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SOSTENIMIENTO DE TÚNELES BASADO EN LAS CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS. DISEÑO Y EJECUCIÓN DE OBRAS SUBTERRÁNEAS. Pablo Daniel Hergenrether Pérez.

Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas. Autor: Pablo Daniel Hergenrether Pérez

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Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.Diseño y ejecución de Obras Subterráneas.Índices geotécnicos.Universidad de Oviedo.

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SOSTENIMIENTO

DE TÚNELES BASADO EN LAS

CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS.

DISEÑO Y EJECUCIÓN DE OBRAS SUBTERRÁNEAS. Pablo Daniel Hergenrether Pérez.

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Diseño y ejecución de obras subterráneas. Pablo Daniel Hergenrether Pérez.

2 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

ÍNDICE. Título. Página. 1. INTRODUCCIÓN. 3

2. CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS. 3

2.1. La Clasificación Geomecánica de Terzaghi (1946). 4

2.2. La Clasificación Geomecánica de Lauffer (1958). 5

2.3. La Clasificación Geomecánica de Protodyakonov (1962). 6 2.4. Índice de calidad de las rocas de Deree et al. (1967). RQD (Rock Quality Designation). 8

2.5. Clasificación geomecánica de Barton (1974). Índice Q de calidad. 9 2.6. La clasificación geomecánica de Bieniawski (1976). Índice RMR (Rock Mass Rating). 10 2.7. Clasificación geomecánica de Laubscher (1976). 11 3. MÉTODOS DE SOSTENIMIENTO. 11 3.1. Hormigón proyectado o gunita. 11 3.2. Anclajes. 12 3.2.1. Bulones o pernos. 12 3.2.1.1. Principios de sostenimiento de los bulones. 13 3.2.1.1.1. Efecto cuña. 13 3.2.1.1.2. Efecto viga. 13

3.2.1.1.3. Efecto columna. 14 3.2.1.1.4. Efecto arco. 14 3.2.1.2. Cables de acero. 15 3.2.2. Otros métodos de sostenimiento. 15 3.2.2.1. Cimbras o cerchas. 15

3.2.2.2. Entibación metálica deslizante. 16

3.2.2.3. Paraguas de micropilotes. 17

3.2.2.4. Chapas Bernold. 18

3.2.2.5. Dovelas de hormigón. 18

4. RECOMENDACIONES DE SOSTENIMIENTO. 19 4.1. Ritmo de construcción del sostenimiento. 19

4.2. Bulonado. 19

4.3. Hormigón proyectado o gunita. 19

4.4. Cerchas. 20

4.5. Método Bernold. 20

4.6. Paraguas de presostenimiento . 21

5. REFERENCIAS. 22

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Diseño y ejecución de obras subterráneas. Pablo Daniel Hergenrether Pérez.

3 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

1. INTRODUCCIÓN.

El sostenimiento de los túneles es una técnica que se emplea para evitar que las paredes del mismo una vez excavadas se desmoronen, siendo su función asegurar la estabilidad de las excavaciones.

Se acepta que fue Terzaghi (1946) quien propuso la primera clasificación del terreno orientada a la construcción de túneles. Sus datos provenían de túneles sostenidos fundamentalmente por cerchas metálicas. A partir de los años 50 fue generalizándose la utilización del bulonado y el hormigón proyectado en la construcción de túneles para usos civiles. La clasificación de Lauffer (1958) refleja perfectamente el uso combinado de cerchas, bulonado y hormigón proyectado en la construcción de túneles en roca. Esta clasificación está, por otra parte, muy vinculada al surgimiento del Nuevo Método Austriaco (NATM) en centroeuropa. Su utilización requiere, sin embargo, la experiencia directa en obra y es poco práctica en las fases de proyecto y anteproyecto. Las que podemos denominar clasificaciones modernas (Sistema RMR (Bieniawski) y Q (Barton)) intentan un mayor grado de objetividad. Se trata en los dos casos de combinar atributos del macizo rocoso (de tipo geológico, geométrico y tensional) en un número único relacionado con la calidad global de la roca. A su vez, este número permite, a través de la experiencia recogida en su utilización en casos reales, la definición de un sostenimiento del túnel y la estimación de otros parámetros o datos de interés (resistencia del macizo rocoso, tiempo de estabilidad de una excavación no sostenida, etc.).

2. CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS.

Las clasificaciones geomecánicas tienen por objeto caracterizar un determinado macizo rocoso en función de una serie de parámetros a los que se les asigna un cierto valor. Por medio de la clasificación se llega a calcular un índice característico de la roca, que permite describir numéricamente la calidad de la misma. Es una herramienta muy útil en el diseño y construcción de obras subterráneas, pero debe ser usada con cuidado para su correcta aplicación, pues exige conocimientos y experiencia por parte de quien la utiliza. Las clasificaciones pueden ser usadas en la etapa de Proyecto y también durante la Obra. En la etapa de Proyecto, permiten estimar el sostenimiento necesario en base a las propuestas del autor de cada sistema de clasificación, mientras que durante la Obra, permiten evaluar la calidad del terreno que se va atravesando conforme

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4 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

avanza la excavación del túnel y aplicar el sostenimiento correcto en cada caso.

2.1. La Clasificación Geomecánica de Terzaghi (1946).

La clasificación geomecánica de Terzaghi es, posiblemente, la más usada de todas.

Desarrollada a partir de experiencias previas en túneles de ferrocarril revestidos con cerchas de acero, y basada únicamente en el tipo de terreno, a partir de la anchura y la altura del túnel, proporciona la carga sobre las cerchas metálicas, permitiendo así un rápido dimensionamiento (Ilustración 1).

Ilustración 1

Para diámetros inferiores a 9 metros los resultados se pueden considerar buenos, incluso conservadores si se trata de roca de buena calidad, pero en terrenos de comportamiento plástico o expansivo no es muy fiable, además, como mantiene la tradición americana de usar mucho explosivo y la mayor cantidad posible de acero en las cerchas (muy rígidas, por supuesto), es demasiado conservadora también para túneles excavados con limitación de explosivos o con microretardos, y con voladuras de contorno.

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5 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

Tabla 1

Aunque la primera versión sólo era para roca (la Tabla 1 no es el original, sino el modificado por Deere y Rose en 1982), hay también versiones para suelos, como la Tabla 2, publicado por Manuel Romana (2000).

Tabla 2

2.2. La Clasificación Geomecánica de Lauffer (1958).

A partir de las ideas de Stini (1950) sobre la importancia de los defectos de un macizo rocoso en su comportamiento mecánico, Lauffer decidió estudiar cuanto tiempo eran capaces de mantenerse estables determinadas excavaciones en diferentes tipos de roca (incluyendo minas abandonadas).

Hecho esto, clasificó los terrenos en siete categorías, indicando el tipo de sostenimiento más apropiado a partir de dos parámetros:

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6 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

- La longitud libre o vano crítico: Menor de las dos dimensiones (diámetro o longitud de galería) que se puede mantener estable sin revestimiento.

- Tiempo de estabilidad o mantenimiento (Stand Up Time): Tiempo que puede mantenerse, sin desmoronarse, dicha longitud libre.

El trabajo de Lauffer resultó básico para que Rabcewicz, Pacher y Müller llegaran a desarrollar el llamado “Nuevo Método Austriaco”, unos años más tarde.

Clasificaciones (véase Tablas 3 y 4).

Tabla 3

Tabla 4

2.3. La Clasificación Geomecánica de Protodyakonov (1962).

Muy utilizada en los antiguos "países del este", la clasificación geomecánica de Protodyakonov permite calcular la carga que ejerce el terreno sobre el sostenimiento en función de dos factores únicamente, la anchura del túnel (B) y un parámetro "f", denominado coeficiente de resistencia.

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7 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

Este coeficiente "f" depende de la resistencia a compresión simple (RCS), el ángulo de rozamiento interno (φ) y la cohesión (c) del terreno, de forma que para rocas, "f" vale una décima parte de la resistencia a compresión simple (en MPa), mientras que para suelos se toma:

f = tg φ + c/RCS

El planteamiento teórico del método es similar al utilizado por Terzaghi, aunque Protodyakonov simplifica mucho las expresiones al considerar que las cargas de compresión creadas por el terreno se distribuyen de forma parabólica (Ilustración 2).

Ilustración 2

A grandes rasgos:

- Considerar un arco parabólico triarticulado trabajando a compresión.

- Plantear el equilibrio de fuerzas, compensando las cargas verticales y horizontales mediante el factor "f" (como una especie de coeficiente de rozamiento).

- Buscar la mayor altura estable "h" que puede desarrollar el terreno, obteniendo h = B/2f.

Una vez conocida esa altura "auto-estable", tenemos delimitadas dos zonas con distinto comportamiento. Así, por encima de la parábola el terreno queda sustentado por un "efecto arco", mientras que por debajo de la parábola carga directamente sobre el sostenimiento.

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8 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

Como se conoce la ecuación de esa parábola, se puede medir esta cantidad de terreno, obteniendo una carga total sobre el revestimiento de:

Q = (1/3) · γ · B²/f O, en términos de tensión sobre la sección:

σ = (1/3) · γ · B/f

* γ: densidad del material.

Es decir, valores muy similares a los que se obtienen aplicando el método de Terzaghi.

De forma aproximada, Protodyakonov dio los siguientes valores para el coeficiente de resistencia "f" (Tabla 5):

Tabla 5

La experiencia en los países soviéticos muestra que este método funciona más o menos bien para profundidades comprendidas entre B/(2·tg φ) y B/tg φ.

2.4. Índice de calidad de las rocas de Deree et al. (1967). RQD (Rock Quality Designation). Esta clasificación está basada en la recuperación modificada de un testigo, es decir, el porcentaje de la recuperación del testigo de un sondeo. Depende indirectamente del número de fracturas y del grado de la alteración del macizo rocoso.

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9 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

Condiciones:

- Ha de contarse solamente fragmentos iguales o superiores a 100 mm de longitud. - El diámetro del testigo tiene que ser igual.

∑ (longitud fragmentos >10cm) RQD = x100

longitud total perforada

RQD (%)RQD (%)RQD (%)RQD (%) Calidad de rocaCalidad de rocaCalidad de rocaCalidad de roca < 25 muy mala 25 - 50 mala 50 - 75 regular

75 - 90 buena 90 - 100 excelente

El RQD será igual a:

RQD =115 - 3.3 Jv

Siendo Jv el número de juntas identificadas en el macizo rocoso por m3.

2.5. Clasificación geomecánica de Barton (1974). Índice Q de calidad.

En esta clasificación se catalogan los macizos rocosos según el denominado índice de calidad Q, basado en los seis parámetros siguientes:

- R.Q.D. Rock Quality Designation (RQD)

- Numero de familias de juntas (Jn)

- Rugosidad de las juntas (Jr)

- Meteorización de las juntas (Ja)

- Presencia de agua (Jw)

- S.R.F. Stress Reduction Factor (SRF)

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10 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

Mediante los 6 parámetros indicados, se define la calidad del macizo rocoso mediante la fórmula:

RQD Jr Jw Q=

Jn Ja SRF

Los resultados obtenidos son: la dimensión equivalente, el valor Q, calidad del macizo rocoso y tipo de sostenimiento recomendado para el túnel dependiendo del valor de Q.

Q (rock mass quality) valoración 0,001 – 0,01 excepcionalmente mala 0,01 – 0,1 extremadamente mala 0,1 – 1,0 muy mala 1,0 – 4 mala 4 – 10 regular 10 – 40 buena 40 – 100 muy buena 100 – 400 extremadamente buena 400 - 1000 excepcionalmente buena

En 1993 propone un nuevo ábaco a partir del cual los resultados que se obtienen son: clase de roca, índice de calidad Q, dimensión equivalente, categoría y tipo de sostenimiento, espaciado de los pernos en zonas gunitadas y no gunitadas, así como la longitud de los mismos

2.6. La clasificación geomecánica de Bieniawski (1976). Índice RMR (Rock Mass Rating).

Para determinar la calidad del macizo rocoso, se divide éste en dominios estructurales, es decir, en zonas delimitadas por discontinuidades geológicas dentro de las cuales la estructura es prácticamente homogénea. La estructura del macizo comprende el conjunto de fallas, diaclasas, pliegues y demás características geológicas propias de una determinada región. Su aplicación no tiene apenas limitaciones, excepto en rocas expansivas y fluyentes donde no es aconsejable su uso. El parámetro que define la clasificación es el denominado índice RMR (Rock Mass Rating), que evalúa la calidad del macizo rocoso a partir de seis parámetros siguientes:

(1) Resistencia del material intacto valor máximo = 15

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11 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

(ensayo carga puntual o compresión simple) (2) R.Q.D. Rock Quality Designation valor máximo = 20 (3) Espaciado entre las discontinuidades valor máximo = 20 (4) Condiciones de las discontinuidades valor máximo = 30

(5) Agua subterránea valor máximo = 15

Los resultados obtenidos son: el valor del RMR, clase y descripción del macizo rocoso y la guía para la excavación y sostenimiento de túneles dependiendo del RMR.

RMR = (1) + (2) + (3) + (4) + (5)

2.7. Clasificación geomecánica de Laubscher (1976).

La clasificación geomecánica de Laubscher es una modificación de la de Bieniawski (1976, 1979) y está basada en experiencias en explotaciones mineras, generalmente en roca dura y a profundidades elevadas, donde las tensiones naturales e inducidas por la explotación juegan un importante papel.

Además de la consideración de los campos tensionales, las aportaciones de Laubscher van dirigidas a los efectos de las voladuras así como a la influencia de la meteorización en los macizos rocosos.

El índice de calidad del macizo rocoso se obtiene como suma de los cinco parámetros siguientes:

- R.Q.D. Rock Quality Designation

- I.R.S. Resistencia de la roca intacta.

- Indice del espaciado de las juntas.

- Estado de las juntas.

- Flujo de agua.

Se realizan una serie de ajustes dependiendo de:

- La meteorización.

- Tensiones de campo e inducidas.

- Cambios tensionales debido a la propia explotación.

- Tipo de excavación y orientación respecto a la estructura geológica.

- Efecto de las voladuras.

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12 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

Los resultados obtenidos son: el valor del RMR, clase, subclase y descripción del macizo rocoso y el diseño del sostenimiento dependiendo del RMR.

3. MÉTODOS DE SOSTENIMIENTO.

3.1. Hormigón proyectado o gunita.

El hormigón proyectado o gunita se define como un mortero u hormigón transportado a través de manguera y proyectado neumáticamente sobre techo, hastiales y frente (Imagen 1). Tiene dos efectos principales sobre la roca. El primero es de sellado de la superficie, cerrando las juntas que se han producido durante la excavación. Así, se evita la descompresión y la alteración de la roca. Por otro lado, el hormigón proyectado forma un anillo que, al adquirir resistencia, trabaja como lámina y resiste las cargas producidas por la deformación de la roca. También es capaz de resistir la carga puntual ejercida por pequeñas cuñas que se apoyan sobre la lámina.

Imagen 1

Cuando el hormigón debe trabajar a tracción, será necesario armarlo; esto se lleva a cabo, generalmente, con mallas electro-soldadas de diámetros comprendidos entre 3 y 8 mm y también con fibras de vidrio o de acero. Si el hormigón armado va a tener un espesor importante, superior a 20 cm, pueden utilizarse como armadura cuadros metálicos deslizantes.

3.2. Anclajes.

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13 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

3.2.1. Bulones o pernos.

El bulonaje es una técnica de sostenimiento que consiste en anclar en el interior de las rocas una barra de material resistente que aporta una resistencia a tracción, permite que se cosan las juntas de la roca, impidiendo el deslizamiento de unas rocas sobre otras a favor de las fracturas. Por otra parte, tiene un efecto de confinamiento de la roca, armando la roca. Así, es capaz de absorber las tracciones que aparecen en el terreno y se impide la generación de zonas descomprimidas.

3.2.1.1. Principios de sostenimiento de los bulones.

3.2.1.1.1. Efecto cuña.

En roca masiva o levemente fracturada y en rocas fracturadas, el papel principal de los bulones de roca es el control de la estabilidad de los bloques y cuñas rocosas potencialmente inestables. Esto es lo que se denomina “EFECTO CUÑA” (Ilustración 3).

Ilustración 3

3.2.1.1.2. Efecto viga. En roca estratificada subhorizontal y roca no estratificada con un sistema de fracturas dominantemente subhorizontal, los bulones ayudan a minimizar la deflexión del techo (pandeo). Esto es lo que se comunmente se denomina “EFECTO VIGA” (Ilustración 4).

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14 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

Ilustración 4

3.2.1.1.3. Efecto columna. El concepto del “efecto viga” puede ser extendido al caso de paredes paralelas a estratos o discontinuidades sub-verticales generando el denominado “EFECTO COLUMNA”, para minimizar el pandeo de los bloques tabulares (Ilustración 5).

Ilustración 5

3.2.1.1.4. Efecto arco. En roca fracturada e intensamente fracturada y/o débil, los bulones confieren nuevas propiedades a la roca que rodea la excavación. Instalados en forma radial, los pernos en conjunto forman un arco rocoso que trabaja a compresión denominado “efecto arco”, dando estabilidad a la excavación (Ilustración 6).

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15 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

Ilustración 6

3.2.1.2. Cables de acero.

Se utilizan para grandes longitudes de anclaje, por ejemplo en grandes cámaras. Suelen tener 15 mm de diámetro y estar conformados parcialmente retorciendo los cables en sentido contrario al de su fabricación para mejorar las condiciones de adherencia con la lechada. Si se consigue un buen estanco es preferible que la lechada vaya ascendiendo. Utilizando cables de 15mm de diámetro se consigue una carga de rotura entre 23 y 27 t, según la longitud del cable, y una carga máxima en estado elástico comprendida entre 19 y 22 t.

Imagen 2: Cables con una zona descubierta y otra recubierta

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16 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

para evitar la adherencia con la lechada de cemento.

3.2.2. Otros métodos de sostenimiento.

3.2.2.1. Cimbras o cerchas.

Las cimbras o cerchas metálicas, son estructuras fabricadas con perfiles de acero de ala ancha para soporte rígido, cuya función es otorgar inmediata seguridad, ajustándose lo más posible a la línea de excavación en el frente de avance de una excavación subterránea (Imagen 3). Permiten la definición de la geometría del túnel, y poseen una función resistente al trabajar como arco y colaborar con el hormigón proyectado.

Imagen 3

3.2.2.2. Entibación metálica deslizante.

Los cuadros metálicos deslizantes son arcos de entibación, a base de perfiles acanalados, que permiten cierto deslizamiento entre sí en los tramos en que se solapan. De esta forma, cuando los esfuerzos litostáticos sobrepasan la resistencia conseguida en el apriete de los perfiles en contacto, se producirá el deslizamiento, y disminuirá la sección de la excavación (Ilustración 7).

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17 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

Ilustración 7

Si los cuadros están bien colocados, sus componentes no se deformarán, salvo en casos extremos de muy fuertes presiones del terreno; entonces podrán sufrir deformaciones, pero rara vez la rotura. Es fundamental una buena colocación, lo que requiere:

- El plano del cuadro debe ser perpendicular al eje de la excavación

- Los cuadros contiguos deben estar arriostrados entre sí por medio de tresillones que impidan el revirado.

- Debe realizarse un correcto apriete de las grapas que unen las partes constituyentes del cuadro y las zonas de solapamiento deben estar en contacto entre sí en toda su longitud.

- Se reducirá el asentamiento de los pies del cuadro sobre el muro de la excavación, colocando piezas de acero, hormigón e incluso madera si fuere preciso. - Se rellenarán los huecos existentes entre los cuadros y los paramentos de la galería con recortes de madera o trozos de roca, para que el macizo rocoso se apoye uniformemente sobre el cuadro en toda su longitud.

Desde el punto de vista de su diseño y fabricación, los cuadros deslizantes mantienen una relación de sus módulos resistentes, respecto a los dos ejes de la sección, aproximadamente igual a la unidad. Ello hace que sean muy resistentes al pandeo y a las deformaciones.

3.2.2.3. Paraguas de micropilotes.

Un paraguas de micropilotes es un conjunto discreto de elementos lineales (paralelos al eje de excavación) subhorizontales perforados en el terreno armados e inyectados, que forman una prebóveda resistente envolvente de la cavidad a excavar, cuya misión es sostener el terreno existente por encima, así como minimizar las deformaciones del mismo para evitar daños en estructuras o infraestructuras viarias existentes durante la excavación (Imagen 4).

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18 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

Imagen 4

Se distinguen cuatro fases principales en la ejecución de un paraguas de micropilotes: replanteo, perforación, introducción de la armadura e inyección. La fase más importante para la buena ejecución del paraguas es el replanteo, de no realizarse correctamente los micropilotes pueden cruzarse en el espacio, terminar dentro de la sección del túnel a excavar, o cortarse entre sí.

3.2.2.4. Chapas Bernold.

Las chapas Bernold son chapas ranuradas que se usan como encofrado perdido, rellenando huecos o en zonas en las que ha habido un desprendimiento. Deben colocarse con el hormigón (Imagen 5).

Imagen 5

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19 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

3.2.2.5. Dovelas de hormigón.

Se trata de un elemento constructivo de entibación y aislamiento del macizo rocoso que conforma una sección circular de varios elementos formando un anillo prefabricado. Se elaboran en hormigón armado o pretensado (Imagen 6).

Del montaje de las dovelas se encarga la propia tuneladora (TBM), a medida q avanza va colocando los diferentes elementos prefabricados conformando anillos de dovelas (Imagen 7). Estos anillos se cierran en última instancia por medio de la clave (dovela superior).

Imagen 6 Imagen 7

4. RECOMENDACIONES DE SOSTENIMIENTO. 4.1. Ritmo de construcción del sostenimiento. Dependiendo de la calidad del macizo rocoso y del tipo de roca puede ser necesario esperar algo más de 10 m de distancia al frente para completar la última parte del sostenimiento. Es frecuente que los empujes y convergencias finales se produzcan a 2 ó 3 anchos del túnel como distancia al frente (20 o 40 m). Se trata de un tema que debe estudiarse analíticamente y comprobarse en obra mediante instrumentación. Por lo tanto, creemos que cae fuera del ámbito de las clasificaciones geomecánicas. 4.2. Bulonado. En España muchos técnicos cuestionan la eficacia del bulonado para macizos rocosos de calidad geotécnica muy mala o pésima. Además es poco frecuente utilizar en túneles bulones de más de 5 a 6 m de longitud. El bulón más usado en España es el de acero corrugado de 25 mm de diámetro (En las recomendaciones de Bieniawski se menciona el de 22 mm). El método de adherencia puede ser la resina o el mortero

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(mejor cuando hay problemas de perforación o cavidades microkársticas). Pero es creciente el uso de los bulones de expansión mecánica. Sin entrar en la polémica sobre su durabilidad podemos indicar que presentan ventajas para valores altos del RMR (por su mecanización fácil) y en los valores muy bajos (porque pueden adaptarse a perforaciones irregulares). Si se utilizan debe tenerse en cuenta que su resistencia es menor, por lo que hay que aumentar la densidad de bulonado. Cuando el sostenimiento es provisional, y ha de demolerse posteriormente (por ejemplo en túneles piloto), los bulones más adecuados son los de fibra de vidrio o los de expansión mecánica, porque en ambos casos se cortan fácilmente. El espaciamiento entre bulones se refiere a mallas cuadradas de implantación y es sólo indicativo. En cada caso debe ajustarse la distribución a las densidades de bulonado propuestas y a la longitud real de pase. 4.3. Hormigón proyectado o gunita. Se indican los espesores mínimos más usados. El número de capas incluye la capa inicial de sellado, que no es necesaria para macizos rocosos de calidad muy buena. Los espesores de cada capa no deben exceder de 10 cm para evitar problemas de adherencia. Los espesores reales dependen de la precisión de la excavación. Si se deben rellenar las sobreexcavaciones, y/o cubrir las cerchas, los espesores reales pueden ser mucho mayores en algunos puntos. Por lo menos es tan frecuente utilizar fibras metálicas como mallazo para armar el hormigón proyectado. Las fibras tienen ventajas de mecanización, rendimiento y ductibilidad del hormigón a flexo-tracción, y en países como Inglaterra, Suecia o Noruega solo se utilizan fibras metálicas (que están prescritas como componente por el sistema Q de BARTON). En países de tradición alemana (Alemania, Austria, Suiza) persiste más el mallazo, que tiene la ventaja de exigir un espesor mínimo de hormigón proyectado. En las recomendaciones sugerimos el uso de fibras metálicas para macizos de calidad media a buena y el de mallazo para macizos de calidad mala a muy mala. Cuando no es necesario el hormigón proyectado (en macizos de calidad muy buena) puede ser conveniente el uso ocasional de mallazo como protección contra la caída de cuñas rocosas aisladas.

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21 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

4.4. Cerchas. Es frecuente en España el uso de cerchas en macizos rocosos de calidad media (RMR < 50). El tipo de cercha depende tanto de la calidad del macizo rocoso como del ancho del túnel. En estas recomendaciones se consideran cerchas ligeras (TH-21), y medias a pesadas (TH-29) y las HEB. En túneles de 5 a 6 m de ancho se utilizarían las cerchas TH-16 como ligeras y las TH-21 como pesadas. En todos los casos las cerchas se deben arriostrar entre sí mediante tresillones. El uso de forros de entibación (mediante chapas continuas o pequeñas tablestacas) es poco frecuente en España, donde se prefiere sustituirlos por mallazos cuando es necesario en macizos de calidad mala a muy mala. 4.5. Método Bernold. El método Bernold integral (con cerchas de montaje, chapas continuas solapadas y relleno de hormigón) sigue siendo una opción válida para macizos de calidad mala o muy mala. Sin embargo su utilización ha decaído en España debido a la popularización del Nuevo Método Austríaco. En todo caso la combinación de cerchas HEB con chapas BERNOLD, apoyadas sobre las alas de las cerchas, y con relleno de hormigón bombeado o proyectado, constituye un método muy adecuado para construir sostenimientos rígidos, pesados y continuos. Su empleo es recomendable en las zonas de boquillas y al atravesar fallas y/o zonas tectonizadas. 4.6. Paraguas de presostenimiento. Con valores del RMR inferiores a 30 es normal utilizar paraguas de bulones de 5 a 6 m de longitud, localmente o en la parte superior de la sección. Su necesidad depende de las condiciones de estabilidad del frente en clave y hastiales, y del buzamiento de las capas. Para valores del RMR inferiores a 20 (y para atravesar zonas de hundimiento) es buena práctica la construcción de paraguas de micropilotes, que suelen inyectarse con la técnica de los tubos-manguito. Se trata de un procedimiento lento y costoso pero que puede resultar imprescindible en ciertos casos.

Page 22: Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas. Autor: Pablo Daniel Hergenrether Pérez

Diseño y ejecución de obras subterráneas. Pablo Daniel Hergenrether Pérez.

22 Sostenimiento de túneles basado en las clasificaciones geomecánicas.

5. REFERENCIAS. Clasificaciones geomecánicas. http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/6215/1/00.pdf http://www.inforock.es/Georock1.htm#1

Lauffer.

http://geodiendo.blogspot.com/2009/09/la-clasificaciongeomecanica-de-lauffer.html Terzaghi.

http://geodiendo.blogspot.com/2009/09/la-clasificaciongeomecanica-de.html Protodyaconov.

http://geodiendo.blogspot.com/2009/12/la-clasificaciongeomecanica-de.html Recomendaciones de sostenimiento para túneles. http://www.danotario.com/manuales/excavaciones%20de%20tuneles.pdf Sistemas de sostenimiento. http://www.dsiperu.com/uploads/media/DSI_ALWAGSystems_Sistemas-de-sostenimiento-para-la-construccion-de-tuneles-yminerias_s.pdf http://www.wikivia.org/wikivia/index.php/Sostenimiento_t%C3%BAneles_(construcci%C3%B3n) Bulones.

http://geco.mineroartesanal.com/tikidownload_wiki_attachment.php?attId=1202 Paraguas de micropilotes.

http://www.ciccp.es/ImgWeb/Castilla%20y%20Leon/Mis%20documentos/Paraguas%20Pesados%20Micropilotes.pdf