiones. También existen otras formas de estallido de rocas que se asocian a la alta concentración de tensiones en los materiales como consecuencia de la tectónica. Este fenómeno se manifiesta con mayor frecuencia en túneles relacionados con la minería, ya que éstos se excavan a mayor profundidad que los túneles en el campo de la ingeniería civil. El estallido de rocas se puede presentar por tres mecanismos diferentes: 1. Caída de bloques inducida por sismicidad Las caídas de bloques inducidas por movimientos sísmicos ocurren cuando se registran aceleraciones de ondas sísmicas de baja frecuencia que afectan a un volumen de roca que es marginalmente estable. Este mecanismo se ve favorecido cuando existe una fracturación natural del macizo rocoso o presencia de estructuras geológicas débiles que permiten el movimiento cinético de grandes bloques o cuñas dentro de la excavación. Este tipo de fenómeno puede causar daños muy graves. Para contrarrestar este problema se incrementa la capacidad del sostenimiento estático con el fin de resistir las fuerzas adicionales debidas a los bloques y cuñas aceleradas. El factor de seguridad contra estas caídas se debe incrementar para reforzar el terreno y los distintos elementos de refuerzo. 2. Fracturación por dilatación de las rocas La fracturación por dilatación de las rocas se manifiesta cuando las tensiones cerca de la excavación exceden la resistencia del macizo rocoso. Aunque las ondas sismicas puedan desencadenar el proceso, el origen causante de las fracturas por dilatación de las rocas está influenciado por las tensiones existentes alrededor de la excavación. A profundidades pequeñas, estas tensiones pueden despreciarse, y de esta forma las caídas de bloques y cuñas dependen de la geometría, tamaño de la excavación y de la estructura del macizo rocoso. Es por esto que este fenómeno se suele observar, con más frecuencia, en labores profundas en minería en las que el proceso puede llegar a cerrar completamente la excavación. En ocasiones puede llegar a ser preciso reexcavar la sección periódicamente, pues ésta puede reducirse gradualmente. 3. Expulsión de bloques Una onda de tensión sismica que alcance la excavación puede llegar a causar violentos desprendimientos de bloques. En este caso la velocidad de expulsión de los bloques, y el peligro que esto supone, se relaciona con la magnitud del evento si es sismico y la distancia a la excavación. La expulsión es más probable que aparezca en rocas muy fracturadas. .La energía cinética en los bloques expulsados está relacionada con la energía transmitida desde la fuente sísmica. El peligro del fenómeno y la violencia del proceso depende de: Geología Aplicada GE – 831

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-Relación del nivel de tensiones existentes en el macizo rocoso y proximidad de la excavación. -Efectividad del sostenimiento. -Rigidez local. -Tensiones inducidas sísmicamente, aceleraciones o velocidades de vibración de la roca. El peligro de este fenómeno también está influenciado por la geometría de la excavación, tamaño y orientación.

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Se sugieren tres categorías de daños o peligrosidad: • Bajo, sólo en capas superficiales menores de 0,25 m de espesor. El túnel se deforma elásticamente fuera de la zona fracturada. Este tipo de peligro se describe comúnmente como spilling spalling o slabbing y se manifiesta la primera vez durante el desarrollo de túneles o galerías en dirección. El volumen total de roca desplazada es menor de 1 t/m de túnel. • Moderado, implica la generación de fracturación de la roca alrededor del perímetro del túnel, entre 0,25 y 0,75 m de espesor. La deformación de la roca en el anillo del sostenimiento no debe exceder de 50 mm como consecuencia de la dilatación de la roca. Este tipo de peligro implica la fracturación de la roca, deep spalling onion skinning • Severo, supone la fracturación en profundidad y una dilatación de las rocas mayores a 0,75 m, con violentas caídas de bloques. En estos casos se requiere un sostenimiento especial con un espesor mayor de 0,1 m.

V. CONSTRUCCION DEL TUNEL 1. TRAZADO 1.1. TRAZADO EN PLANTA Trazado de un túnel en planta esta subordinado a la situación de las dos bocas. Generalmente es una recta, pues no suele haber razón para intercalar alineaciones curvas; en algunos casos puede ser preciso emplear curvas para ajustar la planta al paso por puntos determinados, debido a razones de construcción; por ejemplo, situaciones de pozos de ataque, puede asimismo convenir, por causas geológicas, separarse en zonas determinadas, donde el estudio del terreno haga prever dificultades de construcción. 1.2. TRAZADO DE PERFIL Al fijar las pendientes longitudinales, habrá que tener en cuenta: a) Que el coeficiente de razonamiento por rotación en el interior del túnel, disminuye debido a la humedad del ambiente, circunstancias a considerar al elegir el tipo de firma para la calzada, con objeto de evitar accidentes de circulación. b) Evacuación del agua del túnel; es una necesidad que hay que servir durante la construcción y la explotación; en determinadas circunstancias puede representar un gasto importante, si los caudales de agua son grandes. La solución más económica es la evacuación por gravedad. En los túneles urbanos metropolitanos o para vehículos ordinarios, las, aguas se evacuan normalmente a la red de alcantarillado, si es posible por gravedad o por intermedio de bombas de elevación. c) Ventilación: su costo puede realizar cifras de importancia en los gastos de construcción y explotación: la ventilación natural, por diferencia de nivel entre las dos bocas es económicamente la más conveniente. 2. SECCION TRANSVERSAL DEL TUNEL En los túneles hay que ajustar la forma y dimensión de la sección transversal con mas exactitud que en un camino ordinario, porque repercute lo mismo que en este en la explotación de la vía, pero en proporción mucho mas elevada, en el coste de la Geología Aplicada GE – 831

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construcción, especialmente cuando el terreno es de mala calidad; el valor de los empujes exigirá un revestimientos mas importante al aumentar las dimensiones de la sección, y el precio del metro cúbico de excavación, crecerán muy rápidamente por las dificultades y coste de la entibación. 3. TECNICAS DE EXCAVACION EN TUNELES 

Perforación y voladura: Es el sistema más usual y de mayor flexibilidad. Se pueden variar a voluntad secciones y perfiles. Con equipo manual, los rendimientos van de 4 a 8 metros de avance de túnel por día. Con equipos mecanizados de 10 a 18 metros de avance de túnel por día.



Excavación a sección completa con TBM (Topos): Es el sistema más rápido cuando la roca es competente (que no requiere de poco sostenimiento). Los rendimientos van de 35 a 60 m de túnel por día. Se requiere de un equipo de alta inversión y personal especializado y es poco flexible para aceptar variaciones en secciones.



Minador continuo: Al igual que el topo, no requiere del uso de explosivos, pero a diferencia de este requiere de rocas muy suaves. Se emplea en minería de carbón, calizas suaves, etc.

3.1. Estudio de la Excavación. Es necesario ya que influye en los costos por metro lineal y en la duración de labores, además de la maquinaria a usarse.

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El avance y el método de ataque varía con el tipo de roca que se encuentra y no es la roca mas dura la que demanda mas tiempo en al perforación deteniendo muchas veces los barrenos de perforación. Para tener una idea de la velocidad media de avance diario, debemos: - Considerar turnos de guardias - La extracción de la masa rocosa después del disparo - El tipo y empleo de medios mecánicos para perforación extracción y limpieza. 3.2. Ciclos de excavacion de tuneles: 1) Luego de que los topografos fijen el eje del tunel se marcan las posiciones de los taladros y se perforan. 2) Se reliza la carga de los taladros con explosivos. 3) Se dispara. 4) Se ventila el frente de trabajo para diluir los gases producto de la voladura. 5) Se realiza el desatado (desquinche) de las rocas sueltas y el refuerzo ( si fuese necesario) del techo de la excavacion. 6) Se extraen los detritos (roca fragmentada). 7) Se aplica alguna tecnica de sostenimiento ( solo si fuese necesario).

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4. EL SOSTENIMIENTO DE ROCAS Y LA SEGURIDAD MINERA

El desatado y el sostenimiento como medidas de refuerzo han sido desde hace mucho tiempo las operaciones más peligrosas y que requieren de un trabajo especializado en la minería y excavaciones subterráneas de obras civiles para lograr una mayor seguridad en las operaciones unitarias propias de la explotación de minas. En las minas se han probado y desarrollado continuamente distintos sistemas de soporte de roca. El control de la caída de roca ha incluido detallados estudios geológicos, innovaciones en geomecánica y mecánica de rocas, la introducción de distintos tipos de pernos de anclaje, la prueba y el desarrollo de equipos mecanizados para el desatado y empernado de roca, así como técnicas para el rociado con el concreto lanzado. La ocurrencia de accidentes en las minas, especialmente por la caída de rocas, no es más que la consecuencia del desfase entre las nuevas tecnologías geomecánicas de sostenimiento y la minería tradicional empírica que existe en el país, donde la producción del mineral prima sobre cualquier otro planteamiento, incluyendo la vida de los trabajadores. Lo más resaltante de estas nuevas innovaciones es acercarse al objetivo de accidentes cero, lo cual redunda en el costo de operación. Tan importante como lo anterior, es el costo de la calidad del sostenimiento el cual resulta ínfimo versus el costo de oportunidad que ocasionan accidentes, por la mala técnica del trabajo y la falta de criterios geomecánicos en la explotación de una mina. 4.1. EL SOSTENIMIENTO EN LAS MINAS Básicamente el soporte tiene por objetivo: 

La seguridad de las personas que permanecen en la cavidad por alguna razón y la protección de los equipos que allí se encuentran.



Asegurar que la cavidad pueda cumplir con la función para la cual fue excavada.



El elemento estructural básico es el macizo rocoso perforado.

Esta estructura se debe verificar y reforzar eventualmente aprovechando al máximo la roca como material activo. En minería, debido al tamaño, complejidad y posición relativa, las excavaciones tienen particulares problemas de estabilidad, ya que los mineros están ocupados gran parte del tiempo en extraer minerales, el soporte de las excavaciones productivas debe ser tarea principal y no lo contrario. 4.2. CONDICIONES DEL PROBLEMA DE LA CAÍDA DE ROCAS Para llegar a una solución racional, económica y segura es necesario considerar en el contexto global el aspecto económico y la factibilidad técnica, seguidamente debemos representar la realidad de un modelo técnico que reduzca el problema de caída de rocas en favor de los fenómenos esenciales, es necesario definir el sistema, informarnos sobre los alcances de la Geomecánica sobre los materiales resistentes, determinar las acciones externas y plantear los criterios de dimensionamiento a través de conceptos de seguridad. La dificultad principal es la heterogeneidad, anisotropía y discontinuidad de la masa rocosa. Parámetros que no son del dominio total del minero. Geología Aplicada GE – 831

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4.3. MÉTODOS DE SOLUCIÓN A grandes rasgos existen varias formas de llegar a un diseño aproximado del soporte: 1.- Diseño basado en la experiencia que ha mostrado ser exitosa. 2.- Diseño basado en métodos de la especialidad de Geomecánica y Mecánica de Rocas, que cuantifican y modelan el comportamiento roca-soporte. 3.- Diseño basado en mediciones que controlan el desempeño del soporte. Es claro que existe una complementación entre estas formas de estudio. Ahora, la forma de analizar un problema dado y la profundidad de la investigación depende de los recursos económicos, técnicos, humanos y además del tiempo e información disponible. El advenimiento para Geomecánica de métodos de análisis de sostenimiento muy detallados han facilitado analizar estructuras de rocas reforzadas. Actualmente en la alternativa 2, las técnicas en minería han pasado del SOPORTE EXTERNO (cuadros de madera, cimbras, de acero, concreto armado y otros) a SISTEMAS DE SOPORTE INTERNO (pernos de anclaje, cables, fierros corrugados concreto lanzado). Cabe resaltar que todos los diseños de los diferentes tipos de soporte interno, parten del uso de la llamada TÉCNICA DE VOLADURA CONTROLADA que es tal vez la mejor y más eficaz forma de soporte de roca. De igual manera, ahora ya se han desarrollado equipos totalmente mecanizados para el refuerzo de un macizo rocoso, como: Equipos mecanizados de empernado de rocas: BOLTEC-ATLAS COPCO Equipo para instalación de cables cementados: CABLE BOLTING Equipo mecanizado para el desate de rocas: BROKK Equipos modernos de concreto lanzado, ya sea seco y/o húmedo donde el diseño de la mezcla con fibras de acero y sintéticas, tienen actualmente gran aceptación. 4.4. INFLUENCIA EL SISTEMA DE SOPORTE La mayoría de las excavaciones subterráneas se sustentan durante la construcción. El comportamiento de la abertura y el sistema de soporte dependen del momento de colocación y forma de contacto del sostenimiento.

El gráfico que se presenta a continuación es un ejemplo para mostrar la influencia del sistema de soporte si no es colocado oportunamente en la construcción de una excavación subterránea. Se representa cuantitativamente la interacción MEDIO GEOMECÁNICO SOPORTE.

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Esta curva, ilustra la relajación del estado tensional en el perímetro de una galería en función de su formación radial donde el punto A representa el equilibrio en que se encuentra el perfil transversal de una galería antes de ser excavada. (Pi=Po) Construida la galería, la curva de reacción de la roca desciende probablemente hasta un determinado valor de deformación. Ahora, para limitar la deformación radial, se necesita una presión de soporte interna Pi, indicada por los puntos B y C donde el primero representa la curva de reacción de un soporte muy rígido y en el segundo a la curva de reacción de su soporte apropiado, donde estaría llegando al equilibrio entre las presiones de roca y del soporte. El punto D representa, la curva de reacción de un soporte instalado muy tarde o el soporte usado es muy flexible. Esta situación no es satisfactoria para la estabilidad de una galería, ya que cualquier deformación adicional, demandará un incremento en la presión de soporte. Si la curva de reacción del soporte no llegara a intersectar a la curva de reacción de la roca, se producirá el colapso de la excavación. Ahora los procedimientos de análisis y diseño del soporte se deben simplificar, pero deben basarse siempre en los esquemas d la interacción medio Geomecánico-Soporte. Se ha visto la influencia en el comportamiento que nos interesa del grado de alteración del medio, del método excavación y de la interacción medio Geomecánico-Soporte. Otros factores significativos pueden separarse en detalles constructivos, discontinuidades estructurales y factores ambientales. 5. APLICAR GEOMECÁNICA ES SEGURIDAD Dadas las innovaciones en Geomecánica de los soportes, en las minas del mundo se han reducido al mínimo los accidentes por caída de rocas. En nuestro país, la gran minería aplica esta tecnología, dando lugar a tener por ello índices más bajos de frecuencia y severidad de accidentes que cualquiera de los otros estratos de mediana y pequeña minería. El input Geomecánico en la mediana y pequeña minería es escaso y/o no existe, a pesar que diariamente en forma indirecta ocurren problemas asociados a la geomecánica. Geología Aplicada GE – 831

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Al respecto, es necesario implementar una culturización del profesional para enfrentar y resolver situaciones contingentes en un marco a través de programas de entrenamiento o capacitación de todas las áreas, en geomecánica.

REALIZAR UN PLAN DE SEGURIDAD con la Geomecánica incluida, permitirá exigir diseños básicos de sistemas de soporte en las minas, de acuerdo a la caracterización el macizo rocoso y condiciones del uso de la labor. 6. INFLUENCIAS DE LAS CONDICIONES GEOLOGICAS 6.1. FENOMENOS DE ALIVIO DE PRESION. Las rocas en la naturaleza, especialmente las que se encuentran bastante profundas, están afectadas por el peso de los estratos superiores a ellas y por su propio peso. Debido a estos factores se producen esfuerzos y deformaciones en la masa rocosa. Una partícula necesita cierta libertad para ser desplazada, si la roca esta confinada y por tanto su movimiento impedido habrá solo un corrimiento parcial de la roca, en caso de que se produzca alguno. El esfuerzo que no pudo producir deslizamiento, por la falta de espacio, permanece todavía en ella y se dice que esta almacenado en la misma. A este esfuerzo se denomina esfuerzo residual. Al permitirse movimiento, este es el caso de una excavación para un túnel, la energía se libera en forma de deslizamientos, estos están en función del tipo de roca, profundidad, etc. 6.2. INFLUENCIA DE LA ESTRATIFICACION DE LAS ROCAS EN LA PRESION SOBRE EL REVESTIMIENTO. La presión total sobre el revestimiento de un túnel y la forma en que se distribuye a lo largo de el dependen, en primer lugar, de la estratificación de la roca en la que se construye. Esto será analizado en block diagramas y el eje de túnel; presentamos gráficamente las diversas alternativas que se encuentran en la construcción de túneles, cualquiera que sea su utilización. 1. Se indica ciertas características de comportamiento de las presiones en el techo y paredes, así como las posibilidades de compensar empuje, debido a plegamientos en estratos simples. 2. Al atravesar zonas acuíferas deben realizar adecuados para ver la manera de protegerlos y agregar en las zonas críticas, los revestimientos apropiados y un buen drenaje o impermeabilizándolo. 3. Debido a la posición que se encuentra el eje con respecto a las laderas del valle tendremos también condiciones de menor estabilidad siendo de especial cuidado los medios túneles, por ser de la posición mas crítica. 4. En cualquiera de los casos analizamos sean de túneles emplazados en: a) Un anticlinal b) Un sinclinal c) Un Monoclinal d) Estructuras simétricas e) Estructuras asimétricas f) Relación al eje del túnel y en sentido de los estratos g) Presencia de fallas geológicas h) Zonas acuíferas i) Laderas de valles, taludes, etc.

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6.2.1. CON EL EJE PARALELO O AL RUMBO a. TUNELES EN UN ANTICLINAL Los anticlinales presentan condiciones mas favorables para ubicar un túnel, en primer lugar porque la presión que existe en el centro de este es menor que en un sinclinal y en segundo porque si la formación es permeable, en un anticlinal el agua tiende a escurrir, mientras que en los sinclinales se acumula en el centro. Se tiene que tener en cuenta que los estratos superiores en un anticlinal están más deformados, por lo que se aconseja ubicar el túnel a una profundidad en la cual el fracturamiento no tenga consecuencias. -

-

b. TUNEL EN UN SINCLINAL Actúan ante toda la gravedad en dirección vertical. Producen deslizamientos en superficies de menor cohesión cuando se trata de sedimento o rocas esquistosas. Si el plegamiento ha sido tan intenso que ha destruido la cohesión de las rocas estas aparecen quebradas. - Las presiones son máximas en los extremos y los deslizamientos son frecuentes. c. TUNEL EN UN MONOCLINAL Las presiones son desanimosas, pueden originar planos de falla a lo largo del eje. En cambio se puede aprovechar un trato para evitar el deslizamiento siempre que se pueda compensar empujes y su espesor lo permita.

6.2.2. TUNELES EN ESTRUCTURA SIMETRICA a) Caso en que los ejes son perpendiculares al rumbo de capas verticales. Las presiones varían a lo largo de todo el túnel, al pasar de un extremo a otro del pliegue. Siendo las rocas de la parte central las mas críticas de poca estabilidad, requiere protección entibado espacial. Inmediatamente después de la excavación. b) Se observa que el túnel se mantiene en el mismo terreno. Las presiones permanecen constante a lo largo del túnel, es la más estable. - Parte menos resistente, el techo - La inclinación de los flancos. Pueden llegar a ser críticos, por lo que debe revestirse para evitar filtraciones.

Las rocas estratificadas horizontales cuando son de espesor grande son estables (Bell, 1980). Es necesario seguir el trazo del túnel paralelo a la falla, también es recomendable que se aleje lo más posible de ellas. Geología Aplicada GE – 831

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Las rocas con estratificación delgada y en posición horizontal o inclinada, que estén afectadas por fracturas dan lugar a desprendimientos en el techo (Bell, 1980).

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6.2.3. TUNELES EN ESTRUCTURA ASIMETRICA

a) El túnel avanza paralelo al rumbo de los estratos b) El túnel atraviesa oblicuamente diferentes estratos. Los desprendimiento se presentan por zonas y en estos casos la fortificación debe proveerse y efectuarla después de la excavación. El revestimiento será solo en la parte solicitada. En este caso el empuje se hace crítico. Cuando el ángulo  se acerca al e la fricción interna de las rocas por lo que es variable. Lateralmente actúa el buzamiento de las capas afectadas.

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6.2.4. EL EJE DEL TUNEL Y EL SENTIDO DEL BUZAMIENTO a) HORIZONTAL. El túnel más favorable ya que la presión y las condiciones de estabilidad de las rocas están distribuidas de modo uniforme sobre toda la sección. Uno de pernos es suficiente en el techo, depende del espesor e intensidad de fracturamiento del estrato. b) INCLINADO Condiciones desfavorables son difíciles. Las presiones son máximas en el techo. Túnel con protección y revestimiento son requeridos. Existe una inclinación para su máxima inestabilidad de cuñas en el techo del túnel. c) PERPENDICULAR. Condiciones favorables. Zonas críticas: Depende de la roca En general es una presión buena aún cuando las características de las rocas son diferentes. d) INCLINADO EN LA MISMA DIRECCION Las distribuciones del empuje y la condición de estabilidad son favorables en 50% Que intersecta al buzamiento Revestimiento y reforzamiento parcial (50%) e) VERTICAL Las presiones serán máximas tratándose de las presiones laterales, depende de la altura del túnel. El espesor del estrato puede definir las ventajas o desventajas. f)

OBLICUO Todas las condiciones mencionadas varían sólo sobre las diversas partes de la sección sino a lo largo del eje del túnel, debido al cambio de tipo de roca.

g) LA ATRAVIESA DIAGONALMENTE. Comprobar si la falla es o no activa, ya que si fuera, lo último, la solución es cambiar el trazo evitando atravesarlo. Es una situación mas desfavorable pero local. 6.2.5. TUNEL QUE ATRAVIESA ZONAS ACUIFERAS a. ROCAS PERMEABLES Túnel en roca permeable por fisuración. En este caso el revestimiento es total y se estudiará un sistema de drenaje especial. - Impermeabilización - Inyecciones - Drenaje - Revestimiento b. ROCAS PARCIALMENTE PERMEABLES Túnel en un horizonte acuífero. El revestimiento es parcial - Controlable - Debe tratarse inmediatamente después de localizarlo. - Requiere de un estudio estratigráfico ligero a su permeabilidad y causas de su mayor o menor porosidad. Geología Aplicada GE – 831 - I

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c. SUELOS PERMEABLES. Túnel en suelo permeable por porosidad. Los métodos de avance son especiales como el de la congelación o el de cámara de presión. - El Revestimiento no falta - Difícil control geológico - El comportamiento depende del tipo de suelo Generalmente los túneles en suelos siempre representan mayores problemas que en Rocas, aquí para condiciones sísmicas existen códigos especiales. 6.2.6 TUNEL EN LAS LADERAS DEL VALLE Son siempre más inestables que los normales  MUY ESTABLES Por tener estratos horizontales puede haber desprendimiento en el caso más crítico, en el techo. - Con empernados se evita o corrige - Retirando el trazo del eje del túnel de la ladera. 

POCO ESTABLES Si la inclinación es hacia el talud existe un potencial de inestabilidad para evitar acercar demasiado los medios túneles son peligrosos, o hay forma de evitar los deslizamientos.



BASTANTE INESTABLES Siempre que no exista tendencia en la dirección de la inclinación: - Los derrumbes locales son comunes - Las presiones del lado interior es mayor - Generalmente su estabilidad es incierta estando expuesta o un riesgo necesita de estudio especial y reforzamiento. Debe analizarse con cuidado cada una de estas condiciones geológicas ya que pueden ser la causa principal de áreas críticas pero generalmente existen otros factores que contribuyen a esta inestabilidad para hacer las zonas estables aún con las condiciones enumeradas anteriormente, es importante conocer: a) b) c) d) e) f) g) h)

La magnitud del espesor del estrato en relación a la sección del túnel. El tipo de Roca su estrato de alteración y evolución para la construcción La presencia de esfuerzos residuales como las áreas de tensión Indice o grado de facturación Dimensión del túnel y forma Método y equipo por usar en la construcción Hipótesis, teorías, modelos matemáticos en sus alcances y limitaciones. La experiencia anterior.

Si bien los efectos geológicos son importantes tal vez el mas estas no deben subestimarse, ya que mayor conocimiento es la base de estudiosos geotécnicos para el diseño la estabilidad de la sobras subterráneas como es el túnel. . 2.2 TUNELES EN ZONAS FALLADAS

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Se debe observar con sumo cuidado cuando el eje de túnel, atraviesa fallas, existirá determinada forma de respuestas de estas por el cruce del túnel, que en algunos casos lo hará favorablemente y en otros no. Siempre existe una posición de máxima y mínima estabilidad. Se debe tener en cuenta lo siguiente: -

Las fallas deben detectarse perfectamente; conocer su posición respecto al túnel y donde están los bloques desplazados para planear el sentido de ataque y la forma de estabilizar las paredes.

-

Es importante determinar si la falla es inactiva o activa, ya que si este es el caso, poco podrá hacerse para proteger la construcción; ya que el túnel estaría sometido a fuertes esfuerzos cortantes, que inclusive podrían ocasionar corrimientos.

-

Si por necesidad del proyecto hay que atravesar una falla, es conveniente hacerlo, lo mas perpendicular que sea posible, para así acortar la zona de problemas.

La figura nos indica diferentes posiciones del túnel con respecto a las fallas. En la figura (a) el túnel esta dentro de la zona de falla, mientras que las figuras (b) y (c) corresponden al emplazamiento de aquel muro y techo de esta, respectivamente. Los túneles de las figuras (d) y (f) cruzan la falla, el último oblicuamente. En la (e) el túnel esta fuera de la misma.

.

2.4 VENTILACIÓN

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El aire en el túnel se vicia, debido a la respiración de los obreros y sobre todo a los barrenos. La ventilación es absolutamente necesaria durante la construcción. Puede consistir, cuando se trata de grandes túneles, en largas tuberías y ventiladores impelentes que van directamente al frente del avance. En los túneles pequeños, se suspende la actividad hasta que el tiro natural ventile el túnel. Las bolsadas de gas existentes en las rocas, y a presión generalmente penetran en la galería por las fisuras o aberturas producidas por los barrenos. El gas se suele agotar pronto; sin embargo se citan casos en que la entrada de gas venenoso duro de 2 a 3 semanas. Antes de la construcción del túnel se debe indicar a los ingenieros la posibilidad de encontrar gas, aunque este es uno de los riesgos mas difíciles de predecir. Se puede esperar encontrar gases en regiones de actividad volcánica o con aguas termales. Puede encontrarse un gas peligroso, el metano CH4 , llamado también gas explosivo, gas de los pantanos o Grisu en zonas donde hay carbón y frecuentemente, en asociación con las pizarras, se puede esperar encontrar este gas en la vecindad de los campos petrolíferos o depósitos salinos. Son comunes también en dióxido de carbono CO2 , monóxido de carbono CO, y el sulfuro de hidrogeno SH2. 2.5. TEMPERATURA El trabajo en túneles profundos puede entorpecerse por las altas temperaturas, que dependen en gran parte del gradiente geotérmico, el cual es en promedio de 1 0C por cada 30 a 35 metros, aunque puede ser modificada por la acción o proximidad de cuerpos intrusivos cercanos, por acción volcánica reciente o bien de acuerdo con Krinini. “La presencia de rocas fisuradas o muy porosas aumenta el valor del gradiente". Cuando en un área se realizan exploraciones por medio de perforaciones, es aconsejable que se hagan determinaciones de temperatura, particularmente si se presume que pudieran existir temperaturas altas. Algunas veces la elevación de la temperatura esta asociada con la presencia de gases que pueden ser venenosos. INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES GEOLOGICAS EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE TÚNELES: Las cavidades subterráneas construidas para cualquier uso civil tienen como condición principal el que mantengan su forma y propiedades a lo largo del tiempo. En los proyectos de túneles pueden aparecer diferentes tipos de problemas, desde los de tipo mecánico que se presentan cuando se atraviesan, por ejemplo, rocas muy fracturadas, que pueden dar lugar a desprendimientos en la bóveda y los hastiales, hasta incluso problemas de tipo químico, que se plantean en zonas con rocas capaces de reaccionar químicamente con el cementó del hormigón, que le hace perder su resistencia mecánica. Los estudios geológicos sirven para definir los terrenos que se van a atravesar, y las peculiaridades lito-estratigráficas e hidrogeológicas relacionadas con la estabilidad mecánica. Estos estudios deben detectar, cuando sea posible, las zonas menos fracturadas o alteradas, y, por tanto, más adecuadas para excavar los túneles. Todas estas investigaciones tienen como objetivo conocer lo mejor posible las características geológicogeotécnicas de las formaciones, con el fin de disponer de los datos básicos para el diseño de los túneles, la selección de los métodos de excavación y el dimensionamiento del sostenimiento pudiendo anticiparse y evitar los problemas que pudieran aparecer. Entre los aspectos más importantes de información necesaria sobre la geología y geotecnia están: Geología Aplicada GE – 831 - I

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- Descripción geológica detallada de los materiales del lugar. - Situación y orientación de discontinuidades, juntas, fallas y planos de estratificación. - Tensiones en los macizos rocosos. - Propiedades geomecánicas de los materiales. - Niveles freáticos y previsión de caudales de agua de infiltración. Cualquier actuación tiene que estar encaminada al reconocimiento completo y objetivo de los terrenos que atravesará la excavación, valorando las técnicas de construcción empleadas y los métodos de tratamiento y sostenimiento aplicables. En cualquier caso, raro es el túnel en el que durante su construcción y explotación no acontecen problemas que puedan considerarse que superan el límite de seguridad, y, por tanto, obligan a realizar obras de consolidación y reparación. De igual manera, ahora ya se han desarrollado equipos totalmente mecanizados para el refuerzo de un macizo rocoso, como: Equipos mecanizados de empernado de rocas: BOLTEC-ATLAS COPCO Equipo para instalación de cables cementados: CABLE BOLTING Equipo mecanizado para el desate de rocas: BROKK

Equipos modernos de concreto lanzado, ya sea seco y/o húmedo donde el diseño de la mezcla con fibras de acero y sintéticas, tienen actualmente gran aceptación.

VI.- CONCLUSIONES 

Al definir la sección de un túnel, se deberá tener en cuenta el fin que se le va a dar, si es un acueducto, un viaducto, etc.



En los túneles actuales, se recomienda utilizar el acero en la entibación.



En la excavación de un túnel, prever la ruptura o desprendimiento, de rocas aparentemente sanas, en lajas, como las pizarras o pueden abombarse hacia el túnel.



La construcción de un túnel en un anticlinal tiene a aliviar la presión vertical sobre el revestimiento y aumentar si es situado en un sinclinal.



La presión del agua en un túnel no revestido para conducción de agua, si el recubrimiento está fisurado o fracturado, el túnel puede reventar.



La temperatura de un túnel no tiene gran importancia a menos que este situado a más de 500 pies bajo la superficie.

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

Las aguas subterráneas pueden traer consigo soluciones sulfúricas que atacan al concreto, lixiviar el calcio del cemento y destruir los ácidos de caliza por una acción de intercambio de bases.



Durante la perforación de un túnel se puede encontrar gas y venoso, y también el conocido gras grisú que es explosivo, en zonas donde hay carbón y en asociación con pizarras.



.Recoger las experiencias de obras tuneleras anterior, tanto del país como del extranjero.



La perforación de un túnel puede producir daños en los edificios o estructuras próximas, particularmente el asentamiento de edificios urbanos y la posibilidad de que se sequen pozos y manantiales utilizados para suministro de agua.



Los túneles son de gran importancia para el desarrollo del país, por su aplicación en carreteras, ferrocarriles, acueductos, irrigaciones, metros subterráneos, centrales hidroeléctricos, abastecimiento de agua.



Como en toda obra civil y en especial al realizar un túnel, los estudios preliminares son de vital importancia, el conocimiento al detalle del terreno será determinante a la hora del avance en obra.



El uso de maquinaria mas o menos compleja a la hora de la construcción de un túnel facilitara el avance, pero a pesar de haber realizado estudios a fondo, ser 100% efectivo en el pronostico del terreno es prácticamente imposible.



A la hora de perforar se deben tomar todas las precauciones posibles, por ser un terreno de difícil pronostico, las inundaciones, derrumbes, son altamente probables.



Un criterio simple a la hora de analizar buzamientos y rumbos de los estratos nos dará una aproximación valida sobre la facilidad de perforación, por ejemplo, en laderas de rocas con alto grado de buzamiento si estas buzan hacia la carretera es sencillo darse cuenta que un túnel construido cerca de la ladera será propenso a derrumbes.

VII.- BIBLIOGRAFIA 

Megaw – Bartlett; TUNELES, PLANEACION, DISEÑO Y CONSTRUCCION, Tomos I Y II, Noriega Editores; México DF; 1997



Linares Sánchez, Antonio; TUNELES Y OBRAS SUBTERRÁNEAS; Editores Técnicos Asociados; Barcelona, España; 1977

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Ruiz Vásquez, Mariano; GEOLOGIA APLICADA A LA INGENIERIA CIVIL, Editorial Limusa; México DF; 2001

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

Robles Espinoza, Nerio; EXCAVACION Y SOSTENIMIENTO DE TÚNELES EN ROCA; Editorial Libertad; Trujillo, Perú; 1994



GEOTECNIA DEL INGENIERO HENRI CAMBEFORT Pág. 45 – 47; Pág. 359 - 364



PRINCIPIOS DE GEOLOGÍA Y KRYNINE – JUDD GEOTECNIA Pág. 411 - 414 Pág. 420 – 427; Pág. 443 - 447



GEOLOGÍA APLICADA A LA LEGGET – KARROW INGENIERÍA CIVIL Pág. 20-3 20-11; Pág. 20-18 20-31

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TÚNELES MEGAW – BARLETT ; Pág. 87 – 94; 273 - 276

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EXCAVAMIENTO Y SOSTENIMIENTO DE TÚNELES EN ROCA ROBLES Pág. 45 – 55; Pág. 59 - 76

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VIII.- ANEXOS ASPECTOS IMPORTANTES ACERCA SOSTENIMIENTO DE TERRENOS

DE

PERNOS

HELICOIDALES

PARA

1. EMPERNADO DE ROCA El empernado es un procedimiento constructivo que impide, atenúa o neutraliza el fenómeno de descompresión de la roca en torno al túnel o excavación, evitando así la caída de rocas. La acción de los pernos debidamente situados en la periferia de la excavación normalmente se emplea para consolidar los techos, aprovechando la resistencia natural que ofrece el arco. La fuerza con la que se tensiona la barra del perno sujeta la capa formando un bloque. También los estratos de roca débil pueden suspenderse por medio de pernos en materiales más resistentes, o varios planos estratificados pueden empernarse formando una especie de grampa. En función de la estratificación de la roca, el refuerzo de los estratos por empernado del techo se puede ejecutar de las siguientes maneras:

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Empernado en el techo de una excavación

2. TIPOS DE PERNOS Existen básicamente 2 tipos de pernos de fortificación (también llamados pernos de roca). Los pernos de roca pueden ser de dos tipos: por adhesión o por fricción. Un perno de roca embebido en resina resiste los esfuerzos del tensionamiento de la barra por la adhesión o "pegado" de la resina con la roca y la barra de acero. En lugar de cartuchos de resina también se pueden usar cartuchos de cemento (CEMBOLT) o cemento inyectado en la perforación mediante bombas manuales. La barra de acero utilizada puede ser una barra corrugada maquinada o una barra helicoidal. El perno de roca por fricción resiste las cargas de tensionamiento por fuerzas friccionantes al contacto entre la roca y el perno. Por lo tanto no se usa ningún tipo de adherente. En este caso, los pernos comúnmente utilizados son los famosos Swellex y el Split Set.

La ventaja del perno por adhesión con relación al perno por fricción es que el primero puede desarrollar cargas hasta de 25 ton como mínimo (para barras de diámetro de 22mm) o cargas de hasta 32 ton como mínimo (para barras de diámetro de 25mm). En cambio, los pernos por fricción solo pueden soportar cargas entre 6-8 ton. Por esta razón, los pernos por adhesión generalmente son usados como sostenimiento permanente (galerías y rampas en minas de uso prolongado y en túneles para trasvases de agua o en centrales hidroeléctricas sometidos a caudales de alta presión). Los pernos por fricción generalmente son usados en excavaciones de uso temporal como es el caso de túneles secundarios en minas de corta duración o donde la roca es muy buena y el requerimiento de soporte es mínimo. Geología Aplicada GE – 831 - I

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3. BARRA HELICOIDAL: LA BARRA DE ACERO PARA LA FORTIFICACIÓN DE ROCAS Buscando colaborar con la actividad minera e innovar los medios para incrementar su seguridad, la Corporación Aceros Arequipa ofrece al mercado nacional y a la industria minera en particular, una solución en seguridad minera: Barra Helicoidal, la barra de acero para la fortificación de rocas.

3.1. MINERÍA: UNA ACTIVIDAD DE ALTO RIESGO La minería es una de las actividades de más alto riesgo que realiza el hombre. Uno de los accidentes más frecuentes en el interior de una mina se produce por el desprendimiento de roca. Lamentablemente las consecuencias de este tipo de accidentes no son menores, por el contrario ocasionan severas lesiones al personal, incluso la muerte. Estos hechos afectan a las empresas mineras las cuales se ven perjudicadas por la pérdida de su recurso más valioso: el personal. Actualmente existen muchas minas donde se utilizan métodos poco seguros para el sostenimiento de roca tales como el uso de cuadros de madera y de barras corrugadas para la construcción, cuya resistencia es menor a la de una Barra Helicoidal. Estos métodos resultan, contrariamente de lo que se pueda creer, muy costosos ya que al ser poco seguros no previenen los accidentes provocando pérdidas no sólo en el personal, sino también de material y equipo. En el caso de la comparación con respecto a la barra corrugada, la Barra Helicoidal presenta grandes ventajas, ya que ha sido diseñada específicamente para el sostenimiento de terrenos, no así la barra corrugada, cuya aplicación para la cual fue diseñada se da en la construcción de viviendas y edificios.

La Barra Helicoidal tiene un diseño concebido para incrementar los niveles de seguridad en el ambiente de trabajo, protegiendo al personal que labora en minas subterráneas y a cielo abierto, así como para ofrecer interesantes ventajas técnicas y económicas.

La Barra Helicoidal actúa en conjunto con una placa de sujeción y una tuerca de fijación que le permite reforzar y preservar la resistencia natural que presentan los estratos rocosos, suelos o taludes. La inyección de concreto, mortero o resinas en la perforación del estrato sobre el cual es introducida la barra sirve de anclaje, actuando la rosca como medio para evitar el desplazamiento de la barra.

Sistema Barra Helicoidal

3.2. VENTAJAS CON RESPECTO DE OTROS PRODUCTOS El sistema Barra Helicoidal es muy fácil de instalar gracias al hilo continuo de la barra, ésta puede cortarse en terreno a la longitud deseada sin tener que preparar una provisión de barras de cada longitud a usar lo cual reduce el manejo de stock. Geología Aplicada GE – 831 - I

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El hilo de paso amplio, permite una colocación muy rápida de la tuerca. La Barra Helicoidal es fácil de limpiar y no se daña durante el transporte. La placa base de forma curva y con perforación central cónica, junto con la tuerca de base esférica, pueden adaptarse a las irregularidades de la superficie rocosa, actuando como rótula. No es necesario construir bases de apoyo con mortero, o equivalentes, ni usar golillas para ajustar las desviaciones de la ortogonalidad entre la barra helicoidal y la placa. La adherencia con el cemento, cembolt o con la resina es mucho mayor que en la barra corrugada, logrando anclas de muy alta resistencia en rocas de mala calidad. Las ventajas económicas respecto al uso de barra corrugada son claras: No es necesario el maquinado de la rosca (la calidad de ésta no esta garantizada) y la colocación de la rosca es más rápida. La Barra Helicoidal de Aceros Arequipa ofrece la garantía de un producto nacional certificado en su calidad con la ISO 9002. Empresas que apuestan por la seguridad en sostenimiento de terrenos Hoy en día empresas como Volcán Compañía Minera, Compañía Minera Ares, Compañía de Minas Buenaventura, COSAPI, Empresa Minera Iscaycruz, Pan American Silver - Mina Huarón, Minera Aurífera Retamas, IESA Contratistas, Mas Errázuriz del Perú, Compañía Minera Raura, R Y M Ingenieros, MINSUR, entre otros, usan la Barra Helicoidal. 3.2. TIPOS DE ROCA La presente es una clasificación práctica de los diferentes tipos de roca que se pueden presentar: Tipo 1.- Roca estable poco fracturada. Pernos aislados donde lo requiera el terreno. Tipo 2.- Roca algo fracturada. Concreto rociado, pernos, mallas, sostenimiento sistemático en bóveda, y cuando lo requiera concreto rociado en las paredes. Tipo 3.- Roca friable o muy friable. Sostenimiento sistemático en bóveda y paredes. Concreto rociado, pernos y mallas. Tipo 4.- Roca de empuje inmediato. Sostenimiento sistemático en toda la sección. Concreto rociado + pernos + mallas. Tipo 5.- Roca de empuje inmediato fuerte o con poca o sin cohesión alguna. Sostenimiento sistemático en toda la sección en dos alternativas: -Concreto rociado + pernos + mallas. -Concreto rociado + cerchas metálicas. 3.3. Comparación Barra Corrugada Maquinada vs. Barra Helicoidal Si el tipo de roca exige en el sostenimiento los pernos por adhesión, la elección de la barra de acero a utilizarse se realizará entre la barra corrugada con rosca maquinada o la barra helicoidal. Ambos tipos de barra con el mismo diámetro, pueden resistir lo mismo si están fabricadas con el mismo acero (ASTM A615 Grado 60 por ejemplo) pero en el caso de las barras corrugadas maquinadas, éstas resisten menos en el tramo maquinado por cuanto el diámetro de la barra es disminuido durante la fabricación de la rosca. En el caso de las barras helicoidales, esto no sucede por cuanto la rosca es parte del diseño de la barra y es elaborada por laminación en caliente durante la fabricación de la barra en la planta siderúrgica. Por lo tanto podemos concluir que la diferencia radica en el diseño de la barra. Mientras la barra Geología Aplicada GE – 831 - I

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corrugada ha sido diseñada en principio para ser usada en estructuras de concreto armado, la barra helicoidal por el contrario ha sido diseñada para ser usada exclusivamente como perno de anclaje. La barra helicoidal presenta los resaltes como corruga para favorecer la adherencia con la resina o concreto, y también cumplen la función de una rosca para permitir el deslizamiento de la tuerca a lo largo de toda la barra. La rosca de la barra helicoidal es robusta y prácticamente indestructible a diferencia de las roscas maquinadas en talleres mecánicos que no ofrecen la misma garantía que puede ofrecer una empresa siderúrgica certificada bajo Normas ISO 9002. Para llevar a cabo el maquinado de una rosca en una barra corrugada, ésta primero es torneada a lo largo de la sección a ser roscada. Antes del torneado, las corrugas originales son primeramente eliminadas de dos maneras: presionándolas contra la barra obteniendo una zona endurecida y frágil o cepillando las corrugas reduciendo el diámetro de la barra y por lo tanto reduciendo también la carga que puede soportar la barra. 4. TIPOS DE ADHERENTE Existen 3 tipos muy conocidos de adherentes los cuales pueden ser utilizados en el anclaje de pernos. La elección final del adherente dependerá de la rapidez con la cual se quiera instalar los pernos, la calidad de la roca que se necesite sostener, y las cargas necesarias que se deban alcanzar. El primer tipo de adherente es el concreto inyectado. Este se introduce en la perforación mediante una bomba manual. La ventaja del concreto es que proporciona al sistema de anclaje altas cargas pero demora en curar más de 20 días para alcanzar las máximas resistencias. Otra desventaja es que no se puede emplear donde hayan muchas filtraciones de agua por cuanto el curado es imposible en estas condiciones. El segundo tipo de adherente es el concreto en cartuchos (CEMBOLT). Este se introduce en la perforación manualmente o mediante el uso de una varilla si la perforación es en bóveda. El CEMBOLT alcanza altas cargas como el cemento inyectado, cura en menos tiempo pero el costo es más alto. Lo recomendable es utilizar cartuchos CEMBOLT hasta llenar la perforación. El tercer tipo de adherente es la resina epóxica. Se presenta también en cartuchos de poliéster los cuales contienen en su interior una resina y catalizador los cuales están separados por una barrera para impedir la interacción química. Cuando la barra de acero destruye el cartucho, ambos componentes reaccionan químicamente y el endurecimiento de la resina comienza. La ventaja de la resina es que cura en 5 minutos pero las cargas que se obtienen son menores en comparación a las que se obtienen si se utilizan los adherentes antes mencionados. Para compensar esta situación, las barras empernadas con resina generalmente son tensionadas después del curado para incrementar las cargas de soporte. Otra ventaja de la resina es que protege el acero de la corrosión lo cual no ocurre con el concreto debido a la porosidad que este presenta.

Existen 2 tipos de cartuchos de resina: resina rápida y resina lenta. Cuando se requiere un avance rápido de la obra, generalmente se utiliza 1 ó 2 cartuchos de resina rápida y luego los Geología Aplicada GE – 831 - I

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pernos son tensionados. También se puede combinar luego con resina lenta para proteger la barra de la corrosión.

Cuando se emplea cemento para anclar las barras de acero, ya no es necesario tensionar las mismas puesto que las cargas que se obtienen son bien altas llegándose incluso a obtener la máxima carga que soporta el acero. El sistema perno+cemento (o resina) tiene un límite de carga que puede soportar y viene dado por la máxima resistencia a la tracción que puede soportar el acero. Para el caso de una barra de acero ASTM A615 grado 60 y un diámetro de 22mm, la mínima carga garantizada es de 25 ton. Si durante la prueba de tracción el sistema soporta menos carga, quiere decir que falló por adherencia entre el cemento (o resina) y la roca. Si por el contrario, la máxima carga obtenida por el sistema es la que proporciona el acero, entonces la adherencia lograda habrá sido la óptima.

TUNELES PERUANOS

"GALERIAS DE LOS LAGOS” 1.

Características Generales:

Ubicación:

Entre la lagunas de Llacsacocha y Naticocha en Huarón

Longitud:

870 metros

Sección Transversal: En la zona de entrada presentaria la forma de trapezoidal hasta una distancia de 30 metros, esto por Llacsacocha. En la entrada por Naticocha en la misma longitud de 30 metros sería una forma de herradura. Utilización. Conducir agua entre dos lagunas a una taza regular debido a la sequía de la zona.

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2. Características Geológicas: Entrando por Llacsacocha encontramos dacitas fisuradas existiendo a unos 150 metros una zona estructural que presentan una gran fisuración advirtiéndose la presencia de agua. En los siguientes 300 metros hay condiciones geológicas muy criticas por la presencia de gran cantidad de fallas existiendo además una zona de terreno irregular en contacto entre la dacita fisurada y la cuarcita que presenta rasgos característicos por ser una zona bastante fallada. De los 500 metros hasta los 760 metros las dacitas encontradas son compactas Desde este lugar hasta la finalización del túnel hay margas y areniscas. 3. Características Técnicas : A partir de los 150 metros fue hacer un revestimientos debido a la gran cantidad de fisuras que presentan las dacitas y cuarcitas y por la presencia de agua. La construcción de esta galería fue requerida por el problema de sequía y la necesidad de mantener la cámara de presión y abastecimiento de agua de la planta de construcción de las Minas de Huarón. La solución fue parcial por considerarse en el futuro obras de mayores dimensiones como un sistema de drenaje en Naticocha y un mayor caudal por regular. TUNEL DE MARCAPOMACOCHA (Trasandino)

1.

Características Generales

Ubicación:

Lagunas de Marcapomacocha

Longitud:

Abarca una distancia de 10 metros (10,122.00 m)

Sección Transversal: En forma de herradura Utilización:

Conducción de agua de la hidroeléctrica

Pendiente:

0.10% hacia el Atlántico (Marca) y 0.25% al Pacífico (Milbo)

2. Características Geológicas: En la zona correspondiente a la boca de salida predominan las rocas plutónicas como la granodiorita aunque existen también, muy cerca, calizas, areniscas, finas, atravesadas, por diques de andesitas coalizadas. En una sección del túnel existen una falla de 14 metros que ocasionó derrumbes. Desde la boca de entrada hasta los 800 metros existen capas de areniscas comunes y la denominada capa roja de casapalca. Geología Aplicada GE – 831 - I

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En este lugar se producen el contacto con las rocas sedimentarias como las calizas. A los 1.200 metros existe una nueva zona de contacto de las calizas con las areniscas. En el tramo correspondiente a los 2000 m y 3000 m, existe una falla que no había sido previsto y que originó como consecuencia filtraciones de agua que variaba de 200 Lt/seg a 700 Lt/seg., el problema se resolvió revistiendo la desviación del eje del túnel. En una parte cerca de la boca de salida se registraron una serie de fallas y diques de conglomerado que atravesaban el eje del túnel. 3. Características de Construcción : Revestimientos de 30 cm de concreto en los lugares donde ha sido necesario su utilización para evitar problemas de filtraciones y derrumbes. Las dificultades presentadas en el avance fueron los originados por filtraciones de agua que se presentaron con mayor intensidad en la salida del túnel (Millaoo) En esta zona de salida se ha observado que existe un dique o brecha de falla la cual no se ha tomado en cuenta y que puede traer consecuencias imprevisibles a un después del revestimiento. Durante la construcción simultánea por ambas bocas el avance era mayor en marca en cambio en Milloo se tenía un retroceso por el flujo y relleno del material suelto y alterado, acción que producía retraso, inseguridad y daños que requerían un reforzamiento e inyección hasta desvío del eje el túnel. El chequeo del túnel durante la excavación comprobó que no existía correspondencia con el mapeo superficial, lo que requirió de un control y exploración complementaria como correlación de una geología de más detalle. TUNEL DE HUINCO 1.

Características Generales:

Ubicación: Se encuentra en el tramo de Sheque hasta Huinco en el departamento de Lima entrando por el Valle de Santa Eulalia. Longitud: Tiene en su totalidad de 13 700 metros. Sección Transversal: Forma de herradura Utilización: Conducción de agua e hidroeléctrica. 2. Características Geológicas : La petrografia nos indica la existencia de rocas intrusivas granodioritas como andesitas de gran contenido de feldespatos.

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La parte exterior del cerro presenta diferentes tonalidades debido a que las rocas se encuentran descompuestas. Gran parte de las zonas poseen sistemas de diaclasas y fisuras. Las andesitas predominan en la parte superior del túnel y las granodioritas en la parte inferior. 3. Características de Construcción : El mayor problema presentado se debió a las filtraciones y se solucionó efectuando inyecciones de cemento. Se experimentaron varias mezclas de inyecciones entre ellas las de cemento con arena pero se desechó porque originaban tensiones complejas que no eran apropiadas para las estructuras de las paredes. Se explicó el método inglés para el entibamiento del túnel. La mayor fríe otro de los problemas por su escasez. Los 13 Km. funcionan como una perfecta tubería de presión. No se consideran condiciones sísmicas.

TUNEL DE PAUCARTAMBO 1.

Características Generales:

Ubicación:

Se encuentra en el Cuzco. Longitud:12 600 metros.

Sección Transversal : Forma de herradura en su totalidad con un diámetro promedio de 13 pies. Utilización:

Su función de transportar agua.

2. Características Geológicas : La geología del lugar nos muestra granodoritas habiéndose presentado abundantes zonas de conglomerados y rocas metamórficas. En muchos lugares se encontraron zonas de contacto las que originaron huaycos subterráneos. En el lugar denominado Garabato se presentaron muchos problemas de filtración por efecto de la gran cantidad de rocas permeables llegándose así hasta 2000 galones por minuto. 3. Características de Construcción : Con respecto al avance, para acelerar el trabajo la construcción se atacó por seis frentes.

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En las zonas de fallas y de contacto fríe necesario haber revestimiento de concretos con espesores que varían de 6 a 12 pulgadas. Este revestimiento abarca el 25 % de la longitud total del túnel. La forma de sostenimiento más usado fríe el de U invertida El avance máximo mensual en Yumpi fríe de 204.10 metros El avance máximo mensual de Garabato fríe de 10.20 metros

GEOLOGÍA DE TUNELES BIBLIOGRAFIA 

Megaw – Bartlett; TUNELES, PLANEACION, DISEÑO Y CONSTRUCCION, Tomos I Y II, Noriega Editores; México DF; 1997

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Robles Espinoza, Nerio; EXCAVACION Y SOSTENIMIENTO DE TÚNELES EN ROCA; Editorial Libertad; Trujillo, Perú; 1994

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GEOTECNIA DEL INGENIERO HENRI CAMBEFORT Pág. 45 – 47; Pág. 359 - 364

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PRINCIPIOS DE GEOLOGÍA Y KRYNINE – JUDD GEOTECNIA Pág. 411 - 414 Pág. 420 – 427; Pág. 443 - 447

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GEOLOGÍA APLICADA A LA LEGGET – KARROW

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INGENIERÍA CIVIL Pág. 20-3 20-11; Pág. 20-18 20-31 

TÚNELES MEGAW – BARLETT ; Pág. 87 – 94; 273 - 276



EXCAVAMIENTO Y SOSTENIMIENTO DE TÚNELES EN ROCA ROBLES Pág. 45 – 55; Pág. 59 - 76

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