Reconocimientos Geológico-Geotécnicos en el diseño de túneles

Una de las características diferenciadoras de la construcción de túneles sobre el resto de infraestructuras es su elevado grado de incertidumbre respecto a las características o propiedades de los materiales que encontraremos al atravesar el macizo rocoso. De ahí el alto grado de importancia de los reconocimientos Geológico-Geotécnicos en fase de diseño. En este sentido, los cuatro objetivos fundamentales que se persiguen y que debemos conseguir con esos reconocimientos previos son:

1. Eléctrica: detección de fracturas, acuíferos y contactos litológicos.
2. Sísmica de refracción, down-hole y cross-hole: contactos roca sana-meteorizada, ripabilidad, módulos de deformación, grado de fracturación, etc.
3. Diagrafías en el interior de sondeos: obtención de propiedades in situ, como densidad, porosidad, velocidad de ondas, grado de fracturación, etc.
4. Sísmica de reflexión: permite estudiar la estructura geológica en profundidad, fallas, pliegues, contactos, etc.

Riesgos en macizos rocosos con elevadas tensiones naturales

En aquellos macizos que están sometidos a un estado de tensiones naturales (aquellas que existen en el macizo antes de nuestra excavación) muy elevado en relación con la resistencia a compresión uniaxial de la roca intacta, pueden aparecer dos tipos de riesgo distintos en función de que nos encontremos en rocas duras y a gran profundidad o de que nos encontremos en rocas blandas. Estos riesgos son:

1. Deformación elástica con roturas de tipo frágil: característica de rocas duras en túneles, en general, profunda. Riesgo de explosión de roca y de lajamientos.
2. Deformación plástica: típica de rocas blandas. Riesgo de plastificación y otras deformaciones.

Caracterización geomecánica del macizo rocoso

Clasificaciones geomecánicas

La caracterización geomecánica del macizo rocoso a excavar es básica para la selección del método de excavación y para el diseño de sostenimientos y tratamientos del terreno. Dos clasificaciones geomecánicas utilizadas para caracterizar el macizo son:

• RMR de Bieniawski
• Q de Barton

RQD

El RQD (Rock Quality Designation) determina el porcentaje de trozos de testigo de más de 10 cm referido a la longitud total de la muestra. El RQD interviene en las dos clasificaciones mencionadas anteriormente, ya que entra como variable en ambas ecuaciones.

Clasificación de Bieniawski y Romana

Bieniawski, en función de los valores que adopta su índice de calidad del macizo rocoso RMR, establece una clasificación del macizo en cinco clases (I, II, III, IV, V), con una diferencia de 20 unidades entre cada clase. Manuel Romana hizo una revisión de la clasificación de Bieniawski. La principal modificación que introdujo Romana fue la subdivisión de cada clase en dos subclases (Ia, Ib, IIa, IIb, IIIa, IIIb, IVa, IVb, Va, Vb), con una diferencia de 10 unidades entre cada subclase. Romana consideró que el rango de 20 unidades de diferencia era demasiado grande para ser clasificado.

Hormigón proyectado para sostenimiento de túneles

Tres requisitos básicos que debe cumplir un hormigón proyectado para sostenimiento de túneles son:

• Cemento de buena calidad: CEM I 52,5 R; CEM I 42,5 R, CEM II/A-M 42,5 R o SR para casos especiales.
• Áridos: es necesario conseguir una distribución continua dentro de los husos a emplear para gunitas.
• Aditivos: es importante conseguir relaciones a/c < 45.

Bulones expansivos o Swellex

El mecanismo de anclaje de un bulón expansivo o bulón Swellex es por rozamiento mecánico, que puede ser puntual, con un elemento expansivo al extremo del bulón, o con rozamiento en toda su longitud por expansión del bulón. Solo pueden ser pasivos.

Swellex es un perno de anclaje hecho de un tubo soldado doblado sobre sí y sellado en un extremo. Se expande utilizando un flujo de agua de alta presión entregado por una bomba especial. El perno se expande al interior de un tiro, y el proceso de instalación es fácil. El perno de anclaje Swellex está sellado en un extremo; el otro extremo está equipado con una boquilla especial usada para inflación. La expansión del perno, al interior del tiro, crea un roce y una sujeción, lo que entrega soporte a toda la columna y soporte a toda la longitud del tiro.

Puesta en obra de hormigón proyectado

Existen dos formas distintas de puesta en obra de hormigón proyectado:

• Gunitado por vía seca: se mezclan todos los componentes salvo el agua, que se incorpora en la boquilla antes de la proyección. El transporte a través de la manguera es neumático.
• Gunitado por vía húmeda: el agua se incluye en la mezcla.

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