Este documento resume los principales sistemas de sostenimiento para túneles, incluyendo pernos de roca, cables, mallas, jackpot, cintas metálicas y shotcrete. También describe las clasificaciones geomécanicas más utilizadas para diseñar el sostenimiento, como el RQD, RMR y el sistema Q. Estas clasificaciones integran parámetros como la calidad de la roca, discontinuidades, resistencia y permeabilidad para determinar el tipo de sostenimiento requerido.
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Este documento resume los principales sistemas de sostenimiento para túneles, incluyendo pernos de roca, cables, mallas, jackpot, cintas metálicas y shotcrete. También describe las clasificaciones geomécanicas más utilizadas para diseñar el sostenimiento, como el RQD, RMR y el sistema Q. Estas clasificaciones integran parámetros como la calidad de la roca, discontinuidades, resistencia y permeabilidad para determinar el tipo de sostenimiento requerido.
Este documento resume los principales sistemas de sostenimiento para túneles, incluyendo pernos de roca, cables, mallas, jackpot, cintas metálicas y shotcrete. También describe las clasificaciones geomécanicas más utilizadas para diseñar el sostenimiento, como el RQD, RMR y el sistema Q. Estas clasificaciones integran parámetros como la calidad de la roca, discontinuidades, resistencia y permeabilidad para determinar el tipo de sostenimiento requerido.
Este documento resume los principales sistemas de sostenimiento para túneles, incluyendo pernos de roca, cables, mallas, jackpot, cintas metálicas y shotcrete. También describe las clasificaciones geomécanicas más utilizadas para diseñar el sostenimiento, como el RQD, RMR y el sistema Q. Estas clasificaciones integran parámetros como la calidad de la roca, discontinuidades, resistencia y permeabilidad para determinar el tipo de sostenimiento requerido.
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DISEÑO DE SOSTENIMIENTO
POR: JHORDY EFRAIN BEJAR MAMANI
SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO Usualmente se denomina soporte de rocas a los procedimientos y materiales utilizados para mejorar la estabilidad y mantener la capacidad de resistir las cargas que producen las rocas cerca al perímetro de la excavación subterránea. Se puede clasificar a los diversos sistemas en dos grandes grupos: • LOS DE APOYO ACTIVO; que viene a ser el refuerzo de la roca donde los elementos de sostenimiento son una parte integral de la masa rocosa. • LOS DE APOYO PASIVO; donde los elementos de sostenimiento son externos a la roca y dependen del movimiento interno de la roca que esta en contacto con el perímetro excavado. SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO PERNO DE ROCA PERNO DE ROCA PERNO DE ROCA PERNO DE ROCA PERNO DE ROCA (SPLIT SET) • Consiste en un tubo de acero de alta resistencia, ranurado longitudinalmente con un extremo cónico para facilitar la inserción en el taladro. • El otro extremo tiene un anillo soldado para sostener la planchuela de acero. PERNO DE ROCA (SPLIT SET ANCLAJE)
• Otra forma de sostenimiento
convencional, quedan a menudo sueltos ó cizallados, debido a voladuras o movimientos de acomodo de la roca. • Con el Split Set no sucede así, porque se desplazan junto con la roca y quedan firmemente anclados. PERNO DE ROCA (SPLIT SET INSTALACION)
• Se instala con toda
facilidad: Después de perforar el taladro, se coloca el adaptador, se alinea el tubo; antes se coloca la placa, se apoya el adaptador al tubo y se va introduciendo, tratando de hacerlo de un solo empuje. PERNO DE ROCA (SPLIT SET CONSIDERACIONES) • Usar brocas adecuadas para la colocación de los pernos Split Set. • Taladro perforado, perno Split Set colocado, esta terminantemente prohibido la acumulación de taladros para sostenimiento. • Respetar el espaciamiento recomendado entre pernos. • Los ángulos de un Split Set con la superficie de la roca, deben tener en lo posible 90 grados, con un máximo de inclinación de 10 grados, para que no pierda un porcentaje de su esfuerzo a la tensión. • Los Split Set son fabricados con aceros que deben de tener alta resistencia y baja aleación, con un contenido intermedio de carbono. • La resistencia promedio, que debe tener el Split Set está entre 0.8 a 1.2 ton/pie. PERNO DE ROCA CABLES MALLAS JACKPOT El Jackpot es un elemento de sostenimiento expansivo aplicable en uno de los extremos de los puntales de madera, de tal modo de que luego de su instalación optimiza el trabajo del puntal dándole mayor durabilidad y potencia como sostenimiento, por ende el sostenimiento aplicado es más seguro El puntal trabaja de manera ACTIVA e inmediata sobre la roca después del inflado. CINTAS METALICAS SHOTCRETE SHOTCRETE SHOTCRETE SHOTCRETE SHOTCRETE SHOTCRETE METODOLOGIAS PARA DISEÑAR SOSTENIMIENTO (CLASIFICACIONES GEOMECANICAS) LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS SURGIERON A LA NECESIDAD DE PARAMETRAR LAS OBSERVACIONES Y DATOS EMPIRICOS DE FORMA INTEGRADA, PARA EVALUAR LAS MEDIDAS DE SOSTENIMIENTO DE TUNELES. ESTAS CLASIFICACIONES A MANERA DE ESQUEMAS HAN SIDO DESARROLLADOS DESDE HACE MÁS DE 100 AÑOS, DESDE QUE RITTER (1879) INTENTO FORMALIZAR UN ENFOQUE EMPIRICO PARA EL DISEÑO DE TUNELES, EN PARTICULAR PARA DETERMINAR LOS REQUERIMIENTOS DEL SOSTENIMIENTO. HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES
• LAS CLASFICACIONES LLEVAN MAS DE 100 AÑOS EN
USO, PERO ES A PARTIR DE LA DECADA DE LOS AÑOS 70 CUANDO SE EXTIENDEN MAS INTERNACIONALMENTE. • SE INICIA CON LA CLASIFICACIÓN DE BIENIASWSKI (1973) Y BARTON, LIEN Y LUNDE (1974) QUIENES CONTRIBUYERON DEFINITIVAMENTE A SU RAPIDA ACEPTACION Y EXPANSION HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES CLASIFICACION DE ROCAS DE TERZAGHI (1946). ∗ CLASIFICACION DE WICKHAM et al., 1972 R.S.R. ∗ CLASIFICACION DE STINI Y LAUFFER (1958). ∗ CLASIFICACION CSIR DE MACIZOS ROCOSOS FISURADOS (1973) COAUTOR BIENIAKSKI. ∗ CATERPILLAR TRACTOR Co.(1966) ∗ INDICE DE CALIDAD TUNELERA BARTON (1975). ∗ OBERT & DUVAL (1967) PARA MINERIA. ∗ CLASIFICACION DE PROTODIAKONOV (1976). ∗ EGE (1968) TUNELES R.RISTALINAS. ∗ CLASIFICACION DE BIENIAWSKI (1979). ∗ CLASIFICACION SRC (1983) DE GONZALES DE VALLEJO. ∗ KRUSE et al (1969) REVESTIMIENTO TUNELES. ∗ ROMANA (1985). ∗ GOODMAN & DUNCAN (1971) TALUDES. ∗ CLASIFICACION DE BIENIAWSKI (1989). ∗ LAUBASHER (1974) PARA MINERIA. ∗ PALMSTROM ( 1995) INDICE Rmi. ∗ CLASIFICACION DE RABCEWICZ (NATM)NORMA ALEMANA. CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFER STINI, EN SU MANUAL DE GEOLOGIA DE TUNELES PROPUSO UNA CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS (1958) Y COMENTO MUCHAS DE LAS CONDICIONES ADVERSAS QUE PUEDEN ENCONTRASE EN A CONSTRUCCION DE TUNELES. INSISTIO SOBRE LA IMPORTANCIA DE LOS DEFECTOS ESTRUCTURALES DE LA ROCA Y DESACONSEJO QUE SE EXCAVARA PARALEO AL RUMBO DE DISCONTINUIDADES MUY INCLINADAS. MIENTRAS QUE TERZAGHI Y STINI ESTUDIABAN LA INESTABILIDAD EN RELACION CON EL TIEMPO EN LOS TUNELES, FUE LAUFFER QUIEN LLAMO LA ATENCION SOBRE LA IMPORTANCIA DEL TIEMPO QUE PERMANECIAN ESTABLES LAS EXCAVACIONES EN DIFERENTES TIPOS DE ROCA, INCLUSO EN MINAS ABANDONADAS. EL TIEMPO DE SOSTEN ES EL LAPSO DURANTE EL CUAL UNA EXCAVACION SERA CAPAZ DE MANTENERSE ABIERTA SIN ADEME, MIENTRAS QUE EL CLARO ACTIVO ES EL CLARO SIN ADEME MAS GRANDE EN EL TUNEL ENTRE EL FRENTE Y LOS REFUERZOS. CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFER RQD • DESARROLLADO POR DEERE EN 1967. SE DESARROLLO PARA PROVEER UN ESTIMADO CUANTITATIVO DE LA CALIDAD DE LA MASA ROCOSA, A PARTIR DE LOS TESTIGOS DE PERFORACION DIAMANTINA. EL RQD ES DEFINIDO COMO PORCENTAJES DE PIEZAS DE TESTIGOS INTACTOS MAYORES DE 100 mm (4 PULGADAS) EN LA LONGITUD DEL TESTIGO. EL TESTIGO DEBERA TENER POR LO MENOS UN TAMAÑO NX (54.7 mm O 2.15 PULGADAS DE DIAMETRO) Y DEBERA SER PERFORADO CON UN CILINDRO DE DOBLE TUBO DE PERFORACION. PALMSTRON (1982) SUGIRIO QUE, CUANDO NO SE TIENE TESTIGOS DE PERFORACION PERO LAS TRAZAS DE LAS DISCONTINUIDADES SON VISIBLES EN AFLORAMIENTOS SUPERFICIALES O EN SOCAVONES EXPLORATORIOS, EL RQD PUEDE SER ESTIMADO A PARTIR DEL NUMERO DE DISCONTINUIDADES POR UNIDAD DE VOLUMEN. LA REALACION SUGERIDA PARA MASAS ROCOSAS LIBRES DE ARCILLA ES: • RQD = 115 – 3.3 Jv DONDE Jv ES LA SUMA DEL NUMERO DE DISCONTINUIDADES POR UNIDAD DE LONGITUD DE TODAS LAS FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES, CONOCIDO COMO EL CONTEO VOLUMETRICO DE DISCONTINUIDADES. INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.) • PARA REALIZAR EL CALCULO DEL RQD CUANDO NO SE TIENE TESTIGOS DE PERFORACION SE PUEDE REALIZAR DE UTILIZANDO FORMULAS EMPIRICAS COMO: • RQD = 100 x e (0.1λ + 1) DONDE: λ = Numero de discontinuidades por metro lineal • Ejemplo: Numero de discontinuidades = 228 Longitud de la línea = 24 Entonces λ = 228/24 = 9.50 disc/m. RQD = 100 x e (0.1x 9.50 + 1) RQD = 75.42 = 75% INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.) INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.) INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.) EJEMPLO: DETERMINAR DE MANERA EMPIRICA EL TIPO DE SOSTENIMIENTO QUE REQUERIDO EN UNA EXCAVACION SUBTERRANEA QUE POSEEE UN RQD 50% Y EL ANCHO DE LA EXCAVACION ES DE 8ft. CLASIFICACION CSIR SOUTH AFRICAN COUNCIL FOR SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL RESEARCH (CONSEJO DE SUDAFRICA DEL SUR PARA LA INVESTIGACION CIENTIFICA E INDUSTRIA) RMR CLASIFICACION GEOMECANICA
• NO EXISTE CLASIFICACION SENCILLA ALGUNA
QUE PUEDA DAR UNA IDEA DEL COMPORTAMIENTO COMPLEJO DE LA ROCA QUE RODEA UNA EXCAVACION Y ESTO ES LO QUE SE HABRA COMPRENDIDO DURANTE EL DESARROLLO DE LA PROBLEMÁTICA ANTERIORMENTE EXPUESTA CLASIFICACION GEOMECANICA • ES NECESARIO UNA COMBINACION DE LOS FACTORES COMO EL RQD Y LA INFLUENCIA DE RELLENOS ARCILLOSOS Y DELA METEORIZACION. ES AQUÍ CUANDO APARECE BIENIAWSKI (1974), QUE TRABAJANDO PARA EL CSIR PROPUSO UNA CLASIFICACION DE ESTE TIPO. PROPONE: 1. “DIVIDIR EL MACIZO EN GRUPOS DE COMPORTAMIENTO PARECIDO 2. PROPORCIONAR UNA BUENA BASE PARA LA COMPRENSION DE LAS CARACTERISTICAS DEL MACIZO. 3. FACILITAR LA PLANEACION Y EL DISEÑO DE ESTRUCTURAS EN LA ROCA AL PROPORCIOAR DATOS CUANTITATIVOS QUE NECESITAN PARA LA SOLUCION DE PROBLEMAS DE INGENIERIA. 4. PROPORCIONAR UNA BASE COMUN DE COMUNICACIÓN EFECTIVA PARA TODAS LAS PERSONAS INTERESADAS EN UNPROBLEMA DE GEOMECANICA CLASIFICACION GEOMECANICA ESTE PROPOSITO SE LOGRARIA SI LA CLASIFICACION: 1. “ES SENCILLA Y SIGNIFICATIVA EN SUS TERMINOS; Y 2. SE APOYE EN PARAMETROS QUE SE DEJEN MEDIR Y PUEDAN ESTABLECERSE EN EL CAMPO DE MANERA RAPIDA Y ECONOMICA”. PARA CUMPLIR ESTOS REQUISITOS, BIENIASWSKI PROPUSO ORIGINALMENTE QUE SU “CLASIFICACION GEOMECANICA” COMPRENDIERA LOS SIGUIENTES PARAMETROS: 1. RQD (INDICE DE CALIDAD DE LA ROCA) 2. GRADO DE METEORIZACION. 3. RESISTENCIA A LA COMPRESION UNIAXIAL DE LA ROCA INALTERADA. 4. DISTANCIA ENTRE SI DE FISURAS Y ESTRATIFICACION. 5. ORIENTACION DEL RUMBO Y EL ECHADO. 6. SEPARACION DE LAS FISURAS. 7. CONTINUIDAD DE LAS FISURAS 8. INFILTRACION DE AGUAS SUBTERRANEAS. PAUTAS PARA LA EXCAVACION Y SOSTENIMIENTO DE UN TUNEL DE 10 m DE ANCHO DE ACUERDO AL SISTEMA RMR SISTEMA RMR EJEMPLO SISTEMA RMR EJEMPLO INSTITUTO GEOTECNICO DE NORUEGA INDICE DE CALIDAD TUNELERA DE LA ROCA Q SISTEMA Q RQD/Jn = Representa la Estructura de la masa rocosa, la cual es medida del tamaño del bloque o de la partícula, con dos valores extremos (100/0.5 y 10/20). TAMAÑO DE BLOQUES Jr/Ja= Representa la rugosidad y características friccionantes de las paredes de la junta o los materiales de relleno (4/0.75 y 0.5/20). RESISTENCIA AL CORTE ENTRE LOS BLOQUES Jw/SRF = Consiste en dos parámetros de esfuerzos. SRF es una medida de: 1) La carga de aflojamiento en el caso de una excavación a través de zonas de corte y rocas portadoras de arcilla. 2) Esfuerzos rocosos en rocas competentes. 3) Cargas de alta deformación en rocas plásticas incompetentes. Esto puede ser considerado como un parámetro de esfuerzo total. 4) El parámetro Jw es una medida de presión de agua, la cual tiene un efecto adverso sobre la resistencia al corte de las juntas, debido a la reducción del esfuerzo normal efectivo. ESFUERZO EFECTIVO (1/0.5 y 0.05/20) DIMENSION EQUIVALENTE • RELACIONANDO EL INDICE Q A LA ESTABILIDAD Y A LOS REQUERIMIENTOS DE SOSTENIMIENTO DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS, BARTON Et.al (1974) DEFINIÓ UN PARÁMETRO ADICINAL AL QUE DENOMINARON DIMENSION EQUIVALENTE De DE LA EXCAVACIÓN. ESTA DIMENSION ES OBTENIDA DIVIDIENDO EL ANCHO, DIAMETRO O ALTRURA DE LA PARED DE LA EXCAVACION POR UNA CANTIDAD LLAMADA RELACION DE SOSTENIMIENTO DE LA EXCAVACION, ESR CLASIFICACION Q EJEMPLO SOSTENIMIENTO CLASIFICACION Q EJEMPLO SOSTENIMIENTO EJEMPLO: DETERMINAR EL SOSTENIMIENTO REQUERIDO PARA UNA EXCAVACION DONDE EL INDICE Q POSEE UN VALOR DE 4, EL ANCHO DE LA EXCAVACION ES DE 3.5 m, CONSIDERE EL ANALISIS PARA UNA GALERIA PRINCIPAL. CORRELACIONES RMR Y Q TALLER SOFTWARE PHASE 2 V 7 GRACIAS