presentación ejercicio alumnos natm 19 febrero 2016

ENUNCIADO EJERCICIO PARA ALUMNOS DE PRÁCTICA APLICACIÓN DEL NATM

LUIS M SOPEÑA MAÑASDr. Ingeniero de Caminos

Profesor Titular Ingeniería del TerrenoUniversidad Politécnica de Madrid

MASTER TÚNELES Y OBRAS SUBTERRÁNEAS

1

Esquema del ejercicio

Síntesis del marco geológico, tectónico e hidrogeológico del macizoatravesado por el túnel

Definición del perfil geológico-geotécnico longitudinal

Descripción de la unidades litológicas presentes

Unidades geotécnicas y sus datos básicos (RQD, etc.)

Comentarios auxiliares relativos a las condiciones del terreno en relación aldiseño del túnel

Trabajos a desarrollar en el ejercicio práctico

Autor: Luis M. Sopeña Mañas 2

4Autor: Luis M. Sopeña Mañas

TRAMORESISTENCIA

(MPa)FRACTURACIÓN

(RQD)

1 30-40 60-70 %

2 < 10 0-10 %

3 70 75-85 %

4 35 en lutitas, en areniscas hasta 95 40 % en lutitas, en areniscas hasta 75 %

5 70-90 80-85 %

PARÁMETROS GEOMECÁNICOS BÁSICOS DE LOS MATERIALES


ENTORNO GEOLÓGICO GENERAL DEL MACIZO ATRAVESADO (1)

Geomorfología

La morfología de la zona de estudio es el resultado de la historia

geológica de la región, y se debe a las deformaciones tectónicas de la

Orogenia Alpina creadora del relieve, y a su correspondiente

levantamiento y erosión que ha dejado a las litologías más resistentes con

su estructura constituyendo las mayores elevaciones, y a las más

meteorizables en las zonas más bajas. Son los aspectos estructurales los

que controlan la morfología general. Posteriormente actuaron sobre el

relieve las glaciaciones cuaternarias.

En la actualidad, el modelado lo lleva a cabo el periglaciarismo,

relacionado con el efecto de hielo-deshielo, la acción fluvial y

fluviotorrencial, y finalmente, la más importante por su implicación

geotécnica en la construcción de un túnel: el fenómeno kárstico



Tectónica

El área de estudio se sitúa en la unidad alóctona del Manto de Gavarnie, cuyo

substrato autóctono relativo aflora en el Pirineo mucho más al Este. Dicho manto

se compone de materiales paleozoicos en la parte septentrional y de los materiales

de las sierras cretáceo-paleocenas que constituyen su cobertera tectónica.

El conjunto de materiales devónicos y carboníferos, anteriores a la orogenia

hercínica, se han visto afectados por dos etapas de deformación: estructuras

pertenecientes a la orogenia hercínica, y estructuras de la orogenia Alpina, de edad

paleógena, que produjeron deformaciones que, sin llegar a ser muy penetrativas,

modificaron la disposición final de los ejes de los pliegues hercínicos.

En consecuencia, la disposición tectónica se realiza en dos apartados: uno referido

a las estructuras producidas por las orogenias hercínica y alpina de las rocas

paleozoicas anteriores al Pérmico, y el otro a la estructura alpina existente en las

rocas después del Carbonífero.



Hidrogeología

A escala general, la zona en la que previsiblemente se producirá mayor afluencia

de agua es la parte central del túnel, cuando discurra mayoritariamente por las

Calizas masivas (3).

La previsión es que las afluencias de agua, aun siendo apreciables, no serían de

un alcance extraordinario, debido al carácter masivo de esas rocas calizas en

profundidad, a la cota de implantación del túnel. Se observó durante las

investigaciones geotécnicas, que la roca presenta mayoritariamente juntas

cerradas y recristalizadas en muchos casos, lo que limita la presencia de

filtraciones.

Las filtraciones esperables, por tanto, serían de un orden moderado, salvo que se

interceptase algún conducto kárstico singular que podría aumentar la descarga

prevista (aunque siempre en magnitudes manejables).


DESCRIPCIÓN DE LOS TERRENOS PRESENTES (1)

(1) Lutitas, areniscas y calizas: Lutitas negras laminadas con intercalaciones deareniscas grises. Entre éstas se intercalan calizas masivas grises, con intercalacionesde lutitas negras. Su competencia es de media a buena, dependiendo de laproporción que exista de calizas o de lutitas; en el caso que exista una mayorproporción de esta última litología, con una fracturación acentuada, se puedenproducir chimeneas de magnitudes apreciables. Su resistencia a compresión simplees de 35 Mpa, el R.Q.D. del orden del 70%, la Dureza Cerchar de 46 y la AbrasividadCerchar de 1,2.

(2) Brecha de falla: materiales muy fracturados y alterados. R.Q.D. entre 0 y 10.Resistencia a compresión simple inferior a 10Mpa.

(3) Calizas de Corales: Calizas grises parcialmente afectadas por dolomitaciónmetasomática. Presentan intercalaciones de calizas negras laminadas y niveles demargas grises a verdes. Tan sólo en las zonas karstificadas las condiciones detrabajo se pueden ver alteradas por la mayor presencia de agua. Su resistencia acompresión simple es del rango de los 70 Mpa, el R.Q.D. del orden del 80%, laDureza Cerchar de 85 y la Abrasividad Cerchar de 1.


DESCRIPCIÓN DE LOS TERRENOS PRESENTES (2)

(4) Areniscas grauvaquicas y lutitas negras: Alternancia de areniscas grauváquicasy lutitas negras. Las areniscas grauváquicas son de color gris. Las lutitas son negras,bien laminadas, presentan cierta esquistosidad. Su competencia varía de media abuena de acuerdo con el porcentaje de roca más competente, con la fracturaciónes mayor el riesgo de formación de chimeneas, y es previsible la presencia de aguaen el contacto de esta litología con las calizas negras (C2). Su resistencia acompresión simple oscila entre 95 y 35 Mpa, según la mayor o menor proporciónde areniscas, el R.Q.D. es variable entre 75% y 40%, la Dureza Cerchar de 47 y laAbrasividad Cerchar de 1,8.

(5) Calizas laminadas y Calizas negras: Calizas gris oscuro, tableadas en la base ytecho, y masivas en la parte intermedia. Su competencia es de buena a muy buena,con condiciones de avance similares a las anteriores. Su resistencia a compresiónsimple es de unos 85 Mpa, el R.Q.D. del orden del 90%, la Dureza Cerchar de 90 yla Abrasividad Cerchar de 1,2.


COMENTARIOS ADICIONALES SOBRE LAS CONDICIONES DEL TERRENO EN RELACIÓN AL DISEÑO DEL TÚNEL (1)

Se ha efectuado una tramificación geológico-geotécnica del trazado del nuevotúnel, en función de las litologías presentes, las propiedades de las rocas(resistencia, grado de fracturación R.Q.D., excavabilidad, abrasividad) y lascondiciones hidrogeológicas.

Dicha sectorización se ha representado sobre un perfil geológico del túnel, ensucesivas filas y columnas, donde se resumen las características de losmateriales por los que discurriría el túnel a diseñar en la práctica.



Cabe comentar que en términos generales los terrenos que travesaría eltúnel presentan condiciones favorables para su construcción. Son engeneral rocas medias-duras, bastante masivas, con índices de calidad delmacizo de medios a altos, y que por tanto no es previsible que se produzcanproblemas graves de estabilidad de la cavidad, salvo algún desprendimientolocalizado, o bien en la zona de la brecha de falla

También hay que destacar que la abrasividad de las rocas presentes es engeneral calificable de baja. Aspecto que repercute en los costes deexcavación de forma favorable, independientemente del procedimientoconstructivo elegido.



Desde la perspectiva hidrogeológica, aunque hay presencia generalizada de agua en elmacizo, desde el punto de vista práctico de los caudales de infiltraciones previsibles sepuede ser suficientemente optimista como para prever que serán magnitudesmanejables, sin interferir significativamente en la ejecución, la estabilidad de lasexcavaciones o el futuro servicio del túnel.

Desde la perspectiva de los sostenimientos, cabe señalar que las condiciones delmacizo rocosos son favorables, y que la previsión sería limitar los eventualestratamientos a bulonados parciales, solo sistemáticos en determinados tramos, y laproyección de gunita. Si acaso, sería el tramo atravesado en la brecha de falla dondesería necesario algún tratamiento complementario para garantizar la estabilidad de laexcavación.


TRABAJOS A DESARROLLAR EN EL EJERCICIO PRÁCTICO PROPUESTO

Se desea construir un túnel de unas dimensiones aproximadas de 12 metros

de anchura y 7 metros de altura, en cuyo caso se pide:

Determinar la clasificación geomecánica (Beniaswki, Barton) asignable

a cada tramo/unidad del macizo

Estimar la excavabilidad, rozabilidad y perforabilidad de los terrenos

atravesados.

Definición, debidamente justificada, de la partición, avances y

sostenimientos de las distintas secciones tipo a considerar.

Suponiendo que existen las familias de diaclasas definidas, evaluar si se

pueden producir cuñas o bloques inestables y justificar las posibles

medidas a adoptar para su estabilización, si ha lugar.

Determinación de los parámetros geomecánicos globales asignables a

cada unidad, con vistas a eventuales cálculos numéricos comprobatorios

del diseño empírico.

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