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01/06/2006

Anlisis y Proyecto y de Tneles

Prof. Pietro De Marco

Gianfranco PerriUniversidad Central de Venezuela

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TUNELES MS LARGOS DEL MUNDO

N Tnel Pas Uso Ao Long.km

I Seikan Japn FFCC 1988 53.9

II Canal Mancha Inglaterra-Francia FFCC 1994 2 x 50.0

III Dishimizu Japn FFCC 1982 22.2

IV Simpln 2 Italia-Suiza FFCC 1922 19.8

V Simpln 1 Italia-Suiza FFCC 1906 19.8

VI Vereina Suiza FFCC 1999 19.0

VII Shin-Kanmon Japn FFCC 1975 18.7VIII Apeninos Italia FFCC 1934 18.5

IX San Gotardo Suiza CARR 1980 16.3

X Rokko Japn FFCC 1971 16.3

XI Henderson USA FFCC 1975 15.8

XII Haruna Japn FFCC 1982 15.4

XIII Furka Suiza FFCC 1981 15.3

XIV San Gotardo Suiza FFCC 1882 15.0

XV Nakayama Japn FFCC 1982 14.9

XVI Loetschberg Suiza FFCC 1913 14.6

XVII Mount MacDonald Canad FFCC 1988 14.6

XVIII Ta-yao Shan China FFCC 1988 14.3

XIX Arlberg Austria CARR 1978 14.0

XX Hokuriku Japn FFCC 1962 13.9XXI Mont Cenis Francia-Italia FFCC 1871 13.7

XXII Shin-Shimizu Japn FFCC 1967 13.5

XXIII Aki Japn FFCC 1973 13.0

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Estaticade las Excavaciones Subterraneas

Estado de Solicitaciones Naturales

Redistribucin de Esfuerzos y Deformaciones

Nuevo Equilibrio Esttico Desequilibrio

Estabilidad e Inestabilidad Geoestructural

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ESTADO DE LAS SOLICITACIONES NATURALES

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ESTADO DE LAS SOLICITACIONES NATURALES

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SOLICITACIONESINDUCIDAS ALREDEDORDE UN TUNEL CIRCULAR

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SOLICITACIONES REDISTRIBUIDAS ALREDEDOR DE UN TUNEL CIRCULAR

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ESTADO DE LAS SOLICITACIONES REDISTRIBUIDAS

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SOLICITACIONES INDUCIDAS ALREDEDOR DE UN TUNEL

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SOLICITACIONES INDUCIDAS ALREDEDOR DE UN TUNEL

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DEFORMACIONES INDUCIDAS ALREDEDOR DE UN TUNEL CIRCULAR

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DEFORMACIONES INDUCIDAS ALREDEDOR DE UN TUNEL CIRCULAR

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COMPORTAMIENTOELASTO - PLASTICO

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= 0.5D po (1+v) (0.29+0.71(1-e-1.5(d/0.5D)0.7

)/E(Corbetta, Bernaud & Nguyen,1991)

(Chem et Al, 1998)

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TRIDIMENSIONALIDADDEL FENOMENO DELA EXCAVACION DEUN TUNEL DURANTEEL AVANCE, TAMBIENEN TERMINOS DE LAREDISTRIBUCION DELOS ESFUERZOS YDE LA EVENTUAL

PLASTIFICACION

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(1) (6)

(5)

(2)-(3)-(4)-(7)-(8)

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POSIBLES CONDICIONES GEOESTATICAS

DURANTE LA EXCAVACION DE UN TUNEL

A a/b A

c BB

d C

e D

C

f E

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A Comportamiento a frente estable o, de tipo lapdeo

La concentracin de esfuerzos en el terreno al frente y alcontorno de la cavidad no supera la resistencia del medio.

Los fenmenos de deformacin evolucionan en campoelstico, son inmediatos y de orden centimtrico.

El frente de excavacin es globalmente estable y se puedenproducir solamente inestabilidades localizadas de cada debloques aislados debido a desfavorables circunstanciasgeomtricas y estructurales del terreno.

Lasintervenciones de proteccino estabilizacin estnprincipalmente dirigidas a evitar eventualesdesprendimientos localizados del terreno.

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B Comportamiento a frente estable a corto plazo, ode tipo cohesivo

La concentracin de esfuerzos al frente y al contorno de lacavidad, supera el lmite del campo elstico del medio.

Los fenmenos de deformacin evolucionan en campo elsto-plstico, son algo diferidos en el tiempo, son de ordendecimtrico y no condicionan la estabilidad ya que el terreno

est an en condicin de movilizar resistencia suficiente.

Los fenmenos de inestabilidad, bajo la forma dedesprendimientos localizados presentes en el frente y

contorno de la cavidad, dejan en general el tiempo de actuardespus de un relativamente limitado alejamiento del frente,medianteintervenciones tradicionales de contencin radialaunque, en raras circunstancias, puede resultar necesario

recurrir al empleo de algunas acciones de pre-consolidaciny/o de pre-contencin.

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C Comportamiento a frente inestable, o detipo incoherente

La concentracin de esfuerzos al frente y al contorno de

la cavidad, supera la resistencia del medio.

Los fenmenos de deformacin resultan inaceptables yaque evolucionan rpidamente hacia la ruptura dando

lugar a graves manifestaciones de inestabilidad hasta lacada del frente y el colapso de la cavidad, sin dejar eltiempo de actuar con intervenciones de contencin radial.

Se requieren por lo tanto siempreintervenciones de pre-consolidacin y/o pre-contencina monte del frente deexcavacin.

A

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A Intervenciones de proteccin

* Concreto proyectado* Pernos aislados

B Intervenciones tradicionales de contencin radial* Concreto proyectado y Pernos sistemticos* Concreto proyectado y Costillas (eventualmente con Pernos)

C Intervenciones de pre-consolidacin y/o pre-contencin

* Concreto proyectado costillas y pernos* Vidrioresnas de consolidacin del ncleo* Pernos en avance* Arco troncocnico de micropilotes o, de jet grouting* Arco troncocnico en pre-corte de concreto

* Solera temporal (eventualmente a media seccin)*

Hoek Russo

Lunardi

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Hoek Russo

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Tunel Tronquoy

Debajo del Canalde San Quintinen Francia (1803)

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Tunel Widening

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Metropolitana deLondre (1865-67)

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Clase de Comportamiento f

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CUAL ES LA CLASE DE COMPORTAMIENTO ?

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De que depende ?

Como se define en proyecto y en campo la CLASE?

CUALES SON LAS DIMENSIONES DEL SOPORTE ?

De que dependen ?

Como se calculan las CARGASsobre el soporte ?

En geotecnia, es muy conocida y reconocida la dificultad prctica yconceptual de obtener o estimar y hasta definir los parmetros de

MECANICA DE SUELOS ROCAS Y MACIZOS ROCOSOS

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p y presistencia y deformacin cuando el medio al que se refieren es unmacizo rocoso, por antonomasia heterogneo, anistropo y discontinuo.

En efectos, con el desarrollarse de la mecnica de rocas fue evidente laimposibilidad de poder asumir para los macizos rocosos, lascaractersticas mecnicas obtenidas de ensayos de laboratorio sobremuestras de rocas, obligando a la ideacin y realizacin de complicados

costosos y no siempre suficientemente representativos ensayos en sitio.

Igualmente, se evidenciaron pronto los limites de los criterios deresistencia, como por ejemplo el de Mohr-Coulomb heredado de lamecnica de suelos, basados en el uso de la compresin uniaxial (c) lacohesin (c) y el ngulo de friccin (), cuando se trat de aplicarlos yano solo al clculo de la resistencia del material rocoso o de los planos de

discontinuidades definidas, sino al macizo rocoso en su conjunto, ascomo resultaba necesario en un gran numero de problemas prcticos.

PARAMETROS GEOMECANICOS DE LOS MACIZOS ROCOSOS

Cuales son y como se determinan los parmetros ( ), (c), () y (E),

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y p (c), ( ), ( ) y ( ),

del macizo rocoso, heterogneo y discontinuo?

Son iguales a los de los materiales rocosos constituyentes el macizo?

O son iguales a los de las discontinuidades presentes? (A los valorespicos, o a los valores residuales?)

O se debe hacer la media entre los parmetros de los diferentes

materiales presentes y los de las discontinuidades?Pero se har una media ponderada? (y segn cual ponderacin?)

Se determinarn con ensayos en laboratorio o en sitio?Y luego finalmente, como se pasar de los valores de ensayo a los

parmetros del macizo, que son en definitiva los que requiere el

ingeniero proyectista?

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El Criterio de Hoek-Brown (1980), introdujo parmetros de resistenciaal corte propios, sea del material rocoso como el nuevo parmetro para laroca intacta (mi) a lado de la tradicional resistencia a la compresin

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uniaxial (ci), sea del macizo rocoso (mb) y (s) con la formula:

Siendo (1 y 3) los esfuerzos principales mximos y mnimos respectivamente(eventualmente efectivos) al momento de la rotura y siendo:

mb =miexp[(GSI-100)/(28-14D)] s = exp[(GSI-100)/(9-3D)] = 0.5+(e-GSI/15-e-20/3)/6

SiendoD funciondel nivel de debilitamiento (min. =0 ymax. =1) sufrido por el macizo.

Para el material rocoso: (mb = mi), (s = 1), ( = 0.5) y el criterio es :

a

cibci sm

++=

331

1331 ++=ci

ci mi

(ci)

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CLASIFICACIONES GEOMECANICAS

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CARACTERIZACIONY ZONIFICACIONGEOMECANICA

PURAS

SE BASANSOLOSOBRE LA

CALIDADGEOMECANICADEL

MACIZOROCOSO

IBRIDAS

CONTIENENUNOOMASPARAMETROSDE EVALUACION QUE NO SOINTRINSECOSALMACIZOROCOSO

CLASIFICACIONES GEOMECANICAS

METODOS EMPIRICOS DE DISEO

INDIRECTOS:

LASINDICACIONESDE PROYECTO

DERIVANDEUNACARACTERIZACIONCUALITATIVAYDEUNACONSECUENTEEVALUACIONDELASCARGAS

DIRECTOS:

LASINDICACIONIESDEPROYECTODERIVANDIRECTAMENTE DEUNA

CARACTERIZACIONCUALITATIVADELMACIZOROCOSO

METODOS CUALITATIVOS

LASINDICACIONESDE PROYECTODERIVANDEUNACARACTERIZACIONCUANTITATIVAYEVENTUALMENTEDELAEVALUACIONDELASCARGAS

METODOS CUANTITATIVOS

Unparmetro

RQD(1)Strength-size (2)

GSI (3)RMi (4)

Masparmetros

AFTES(5)SIA199 (6)ISRM(7)

Terzaghi (8)

RSR(9)Q-System(10)RMR(11)

Rabcewicz Pacher(12)

Rock loads (8)

Unparmetro

Stand-up time (13)RQD(1)

Masparmetros

.RMR(11), RSR(9)Q-System(10)

Strength-size (2)

Recomendaciones

AFTES(5)

(1) Deere, 1964; (2) Franklin, 1975; (3) Hoek, 1994 and Hoek et al., 1995; (4) Palmstrm, 1996; (5) 1993; (6) 1975; (7) 1981; (8) Terzaghi, 1946;

(9) Wickham,1972; (10) Barton et al., 1974, 1994; (11) Bieniawski, 1973, 1989; (12) 1974; (13) Lauffer, 1958, 1988.

Cla

sif

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sificacion

deBENIA

WSKI19

74-1989

RMR=A

1+A2+A3+A4+A5

+B

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EL RMi (Rock Mass index) DE PALMSTROM - 1996

Very low RMi < 0.01

Low RMi = 0 01 0 1

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JP = D Vb jC 2 . 0 where D = 0.37jC -0.2

RMi=cJP

Low RMi = 0.01 0.1Medium RMi = 0.1 1High RMi = 1 10

Very high RMi > 10

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EL

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RMi

DE

PAL

MSTROM

-1996

CLASIFICACIN GEOMECANICA Vs. GSI(Geological Strengh Index)

Hevert Hoek 1994

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Hevert Hoek 1994

Condicin de lasDiscontinuidades

MUY BUENA

( VG )BUENA

( G )REGULAR

( F )POBRE

( P )MUY POBRE

( MP )

Macizo RocosoEN BLOQUES

( B )> 65 55 75 45 - 65 35 - 55 25 45

Macizo RocosoFRACTURADO( VB )

55 - 75 45 - 65 35 - 55 25 - 45 15 - 35

Macizo RocosoFALLADO Y PLEG.

( BF ) 45 - 65 35 - 55 30 - 45 20 - 40 10 30Macizo Rocoso

TOT. FRACTURADO( C )

40 - 55 30 - 45 25 - 40 15 - 30 < 20

El Geological Strengh Index (GSI)En 1994, Evert Hoek public en el noticiero de la Sociedad Internacionalde Mecnica de Rocas, el articulo Strengh of Rock and Rock Masses

l l i t d j d fi i d l G l i l St h I d

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en el cual introdujo, definindolo Geological Strengh Index , un nuevondice de calidad geomecnica para los macizos rocosos cuyo rangonumrico, comprendido entre 0 y 100, se basa en la identificacin yclasificacin en campo de dos de las caractersticas fsico-mecnicas deun macizo rocoso: la macroestructura y la condicin de las superficies delas discontinuidades presentes.

Hoek recomienda hacer siempre referencia a un rango numrico y nunca

a un solo valor del GSI y tambin sugiere la posibilidad, a falta de unaapreciacin directa en campo y solo para macizos rocosos caracterizados

por un GSI > 25, de estimar este a partir del RMR de Bieniawski,

depurndolo del factor orientacin de las discontinuidades y asignando10 al factor agua. Tambin se propone estimar el GSI a partir del ndiceQ de Barton, depurndolo del factor de tensin (SRF) y asignando 1 al

parmetro agua (Jw), obteniendo luego, de acuerdo con la preexistente

correlacin entre Q y RMR: GSI= 9 lg Q + 44.

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En el 2002 el Criterio de Hoek-Brown introdujo un nuevo parmetro

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En el 2002 el Criterio de Hoek Brown introdujo un nuevo parmetro(D) de afectacin del macizo rocoso, a lado de la resistencia a lacompresin uniaxial (ci), del parmetro para la roca intacta (mi) y de los

parmetros del macizo rocoso (mb) y (s) con la misma formula:

Siendo ahora:

mb =miexp[(GSI-100)/(28-14D)] s = exp[(GSI-100)/(9-3D)] = 0.5+(e-GSI/15-e-20/3)/6

DondeD es funcin del nivel de debilitamiento (min.=0 ymax.=1) sufrido por el macizo

a

cibci sm

++=

331

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PARAMETROS BASICOS DE HOEK (1988)

0.100000

1.000000

mb/mi = exp[(GSI-100)/(28-14D)]

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101/166

0.000010

0.000100

0.001000

0.010000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100GSI

mb/mi

s

s = exp[(GSI-100)/(9-3D)]

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102/166

0,16

0,18

0,20

c /Co

mi=5

mi=10

c/Co= (0.0058+0.0004 mi) exp[GSI(0.0455-0.0073 Ln(mi))]

mi=7

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COHESION DEL MACIZO ROCOSO (Hoek & Brown, 1997)

c/Co = 0.013e0.026GSI

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100GSI

mi=13

mi=30

mi=35

mi=16

mi=20

mi-25

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800000

900000

1000000

EmEm/E'

0.9

0.8

1.0

Em=SQR(Co)10exp(GSI+70)/40

Em = E 10 (GSI-100) / 40

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MODULO DEL MACIZO (Em) en Kg/cm2 SEGUN GSI y Co(Kg/cm2)

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

10 20 30 40 50 60 70 80 90GSI

50

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Em/E'

Co

0.7

0.5

0.3

0.1

0.4

0.2

0.6

0

MODULO DEL MACIZO (Em) en Kg/cm2 SEGUN GSI y Co (Kg/cm2)

80000

90000

100000

Em

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106/166

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

10 20 30 40 50 60 70 80 90

GSI

50

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Co

Em=SQR(Co)10exp(GSI+70)/40

Definiciny uso del GSI

(GeologicalStrenghIndex)

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

107/166

(GeologicalStrenghIndex)

El GSI es un ndice de la calidad geomecnica de losmacizos rocosos y se utiliza para realizar estimaciones

prcticas de los parmetros del macizo rocoso a partir

de los parmetros del material rocoso (ci

- mi):

Parametros de resistencia de Hoek Brown: m - s

Parametros de resistencia de Mohr Coulomb: cm - mResistencia a la compresion uniaxial: cm

Modulo de deformacin longitudinal: Em

CARACTERISTICAS GEOMECANICAS DEL MATERIAL ROCOSO ( de la Roca Intacta )

INPUT: mi = 10+- 4

0,20

0,25

INPUT: Co = 20+-10 (Mpa)

0,06

0,07

0,08

0,09

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

108/166

0,00

0,05

0,10

0,15

2 4 6 8 10 12 14 16 18

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0 5 10 15 20 25 30 35 40

INPUT: GSI = 40+- 10

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

20 30 40 50 60

INPUT : E = 45000+- 10000 (Mpa)

0,00000

0,00001

0,00001

0,00002

0,00002

0,00003

0,00003

0,00004

0,00004

0,00005

5000 25000 45000 65000 85000

Intact rock strength (Co) Discontinuity spacing

10%

20%

gr.1gr.2

gr.1+gr.2

20%

40%

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

109/166

0 100 200 3000%Co [MPa] 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

%Spacing [m]

Two groups of specimens with different structuralcharacteristics normally distributed:

Group 1: Co1 = 145MPa, Co1 = 60MPa

Group 2: Co2 = 240MPa, Co2 = 60MPa

Negative exponentially distributed

sp= 0.4m, min. 0.05m, max. 2.5m.

Rock Quality Designation (RQD) Condition of discontinuities

0 20 40 60 80 100%

10%

20%

RQD [%] 20 22 24 26 28%10%

Disc.Condition [RM R rating]

18

Distribution obtained using the relationships:

RQD = 100 1 0 1( . )

& RQD e= +

100 0 1 10.1

( . ) = n discont./m,RQD= 66%

Uniformly distributed:min. 18, max. 28.

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

110/166

Assumptions

Assumption: Comp. Uniax. Material Rocoso (MPa) - Cla Cell: E11

Triangular distribution with parameters:

Minimum 1

Likeliest 3Maximum 5

Comp. Uniax. Material Rocoso (MPa) - Cla

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

111/166

Selected range is from 1 to 5

Mean value in simulation was 3

Assumption: Parmetro mi - Clase B Cell: E12

Triangular distribution with parameters:

Minimum 8

Likeliest 10

Maximum 12



Assumption: GSI Clase B Cell: E16

Triangular distribution with parameters:Minimum 15

Likeliest 20

Maximum 25



1 2 3 4 5

8 9 10 11 12

Parmetro mi - Clase A

15 18 20 23 25

GSI Clase A

Forecast: Friccin Macizo Rocoso - Clase C

Summary:

Display Range is from 7 to 14 ()

Entire Range is from 7 to 14 ()

After 1.000 Trials, the Std. Error of the Mean is 0

Statistics: Value

Trials 1000

recast: Modulo de Deformacin (Em)

Summary:

Display Range is from 2000 to 4000 MPa

Entire Range is from 2229 to 3980 MPa


Statistics: Value

Trials 1000

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

112/166

Mean 10

Median 10

Mode ---

Standard Deviation 1

Variance 2

Skewness -0,10Kurtosis 2,93

Coeff. of Variability 0,12

Range Minimum 7

Range Maximum 14

Range Width 7

Mean Std. Error 0,04

FrequencyChart

()

Mean = 10,000

,041

,083

,124

,165

0

41,25

82,5

123,7

165

7 9 11 12 14

1.000 Trials 2 Outliers

Forecast: Friccin Macizo Rocoso - Clase A

Trials 1000

Mean 2994

Median 2979

Mode ---


Variance 120019Skewness 0,27

Kurtosis 2,61


Range Minimum 2229

Range Maximum 3980

Range Width 1751


Frequency Chart

MPa

,000

,007

,014

,020

,027

0

6,75

13,5

20,25

27

2000 2500 3000 3500 4000


Forecast: Modulo de Deformacin (Em)

cast: Comp. Uniax. Macizo Rocoso

Summary:

Display Range is from 4,25 to 6,75 (MPa)

Entire Range is from 4,28 to 6,86 (MPa)

After 1.000 Trials, the Std. Error of the Mean is 0,01

Statistics: Value

Trials 1000

M 5 45

Forecast: Modulo de Reaccion de Macizo Rocoso (Kn) C

Summary:

Display Range is from 80000 to 170000

Entire Range is from 87595 to 175239


Statistics: Value

Trials 1000

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

113/166

Mean 5,45

Median 5,43

Mode ---

Standard Deviation 0,42

Variance 0,18

Skewness 0,23Kurtosis 2,94


Range Minimum 4,28

Range Maximum 6,86

Range Width 2,58


Frequency Chart

(MPa)

Mean = 5,45,000

,043

,087

,130

,173

0

43,25

86,5

129,7

173

4,25 4,88 5,50 6,13 6,75


Forecast: Comp. Uniax. Macizo Rocoso

Mean 126710

Median 125579

Mode ---


Variance 260621736Skewness 0,23

Kurtosis 2,54


Range Minimum 87595

Range Maximum 175239

Range Width 87644


Frequency Chart

,000

,008

,017

,025

,033

0

8,25

16,5

24,75

33

80000 102500 125000 147500 170000


Forecast: Modulo de Reaccion de Macizo Rocoso (Kn)

CUAL ES LA CLASE DE COMPORTAMIENTO ?

De que depende ?

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

114/166

Como se define en proyecto y en campo la CLASE?

CUALES SON LAS DIMENSIONES DEL SOPORTE ?

De que dependen ?

Como se calculan las CARGASsobre el soporte ?

Clases de Comportamiento de la Excavacin

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

115/166


7/29/2019 Tuneles UCV 2006

116/166


7/29/2019 Tuneles UCV 2006

117/166

CLASE DE COMPORTAMIENTO clase geomecanica CLASE TECNICAClases de

Comportamientode la Excavacin

ElementosCaracterizantes

(Definitorios)

ElementosDeterminantes

(Discriminantorios)

ElementosConcomitantes

(Asociados)

ElementosConsecuentes

(Acciones a tomar)

a b

Estabilidad al frente

Estabilidad en la cavidad Eventuales inestabilidades

(cinematismos de bloques)

FSf > 1

FSc >1(Rp/Ro = 1)

RMR = > 80

GSI = > 70Co = > 40 MPa

Em=5000-10000 MPa

Concreto Proyectado (510 cm)

(Eventual)Pernos L = 3 5 m

(Eventuales o Sistemticos)

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

118/166

IC>0.45

c Estabilidad al frente Cavidad inestable

(o 1

FSc < 1

(Rp/Ro = 1-2)

RMR = 60 80

GSI = 50 80

Co = 20 - 60 MPaEm = 20008000 MPa

0.30

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

119/166

IC = cm/H = (0.0034mi0.8) ci[1.029+0.025e(-0.1mi)]GSI/H

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

120/166

Clases de Comportamiento de la ExcavacinLunardi A B C

Hoek y Marinos A B C D ERusso y Otros a-b c d e f

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

121/166

Russo y Otros a b c d e f

Convergencia IC>0.2) (0.2> IC>0.15) IC4

Secciones

GSIIntermedias (RMR-Q-RSR-Rmi )

GSI > 70 70 > GSI > 50 50 > GSI > 25 25 > GSI > 15 GSI < 15

Secciones

Profundas

Secciones (GSI-RMR-Q-RSR-Rmi )

Geometria Seccin

Superficiales Estabilidad Frente GSI < 50

GSI > 50

Clase de Comportamiento de la Excavacin

secciones superficiales

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

122/166

Clase de Comportamiento de la Excavacin

secciones profundas

IC < 0 15 0 15 0 20 0 20 0 30 0 30 0 45 > 0 45

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

123/166

IC < 0.15 0.15 - 0.20 0.20 - 0.30 0.30 - 0.45 > 0.45

70 N.P. N.P. P.P. c/a-b a-b

GS

I

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124/166

EstaticadelasExcavacionesSubterraneas

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

125/166

Estaticade las Excavaciones Subterraneas

E..

R.. N..

Estabilidad e Inestabilidad Geoestructural (Clase A-a/b)

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

126/166

ESTABILIDAD CONTROLADA GEO-ESTRUCTURALMENTE

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

127/166


7/29/2019 Tuneles UCV 2006

128/166

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

129/166


7/29/2019 Tuneles UCV 2006

130/166

Datos Necesarios paraSoportey Revestimiento:

Diseo Geotcnico Estructural de un Tnel

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

131/166

p p y

Geometra: Dimensiones y Forma

Materiales constituyentes

Vnculos de apoyo

Cargas actuantes

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

132/166

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

133/166

Determinacin de las Cargas Actuantes

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

134/166

Prehistoria de la Ingeniera de Tneles:Ritter, 1879

Engesser, 1882

Kommerell, 1912 Bierbhaumer, 1913

Terzaghi: 1936 -1946

Protodyakonof, 1960 ..

Convergencia-Confinamiento (AFTES, 1978 - 1984 - 2002)

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

135/166

TEORIA DE

TERZAGHISOBBRE EL

EFECTO ARCO

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

136/166

EFECTO ARCO

EN SUELOS(1936)

Hp = B / Ko tg

SOLIDO DECARGA DETERZAGHI

EN ROCAS

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137/166

1946

Hp = (B+Ht)

v = Hp

h = Ko v

Para H< 1,5 (B+Ht):

Hp = H

CLASIFICACION DE TERZAGHI - 1946

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

138/166

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

139/166

2,6

2,8

3,0

3,2

3,4

3,6

3,8

4,0

mi=10

mi=5mi=7

= 1244mi-1,433GSI(mi0,0004mi-0,0046mi-1,2344)

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

140/166

FACTOR DE CARGAS "ALPHA" DE TERZAGHI (Perri, 2000)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

,

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100GSI

mi=13

mi=16

mi=20

mi=30

mi=25

mi=35

SLIDO DE CARGASDE

PROTODYACONOF

Hp = b / 2 f

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

141/166

Ancho del slido de cargas

b = B+2Ht*tg(45- /2)

Hp b / 2 f

f = tg + c / Co

f = Co / 100

(Co en Kg/ cm2)

v = b / 3f

h = Ko v

H

RecomendacionesAFTES

Ancho del slido de cargasb = B+2Ht*tg(45- /2)

*Para H < b :

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

142/166

H

Hp = (B+Ht) (en rocas)(mnimo Hp= b)

* Para b < H < 2,5 b :

Hp =(b-2c/ ) (1-e-2Htg/b)/2tg

* Para H > 2,5 b : L.C.

Hp = (b-2c / )/2tg (en suelos)

Para H b :

Hp = H

Hp = (B+Ht) (en rocas)

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

143/166

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

144/166

Clasificacin de la Excavacinpor Rangos de Cobertura

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

145/166

Cargas de diseo porRangos de cobertura

CondicinCobertura

Clasificacin

Caso I: (GSI25 y/o suelo) Caso II: (GSI>25)

1 Superficial HB [pv=H] Hb [pv=H]

2 IntermediaB2.5B

pv=radial/gravitacional

H = Cobertura de la excavacin;b = Ancho de la excavacin; (*) No aplica para GSI>40B = b + 2*h*tan(45-/2)*25/GSI: Ancho del slido de Terzaghi;siendo: h = Altura de la excavacin; = ngulo de friccin del macizo rocoso = Densidad del macizo rocoso; = Factor de carga de Terzaghi.

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

146/166

Curvas de Interaccion Soporte - Terreno y Extencion de la Plastificacion

0,70

0,80

0,90

1,00

P

1,30

1,35

1,40

Radio

de

L.C. Terreno: Rama plastica

L.C. Terreno: Rama elastica

L.C. Soporte

Radio plastico/Radio tunel

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

147/166

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0

Convergencia [mm]

res

ion

interna

[M

Pa

]

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

e

plastificacion

/Ra

dio

deltune

CAPACIDAD Y RIGIDEZ DE SOPORTES TIPICOS

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

148/166

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

149/166

Approximate maximum capacities for different support systems installed incircular tunnels. Note that steel sets and rockbolts are all spaced at 1 m.

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

150/166

Presion

p

(Kg/cm2)

RIGIDEZ GLOBAL Y CAPACIDAD GLOBAL DE LOS SOPORTES COMBINADOS

Capacidad Global Teorica

(C1+C2+C3)

CAPACIDAD GLOBAL Efectiva

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

151/166

Deformacion u (cm)

1

2

3

RIGIDEZ GLOBAL = (R1+R2+R3)

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

152/166

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

153/166

F o r e c a s t : P - c : R e s i s te n c i a e fe c t iv a d e l s o p o r t e

S u m m a ry :D i s p la y R a n g e i s f r o m 1 , 7 5 t o 3 , 5 0 ( K g / c m 2 )E n t i r e R a n g e i s f r o m 1 , 7 4 t o 3 , 8 6 ( K g / c m 2 )

A f t e r 1 . 0 0 0 T r ia l s , t h e S t d . E r r o r o f t h e M e a n i s 0 , 0 1

S t a t i s t i c s f o r D i s p la y R a n g e : V a lu eT r ia l s 9 9 4M e a n 2 , 6 0M e d ia n 2 , 5 8M d

CALCULO ESTRUCTURAL DEL SOPORTE

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

154/166

M o d e - - -

S t a n d a r d D e v ia t i o n 0 , 3 1V a r i a n c e 0 , 1 0S k e w n e s s 0 , 2 8K u r t o s is 2 , 7 8C o e f f . o f V a r ia b i l i t y 0 , 1 2R a n g e M in im u m 1 , 7 5R a n g e M a x im u m 3 , 5 0

R a n g e W id t h 1 , 7 5M e a n S t d . E r r o r 0 , 0 1

F r e q u e n c y C h a r t

( K g / c m 2 )

,000

,008

,015

,023

,030

0

7 ,5

1 5

22 ,5

3 0

1 ,7 5 2 ,1 9 2 ,6 3 3 ,0 6 3 ,5 0

9 9 4 Tr i a l s

F o r e c a s t : P - c : R e s i s t e n c ia e fe c ti v a d e l s o p o r te

Soportes Primarios: Caractersticas estructurales y estadsticas

lase de

Roca

Soporte

Primario

Concreto

Proyectado

Costillas

Metlicas

Pernos Metlicos

(20t)

Capacidad

(Kg/cm2)

Rigidez

(Kg/cm2/cm)

II P-a/b 10 cm - - 1.5 (=0,16) 4.0 (=0,43)

P-a/b* 10 cm - eventuales 1.5 (=0,16) 4.0 (=0,43)

P-c2 10 cm 2 IPN140 @ 150 cm 2 x 4 m @ par de costillas 2.3 (=0,20) 6.2 (=0,55)

III P-c1 14 cm 2 IPN140 @ 150 cm 2 x 4 m @ par de costillas 3.1 (=0,29) 8.3 (=0,76)

CALCULO ESTRUCTURAL DEL SOPORTE

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

155/166

III P c1 14 cm 2 IPN140 @ 150 cm 2 x 4 m @ par de costillas 3.1 ( 0,29) 8.3 ( 0,76)

P-d2 14 cm 2 IPN160 @ 125 cm 4 x 6 m @ par de costillas 3.6 (=0,31) 9.6 (=0,83)

IV3 P-d1 16 cm 2 IPN160 @ 125 cm 4 x 6 m @ par de costillas 4.1 (=0,36) 10.7 (=0,95

IV-2 P-e1 16 cm 2 IPN200 @ 100 cm 4 x 6 m @ par de costillas 4.6 (=0,35) 12.3 (=0,95

IV-1 P-f 1 20 cm 2 IPN200 @ 100 cm 4 x 6 m @ par de costillas 5.3 (=0,44) 14.4 (=1,20

V P-f 1* 20 cm 2 IPN200 (H variab.) Micropilotes (Vert. y Horiz.) 5.3 (=0,44) 22.4 (=1,72)

P-f 2 20 cm 2 IPN200 @ 100 cm 7 x 6 m @ par de costillas 6.1 (=0,27) 16.9 (=0,74





F o r e c a s t : C a r g a s o b r e e l s o p o r t e C e l

S u m m a r y :

D i s p l a y R a n g e i s f r o m 3 , 0 0 t o 6 , 5 0 K g / c m 2

E n t i r e R a n g e i s f r o m 3 , 0 9 t o 6 , 6 2 K g / c m 2

A f t e r 1 . 0 0 0 T r i a l s , t h e S t d . E r r o r o f t h e M e a n i s 0 , 0 2

S t a t i s t i c s : V a l u eT r i a l s 1 0 0 0

M e a n 4 , 7 1

M e d i a n 4 , 6 8

M o d e - - -

S t a n d a r d D e v i a t i o n 0 , 6 1

V a r i a n c e 0 , 3 7

S k 0 2 6

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

156/166

S k e w n e s s 0 , 2 6

K u r t o s i s 2 , 9 7C o e f f . o f V a r i a b i l i t y 0 , 1 3

R a n g e M i n i m u m 3 , 0 9

R a n g e M a x i m u m 6 , 6 2

R a n g e W i d t h 3 , 5 3

M e a n S t d . E r r o r 0 , 0 2

F r e q u e n c y C h a r t

K g / c m 2

, 0 0 0

, 0 0 8

, 0 1 6

, 0 2 4

, 0 3 2

0

8

1 6

2 4

3 2

3 ,0 0 3 ,8 8 4 , 7 5 5 ,6 3 6 ,5 0

1 . 0 0 0 T r i a l s 4 O u t l i e r s

F o r e c a s t : C a r g a s o b r e e l s o p o r te

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

157/166

Capacidad vs. Demanda

,112

,149

Normal DistributionMean = 4,56Std Dev = 0,16

Overlay Chart

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

158/166

,000

,037

,074

2,75 3,50 4,25 5,00 5,75

Resistenciadel soport

Demanda

Cumulative Chart

,750

1,000

745,5

994

994 Trials

Forecast: C-D

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

159/166

Certainty is 90,85% from 0,00 to 1,75

,000

,250

,500

0

248,5

497

-0,75 -0,13 0,50 1,13 1,75

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160/166

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161/166

Margen de Seguridad (MS=C-D), Probabilidad de Falla (Pf%) y Factor de Seguridad (FS)

MACIZOS ROCOSOS FRESCOSA POCO METEORIZADOS

Cobertura Hmax=50 m Hmax=100m Hmax=200m Hmax=300m Hmax=375m

MS=1,1 (Pd-1) MS=1,1 (Pf-2)

Pf= 2,2 % Pf= 0,6 % - - -Filitas GSI= 10-25FS = 1,4 FS =1,2

MS=1,1 (Pc-1) MS=1,3 (Pc-1) MS=1,9 (Pf-6)

Pf= 0,0 % Pf= 0,9 % Pf= 2,3% - -Esquistos GSI = 25-40FS = 1,6 FS = 1,3 FS = 1,2

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

162/166

, , ,

MS=0,5 (P-a/b) MS=1,1 (Pc-1) MS=1,3 (Pf-1) MS=1,2 (Pf-4) MS=2,9 (Pf-6)

Pf= 0,0% Pf= 0,0% pf= 0,9 % Pf= 6,0% Pf= 0,0%Marmoles GSI = 40-60FS = 1,5 FS = 1,3 FS = 1,3 FS = 1,2 FS = 1,4

MS=0,5 (P-a/b) MS=0,5 (P-a/b) MS=1,1 (Pc-1) MS=1,1 (Pd-1) MS=1,3 (Pf-1)

Pf= 0,0% Pf= 0,0% pf= 0,0 % Pf= 2,2% Pf= 0,9%Cuarcitas-Anfibolitas GSI = 40-60

FS = 1,5 FS = 1,5 FS = 1,6 FS = 1,4 Fs = 1,3MS=0,5 (P-a/b) MS=0,5 (P-a/b) MS=0,5 (P-a/b) MS=1,3 (Pc-2) MS=1,1 (Pc-1)

Pf= 0,0% Pf= 0,0% Pf= 0,0% Pf= 0,0% Pf= 0,0%Gneises-Granitos GSI = 50-70FS = 1,5 FS = 1,5 FS = 1,5 FS = 2,3 FS = 1,6

Cobertura Hmax=10m Hmax=20m Hmax=30m Hmax=40m Hmax=55m

MS=1,2 (Pc-1) MS=1,5 Pf-1) MS=1,8 (Pf-5) MS=1,2 (Pf-6)

Pf= 0,1% Pf= 2,4% Pf= 2,1% Pf= 12,5% -GSI 25FS = 1,6 FS = 1,4 FS =1,3 FS = 1,1

MS=1,3 (Pd-1) MS=1,3 (Pd-1) MS=1,3 (Pd-1)

Pf= 0,0% Pf= 0,0% Pf= 0,0% - -

MACIZOS ROCOSOS

SUPERFICIALES

MUY METEORIZADOS

Y METEORIZADOS

GSI >> 25

FS = 1,5 FS = 1,5 FS = 1,5

Datos Necesarios para Soporte yRevestimiento:

Diseo Geotcnico Estructural de un Tnel

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163/166

Geometra: Dimensiones y Forma

Materiales constituyentes

Vnculos de apoyo

Cargas actuantes

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

164/166

CARGAS DE DISENO PARA EL REVESTIMIENTO DEFINITIVO

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

165/166

Rp

C a r a c t e r i z a c i n : G S I c i - m i

L e v a n t a m i e n t og e o m e c n i c o d e l f r e n t e d e e x c a v a c i n

V e r i f ic a c i ny a j u s t e

R e - c a r a c t e r i z a c i ng e o m e c n ic a e n

l a e t a p a d ec o n s t r u c c i n

C o n d i c io n e s d e e s t a b i l i d a d e n l e f r e n t e

V e l o c i d a d d e c o n v e r g e n c i a h a s t a la

L o n g i t u d l i b r e

R E T R O A L I M E N T A C I N D E L D I S E O D U R A N T E L A C O N S T R U C C I N

D E T E R M I N A C I N D E L A C L A S E D E C O M P O R T A M I E N T O

S E L E C C I N D E L T I P O D E S O P O R T E

D E F I N I C I N D E L E V E N T U A L T R A T A M I E N T O D E L L A R O C A

D e t e rm i n a c i n d e l o sp a r m e t r o s

g e o m e c n ic o s y d e le s t a d o t e n s i o n a l

E n s a y o s g e o m e c n ic o s e ns i t u y e n l a b o r a to r io y

E s t a d o t e n s i o n a l d e r e f e r e n c i a : H

7/29/2019 Tuneles UCV 2006

166/166

d e l d i s e oV e l o c i d a d d e c o n v e r g e n c i a h a s t a lad i s t a n c i a d e u n r a d i o d e e x c a v a c i nT i e m p o d e a u t o - s o p o r te

M o n i t o r e o y e n s a y o sc o m p l e m e n t a r io s

E l a b o r a c i n d e l o s d a t o s d e m o n i to r e o y e n s a y o s

M o d i f i c a c i o n e st c n i c a s , Y / O

R e d i s e o

V a l o r e s d e l m o n i to r e oe n t r e l o s l m i t e s d e l

m o d e l o d e p r e v i s i n

C o i n c id e n c i a c o n l ac l a s e d e d i s e o

M o n i t o r e o d e c h e q u e o

C o n f ir m a c i n d e lm o d e l o d e p r e v i s i n

N o c o n f i r m a c i n d e lm o d e l o d e p r e v i s i n

A p l ic a c i n d e l a s e c c i nt ip o p r e v i s t a

N o c o i n c id e n c i a c o nl a c l a s e d e d i s e o

I n t e r a c c i n c o n l o sp r o y e c t i s t a s

A p l ic a c i n d e l a sc o n t r a - m e d i d a s

p r e d e f i n i d a s( e j . c o n s o l i d a c i n

s u p l e m e n t a r )

I n t e r a c c i n c o n l o sp r o y e c t i s t a s

V a l o r e s d e l m o n i t o r e of u e r a l o s l im i t e s d e l

m o d e l o d e p r e v i s i n

Documents

Tuneles UCV 2006