CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS, SEGÚN BIENIAWSKY VALUACIÓN CLASE DESCRIPCIÓN 100 a 81 I MUY BUENA ROCA 80 a 61 II BUENA ROCA 60 a 41 III ROCA REGULAR 40 a 21 IV ROCA MALA < de 20 V ROCA MUY MALA
EN EL CRITERIO ESTABLECIDO POR BARTON, LIEN Y LUNDE, SE TOMAN EN CUENTA FACTORES TALES COMO EL ÍNDICE DE CALIDAD DE LA ROCA, DE DEERE. EL NÚMERO DE SISTEMAS DE FISURAS. LA RUGOSIDAD DE LAS FISURAS. LA ALTERACIÓN DE LAS FISURAS. LA PRESENCIA DE AGUA EN LA FORMACIÓN ROCOSA. Y UN FACTOR “SRF” DE REDUCCIÓN DE ESFUERZOS.
ÍNDICE DE CALIDAD DE TÚNELES, SEGÚN BARTON, LIEN Y LUNDE VALUACIÓN DESCRIPCIÓN DE LA ROCA 0.001 a 0.01 EXCEPCIONALMENTE MALA 0.01 a 0.1 EXTREMADAMENTE MALA 0.1 a 1 MUY MALA 1a4 MALA 4 a 10 REGULAR 10 a 40 BUENA 40 a 100 MUY BUENA 100 a 400 EXTRAORDINARIAMENTE BUENA 400 a 1000 EXCEPCIONALMENTE BUENA
POR LO GENERAL, ASOCIADOS A ESTAS CALIFICACIONES E ÍNDICES DE LOS MACIZOS ROCOSOS, SE CUENTA CON RECOMENDACIONES “EMPÍRICAS” PARA LA INSTALACIÓN DE UN SOPORTE INICIAL, QUE PERMITA ESTABILIZAR LAS PAREDES DEL TÚNEL EN CUESTIÓN.
RECIENTEMENTE, GRACIAS O LOS PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO COMPUTACIONAL BASADOS EN EL MÉTODO DEL ELEMENTO FINITO, ES POSIBLE IDENTIFICAR EL COMPORTAMIENTO DE UN TÚNEL O UNA OBRA SUBTERRÁNEA.
PARA ELLO ES NECESARIO CONTAR CON EL MODELO GEOLÓGICO/GEOTÉCNICO DEL SITIO, CON LAS PROPIEDADES MECÁNICAS, DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN, DE LOS MATERIALES CONTENIDOS EN EL SUBSUELO Y LA GEOMETRÍA DEL TÚNEL O DE LA OBRA SUBTERRÁNEA.
COMO RESPUESTA DEL ANÁLISIS SE OBTIENEN ESFUERZOS ACTUANTES Y ZONAS DE POSIBLE PLASTIFICACIÓN EN EL TÚNEL O EN LA OBRA SUBTERRÁNEA ANALIZADA, LO CUAL PERMITE AFINAR SU DISEÑO.
3.4 TIEMPO “LIBRE DE SOPORTE”
ES UN CONCEPTO IMPORTANTE PARA LA SELECCIÓN DEL PROCESO CONSTRUCTIVO DE UN TÚNEL, QUE LLEVA IMPLÍCITO EL FACTOR TIEMPO. USUALMENTE SE IDENTIFICA A TRAVÉS DE LA CLASIFICACIÓN DEBIDA A LAUFFER
EL TIEMPO “LIBRE DE SOPORTE”, DURANTE EL CUAL PERMANECE ESTABLE LA FRENTE RECIÉN EXCAVADA DE UN TÚNEL, DEPENDE DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MATERIAL, Y DE LA FORMA Y DIMENSIONES DE SU SECCIÓN TRANSVERSAL.
ESTE LAPSO, USUALMENTE SE APROVECHA PARA INSTALAR EL SOPORTE INICIAL, QUE REQUIERE EL TÚNEL, PARA ASEGURAR LA ESTABILIDAD DE SUS PAREDES.
3.5 EFECTO DE Bﾃ天EDA
ADEMÁS DEL TIEMPO “LIBRE DE SOPORTE”, DE MANERA MOMENTÁNEA SE PRESENTA EN EL FRENTE DEL TÚNEL UN “EFECTO DE BÓVEDA” (Tridimensional), DONDE EL MATERIAL SIN EXCAVAR, “TAPÓN”, PUEDE CONSTITUIR UN MUY FAVORABLE REFUERZO ESTABILIZADOR.
ALGUNOS EXPERTOS EN EL DISEÑO DE TÚNELES, REVISAN CON ESPECIAL CUIDADO LA CAPACIDAD ESTRUCTURAL DE ESTE “ TAPÓN”, Y EN ALGUNOS CASOS, LO REFUERZAN PREVIAMENTE AL AVANCE DE LA EXCAVACIÓN, PARA GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DE ÉSTA.
3.6 EFECTO ANULAR
OBVIAMENTE, AL AVANZAR LA EXCAVACIÓN DEL TÚNEL, DESAPARECE EL “TAPÓN” EN CUESTIÓN Y SU FAVORABLE EFECTO TRIDIMENSIONAL, TRANSFORMÁNDOSE ENTONCES EN UNA MENOS FAVORABLE CONDICIÓN BIDIMENSIONAL.
3.7 CLASIFICACIÓN EMPÍRICA DEL “TUNELERO” (Según K. Terzaghi)
SEGÚN ESTA CLASIFICACIÓN, SE LE ASIGNA AL MATERIAL DONDE SE EXCAVA EL TÚNEL, UNA CIERTA CATEGORÍA DEL 1 AL 10, EN FUNCIÓN DEL MEJOR AL PEOR COMPORTAMIENTO OBSERVADO DURANTE EL TUNELEO.
1. DURO EL FRENTE DEL TÚNEL PUEDE AVANZAR LIBREMENTE, SIN REQUERIR SOPORTE INICIAL.
2. FIRME SIMILAR A LA ANTERIOR CATEGORÍA, SOLO QUE EVENTUALMENTE SERÁ NECESARIO COLOCARLE UN REVESTIMIENTO DEFINITIVO PARA SU OPERACIÓN.
3. DE GRANEO LENTO SE DESPRENDEN TERRONES Y PARTÍCULAS, TIEMPO DESPUÉS QUE EL TERRENO HA QUEDADO EXPUESTO A LA INTEMPERIE.
4. DE GRANEO RÁPIDO SIMILAR A LA ANTERIOR CALIFICACIÓN, PERO EL DESPRENDIMIENTO OCURRE EN POCOS MINUTOS.
5. DE EXTRUSIÓN LENTA EL TERRENO DEL FRENTE AVANZA LENTAMENTE HACIA EL INTERIOR DEL TÚNEL, SIN FRACTURARSE Y SIN INCREMENTO NOTORIO DE VOLUMEN. SE PUEDEN INDUCIR LEVES ASENTAMIENTOS EN LA SUPERFICIE DEL TERRENO.
6. EXPANSIVO EL TERRENO DEL FRENTE AVANZA LENTAMENTE HACIA EL INTERIOR DEL TÚNEL, PERO CON UN NOTORIO INCREMENTO DE VOLUMEN, ASOCIADO A LA PRESENCIA DE AGUA.
7. DE CORRIDA COHESIVA AL RETIRARSE EL SOPORTE LATERAL, Y DESPUÉS DE UN BREVE PERÍODO DE GRANEO, EL MATERIAL SE DERRAMA (CORRE) COMO SI FUERA AZÚCAR GRANULADA.
8. DE CORRIDA FRANCA IGUAL QUE LA ANTERIOR CATEGORÍA, SOLO QUE EL DERRAME (CORRIDA) SE PRESENTA SIN EL PERÍODO PREVIO DE GRANEO
9. DE EXTRUSIÓN RÁPIDA EL TERRENO DEL FRENTE AVANZA RÁPIDAMENTE HACIA EL INTERIOR DEL TÚNEL, EN FORMA DE FLUJO PLÁSTICO. SE PUEDEN INDUCIR GRANDES ASENTAMIENTOS EN LA SUPERFICIE DEL TERRENO.
10. FLUYENTE EL TERRENO DEL FRENTE SE MUEVE COMO UN LÍQUIDO VISCOSO, QUE PUEDE INVADIR LA SECCIÓN COMPLETA DEL TÚNEL Y LLEGAR HASTA SU PORTAL DE ENTRADA, ARRASTRANDO “TODO” A SU PASO.
3.8 PROCESO DE TUNELEO
EN LO QUE SIGUE SE DESCRIBE DE MANERA SIMPLISTA, LO QUE SUCEDE EN EL ENTORNO VECINO A UN TÚNEL, CUANDO ÉSTE ES EXCAVADO.
1. CUANDO SE EXCAVA UN TÚNEL EN EL SUBSUELO, SE GENERA UN NOTORIO CAMBIO EN EL ESTADO INICIAL DE ESFUERZOS DEL ENTORNO, GENERÁNDOSE UNA PRESIÓN SECUNDARIA, LA CUAL INCLUYE PRINCIPALMENTE ESFUERZOS DE COMPRESIÓN.
2. LA RESPONSABILIDAD DE CARGA QUE TENÍA EL MATERIAL REMOVIDO, SE HA TRANSFERIDO AL TERRENO VECINO, EL CUAL TENDRÁ QUE SOPORTAR LA NUEVA PRESIÓN SECUNDARIA, SIN LA VENTAJA ESTRUCTURAL DE CONFINAMIENTO, QUE LE PROPORCIONABA EL MATERIAL REMOVIDO POR LA EXCAVACIÓN.
3. LA FALTA DE CONFINAMIENTO EN EL MATERIAL VECINO AL TÚNEL, LE PROPORCIONA UNA LIBERTAD DE MOVIMIENTO QUE ANTES NO TENÍA, Y CON ELLO, LA POSIBILIDAD DE QUE PUEDAN FORMARSE DESFAVORABLES MECANISMOS DE FALLA.
4. HABLANDO COLOQUIALMENTE, PUEDE DECIRSE QUE AL EXCAVAR UN TÚNEL, LOS MATERIALES VECINOS, QUE DURANTE LARGO TIEMPO PERMANECIERON “PRESOS”, SE SIENTEN DE PRONTO “LIBERADOS” Y TENDERÁN A “ESCAPARSE” POR LA “PUERTA” RECIÉN ABIERTA.
5. SI LOS MATERIALES VECINOS AL TÚNEL SON COMPETENTES, SE APRETUJARÁN ENTRE SÍ AL BUSCAR “SU SALIDA”, Y FORMARÁN COMO “ACTO REFLEJO” UN “ANILLO DE CARGA”, QUE NO LOS DEJARÁ SALIR Y ASÍ EL TÚNEL PERMANECERÁ ESTABLE.
6. POR EL CONTRARIO, SI LOS MATERIALES VECINOS AL TÚNEL SON INCOMPETENTES, AL APRETUJARSE TENDERÁN A DESMORONARSE O A PLASTIFICARSE Y EVENTUALMENTE TERMINARÁN ESCAPÁNDOSE, CERRANDO A SU PASO EL HUECO ABIERTO Y EN CONSECUENCIA EL TÚNEL SERÁ INESTABLE.
3.9 ACCIÓN REFORZADORA DEL SOPORTE INICIAL
A. SI LA RESISTENCIA DEL MATERIAL EXCAVADO ES MAYOR QUE EL ESFUERZO DE COMPRESIÓN INDUCIDO EN LAS PAREDES DEL TÚNEL, POR EL NUEVO ESTADO DE ESFUERZOS, LAS PAREDES DEL TÚNEL SERÁN ESTABLES Y NO REQUERIRÁN AYUDA ADICIONAL PARA PERMANECER ASÍ.
B. POR EL CONTRARIO, SI LA RESISTENCIA DEL MATERIAL ES NOTORIAMENTE MENOR AL ESFUERZO DE COMPRESIÓN QUE SE GENERA POR EL NUEVO ESTADO DE ESFUERZOS, EL TÚNEL NO PODRÁ PERMANECER ABIERTO SIN LA COLOCACIÓN INMEDIATA DE UN SISTEMA DE SOPORTE INICIAL (escudo).
C. FINALMENTE, SI LA RESISTENCIA DEL MATERIAL ES SIMILAR AL ESFUERZO DE COMPRESIÓN GENERADO POR EL NUEVO ESTADO DE ESFUERZOS, SE PROVOCA UNA INCIPIENTE INESTABILIDAD, QUE PUEDE SER CONTRARRESTADA APLICANDO UN RAZONABLE SOPORTE INICIAL.
D. CON EL PASO DEL TIEMPO LOS ESFUERZOS DE COMPRESIÓN ASOCIADOS A LA PRESIÓN SECUNDARIA QUE SE GENERÓ ALREDEDOR DEL TÚNEL, TENDERÁN A REDUCIRSE, AL PERMITIRSE LA OCURRENCIA DE DESPLAZAMIENTOS DE “CONVERGENCIA”, EN SUS PAREDES.
"A" PREMATURO "B" A TIEMPO
ESFUERZO
"C" TARDIO COMPORTAMIENTO MATERIAL EXCAVADO
COMPORTAMIENTO DEL SOPORTE INICIAL
"A"
"B"
"C"
DEFORMACION
CURVA “CARACTERÍSTICA” DE UN TÚNEL EN PROCESO DE EXCAVACIÓN
E. SIN EMBARGO, SI LOS VALORES DE LAS CONVERGENCIAS SUPERAN CIERTOS LÍMITES (particulares en cada material), EL TERRENO VECINO SE PUEDE AFLOJAR MÁS ALLÁ DE LO ESPERADO Y EN CONSECUENCIA, LOS ESFUERZOS DE COMPRESIÓN, ALREDEDOR DEL TÚNEL, AUMENTARÁN.
F. SEGÚN K. SZECHY (1970), “EL ARTE DEL TUNELEO” CONSISTE EN IDENTIFICAR HASTA DONDE DEBEN LLEGAR LAS CONVERGENCIAS, PARA UNA FAVORABLE REDUCCIÓN DE LOS ESFUERZOS, ANTES DE QUE SOBREPASEN EL PUNTO DONDE AQUÉLLAS VUELVEN A INCREMENTARSE NOTORIAMENTE.
UTILIZANDO COMO SÍMIL AL CUERPO HUMANO, PUEDE DECIRSE QUE EL “SOPORTE INICIAL” EN LOS TÚNELES JUEGA UN PAPEL SIMILAR AL DEL ESQUELETO ÓSEO, MIENTRAS QUE EL “REVESTIMIENTO FINAL” CUBRE UN PAPEL DE PROTECCIÓN COMO EL QUE TIENE LA PIEL.
4. ETAPAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL
4.1 EMPORTALAR 4.2 EXCAVAR 4.3 REZAGAR 4.4 ESTABILIZAR EL FRENTE 4.5 SOPORTAR LAS PAREDES 4.6 REVESTIR
4.1 EMPORTALAR
REFORZAR PREVIAMENTE EL CORTE DONDE SE EXCAVARÁ EL TÚNEL, PARA QUE SEA CAPAZ DE SOPORTAR LA CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS DERIVADOS DEL TUNELEO, ADEMÁS DE LOS ASOCIABLES A SU ESTABILIZACIÓN COMO TALUD.
“TÚNELES CARRETEROS”
JUAN J. SCHMITTER M. DEL CAMPO
ASPECTOS GENERALES DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES
11 – 12 de octubre