CLASIFICACION GEOMECANICA Y SU APLICACION

CLASIFICACION GEOMECANICA Y SU APLICACION Pedro Alejandro Samané Tuni IESA S.A. [email protected] RESUMEN La clasificación de la masa rocosa en in...
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CLASIFICACION GEOMECANICA Y SU APLICACION Pedro Alejandro Samané Tuni IESA S.A. [email protected] RESUMEN La clasificación de la masa rocosa en ingeniería, labores mineras subterráneas, túneles y superficiales, han sido desarrollados hace más de 100 años, desde que Ritter (1879) intentó formalizar un enfoque empírico para el diseño de túneles. Para tener el conocimiento del macizo rocoso hoy en día existen muchas Clasificaciones Geomecánicas, como: Protodyakonov, Bieniawski, Laubscher and Taylor, Barton, Romaña, que nos determinarán la calidad del macizo rocoso, cuya finalidad es dividir las características similares, como: litología, espaciado de juntas, entre otros. Los límites de un dominio estructural pueden coincidir con rasgos geológicos, tales como fallas o diques. Durante las etapas de factibilidad y diseño preliminar de un proyecto, cuando hay muy poca información detallada sobre la masa rocosa, propiedades de resistencia, esfuerzos de deformación y características hidrológicas, el uso de un esquema de clasificación de la masa rocosa puede ser considerablemente beneficioso, a fin de proporcionar estimados iniciales de los requerimientos de sostenimiento.

Es importante entender que el uso de un esquema de clasificación de la masa rocosa no (y no puede) reemplazar a los procedimientos mal elaborados de diseño. Sin embargo, el uso de estos procedimientos de diseño requiere el acceso a información relativamente detallada sobre los esfuerzos in situ, las propiedades de la masa rocosa y la secuencia de excavación planeada, los cuales no se tienen disponibles en la etapa inicial del proyecto. El objetivo de esta presentación es estimular el diálogo sobre los aspectos más relevantes de este tema, resaltar las soluciones de las que disponen los ingenieros y geólogos, e instar a actuar de forma adecuada en la planificación y el diseño de los proyectos, así como en la construcción, recomendándose revisar y cotejar las hipótesis asumidas y la metodología aplicada, que demuestran los mitos o errores de conceptos que todavía persisten cuando se usan las clasificaciones geomecánicas.

SUMMARY The classification of the rocky mass in engineering, underground and superficial mining workings, have been developed for more than 100 years, since Ritter (1879) tried to formalize an empirical approach for the design of tunnels. In order to have the knowledge of the rocky bulk nowadays many Geomecánicas. Classifications exist, like: Protodyakonov, Bieniawski, Laubscher and Taylor, Barton, Romaña that will determine the quality to us of the rocky bulk, whose purpose is to. It is important to understand that the use of a scheme of classification of the rocky mass (and it cannot) not to replace to the procedures badly elaborated of design. Nevertheless, the use of these procedures of design requires the access to relatively detailed information on the efforts in situ, the properties of the rocky mass and the sequence of planned excavation, which are not had available in the initial stage of the project. The objective of this presentation is to stimulate

divide the similar characteristics, like: lithology spaced of meetings, among others. The limits of a structural dominion can agree with geologic characteristics, such as faults or docks ring the stages of feasibility and preliminary design of a project, when there are very little information detailed on the rocky mass, properties of resistance, efforts of deformation and hydrology characteristics, the use of a scheme of classification of the rocky mass can be considerably beneficial, in order to provide considered initial of the support requirements. The dialogue on the most excellent aspects of this subject, to emphasize the solutions which they have the engineers and geologists, and to insist to act of form adapted in The planning and the design of the projects, as well as in the construction, recommending itself to review and to collate the assumed hypotheses and the applied methodology, that demonstrate to the myths or errors of concepts that still persist when the geomecánicas classifications are use.

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1. INTRODUCCION. 1.1 Construcción de obras subterráneas por el método convencional de perforación y voladura En una minería subterránea, dependiendo de sus características y condiciones, la masa rocosa puede variar de una mina a otra, como también de área en área dentro de una misma mina. Con el paso del tiempo crecen las labores mineras y el minado se realiza a mayores profundidades, desarrollándose así diferentes problemas de inestabilidad en la roca.

1.2 Método constructivo de túnele empleando TBMs. (Máquina perforadora tuneladora). En aquellos años la selección de los equipos necesarios para la excavación de un túnel se dejo a la discreción de los Constructores, con una incidencia mínima de los Proyectistas. Hay que recordar que los métodos, más modernos, de clasificación de macizos rocosos (Wickham et al., 1972; Bieniawski, 1973, y Barton, 1974) estaban fundamentalmente dirigidos hacia los túneles construidos mediante perforación y voladura, sin considerar los túneles construidos con TBMs. Cuando se analiza el desarrollo de las tuneladoras y los hitos conseguidos en los últimos años se comprueba que la utilización de las modernas tuneladoras para roca (TBMs) proporciona espectaculares rendimientos y logros; pero también supone complejos desafíos y problemas para los diseñadores y constructores que deben hacer grandes

A fin de organizar y mantener una adecuada estrategia de control de la estabilidad de la roca en las labores mineras, el personal de una mina debe estar familiarizado con las características y condiciones de la masa rocosa propias de su mina, los peligros potenciales que podrían causar accidentes. Conocer la roca también permitirá tomar decisiones correctas sobre diferentes aspectos relacionados con las labores mineras, entre otras, se podrá establecer la dirección en la cual se deben avanzar las excavaciones, el tamaño de las mismas, el tiempo de exposición abierta de la excavación, el tipo de sostenimiento a utilizar y el momento en que éste debe ser instalado. esfuerzos para esclarecer la interacción entre las características del macizo rocoso y el rendimiento de las TBMs. Hoy en día estas situación ha cambiado; pues las TBMs han aumentado en potencia, tamaño y modelos: Abiertas, escudadas y dobles-escudos, extendiéndose su campo de aplicación; de tal forma que su uso condiciona fuertemente el proyecto del túnel. Más aún, la selección de una tuneladora para construir un túnel puede suponer un gran progreso debido a la mejora en la seguridad en el trabajo y excelentes rendimientos que se pueden conseguir; pero también es fuente de profundas decepciones cuando las características de la tuneladora no están bien adaptadas a las condiciones del terreno y la tuneladora queda atrapada durante meses y, a veces, debe ser rescatada empleando métodos clásicos, como la simple excavación a mano o los explosivos.

2. METODOLOGIA DE DISEÑO Y PRINCIPIOS DE LA INGENIERIA DE ROCAS. El macizo rocoso es un medio discontinuo, complejo, con un comportamiento geomecánica que puede ser estudiado y clasificado en función de su aptitud para distintas aplicaciones. ¿Los túneles pueden diseñarse usando bien las clasificaciones geomecánicas, los modelos numéricos, o a partir de los datos de la instrumentación?

No es cierto. Hacerlo así es un grave error. Este mito se refiere al diseño de túneles en general, que implica tres formas de aproximarse al problema que deberían ir de la mano para formar parte de un único proceso de diseño de ingeniería, como por ejemplo la Metodología de Bieniawski (1992), Figura 1a, o el Diseño Estructural Activo de Celada (2001), Figura 1b.

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Figura 1a.-Metodología de Diseño y principios de la Ingeniería de Rocas (Bieniawski 1992).

Figura 1b.-Organigrama del Diseño Estructural Activo DEA (Celada 2001)

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3. CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS EN EXCAVACIONES SUBTERRANEAS. Las clasificaciones geomecánicas aportan índices de calidad relacionados con parámetros geomecánicas del macizo, sostenimiento de túneles, y excavabilidad. La descripción de las características, propiedades de la matriz y las discontinuidades del macizo rocoso, proporcionan los parámetros requeridos por las distintas clasificaciones. Es primordial evitar elegir un único método de diseño, justificándolo con “no teníamos el tiempo y el dinero” para afrontar la aproximación correcta. 3.1.

Los tres métodos señalados: El empírico (clasificación RMR o la Q). El analítico (se obtienen en los modelos numéricos de ordenador), y El observacional (mediciones durante la construcción o el Nuevo Método Austriaco NMA). Las clasificaciones RMR y Q son especialmente adecuadas en la planificación del proyecto de un túnel, donde es necesaria una valoración preliminar del sostenimiento más adecuado basándose en la testificación de sondeos, en la cartografía geológica y en los estudios de sísmica de refracción.

Clasificación RMR (Bieniawski, 1989) Puntaje 1 2

3

4

5

6

Resistencia de la matriz rocosa (Mpa): ensayo carga puntual (>10) y ensayo de compresión simple (>250). Grado de fracturación del macizo: RQD. Separación entre diaclasas: (m) >2 0.6 – 2.0 0.2 – 0.6 0.02 – 0.2 4 3-4 2-3 1–2 45 35 - 45 25 - 35 15 – 25 200

бθ/бc < 0,01

SRF(antiguo) 2,5

SRF(actual) 2,5

200 - 10

0,01 - 0,3

1

1

10 - 5

0,3 - 0,4

0,5 - 2

0,5 - 2

5-3

0,5 - 0,65

5-9

5 - 50

3-2

0,65 - 1,0

9 - 15

50 - 200

1,0

15 - 20

200 -400

Tabla Nº 04. Valores aproximados del SRF en función de las relaciones tensión- resistencia. Se distinguieron varios tipos de sostenimiento a instalar según el nivel de tensiones existente. En el área sombreada de la Graf. 02, la malla metálica y los pernos de roca se utilizaban principalmente en túneles anteriores a 1980, y S (fr) y pernos de roca en túneles posteriores a 1980. En los casos de tensiones de bajas a moderadas y fracturación de ligera a moderada, se han utilizado tradicionalmente pernos de roca solamente. No obstante,

la utilización de S (fr) tiene hoy en día una mayor difusión, incluso en zonas que presentan descostramientos o desprendimientos de bloques de importancia moderada. En todos los casos, cuando se observe un incremento de las tensiones, el espesor de hormigón proyectado tiene que aumentarse, y disminuirse el espaciamiento entre pernos.

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Gráfica Nº 01: Relaciones entre RQD/Jn, el factor SRF y el sostenimiento empleado en rocas duras sometidas a tensiones elevadas

3.2.2 Recomendaciones de sostenimiento según el sistema Q actualizado El gráfico 02, constituye la actualización más reciente del Sistema Q, y muestra las recomendaciones de sostenimiento final, tras realizar la síntesis de más de 1,050 registros de nuevos casos procedentes de los principales túneles de carretera excavado últimamente en Noruega. Cabe resaltar la especificación precisa del espesor de hormigón

Gráfica Nº 02: Diseño del sistema Q, para Túneles y cavernas de sostenimiento permanente del MNT (Grimstad y Barton 1,993)

proyectado, el espaciamiento entre pernos y la longitud de los mismos, que se basa en abundantes datos procedentes de distintos casos registrados y la experiencia ingenieril adquirida. La relación entre el Índice de calidad tunelera “Q” y la dimensión equivalente “De” de una excavación, Barton Lien y Lunde, elaboraron una tabla a partir de las cual se puede diagnosticar las necesidades de sostenimiento

4 DIMENSION EQUIVALENTE (De). Barton Lien y Lunde desarrollaron la relación denominada Dimensión Equivalente “De” de la excavación, esta relación se obtiene de dividir el ancho,

diámetro o altura de la excavación por un factor denominado Relación de soporte de la excavación ESR (Excavation Support Ratio). De =

La relación de soporte de la excavación ESR tiene que ver con el uso que se pretende dar a la excavación y hasta donde se le puede permitir cierto grado de

A B

C D E

Ancho de la excavación, diámetro o altura (m)

Relación de soporte de la excavación ESR inestabilidad, Barton da resumen actualizado de los valores recomendados en función al factor de seguridad.

Tipo de excavación Excavaciones mineras provisionales Excavaciones mineras permanentes, túneles de conducción para obras hidroeléctricas (con la excepción de las cámaras de alta presión para compuertas), túneles pilotos (exploración), excavaciones parciales para cámara subterráneas grandes. Cámaras de almacenamiento, plantas subterráneas para el tratamiento de aguas, túneles carreteros y ferrocarriles pequeños, cámara de alta presión, túneles auxiliares. Casa de máquinas, túneles carreteros y ferrocarriles mayores, refugios de defensa civil, portales y cruces de túneles. Estaciones nucleoeléctricas subterráneas, estaciones de ferrocarril, instalaciones para deporte y reuniones de fábricas.

ESR 2-5 1.6 - 2

1.2 - 1.3 0.9 - 1.1 0.5 - 0.8

Tabla Nº 05. Valores de ESR en función al factor de seguridad.

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macizo rocoso (q), a partir de los valores del índice Q (obtenido mediante las ecuaciones de Singh).

5 PREDICCION DE LA PROFUNDIDAD SEGÚN INDICE Q. Predicción de la profundidad (H), en terrenos deformables y predicción de la resistencia efectiva del CLASE DE ROCA A B C D E F G

INDICE Q 40 - 1000 10 - 40 4 - 10 1-4 0,1 - 1 0,01 - 0,1 0,001 - 0.01

VALORACION

H (m)

q (MPa)

FENÓMENO PROBABLE

Extremad. buena Buena Regular Mala Muy mala Extremad. mala Excepc. mala

1196 - 3492 754 - 1196 555 - 754 350 - 555 162 - 350 76 - 162 35 - 76

62 - 182 39 - 62 29 - 39 18 - 29 8,4 - 18 3,9 - 8,4 1,8 - 3,9

Deformación explosiva. Descostramiento y lajado de la roca Fluencia de bloques. Fluencia de bloques. Rotura, trituración y fluencia. Fluencia, deformación plástica Fluencia, deformación plástica

Nota: En la ecuación q = 7 y Q 1/3, se ha supuesto una densidad Y = 2,6 g/cm3. Tabla Nº 06: Relación del índice Q, con tensión – resistencia de excavación subterránea y sostenimiento 6 EXCAVACIONES CON TBM Las máquinas tuneleras tipo TBM son equipos de minado continuo diseñados para la excavación de túneles circulares hasta más de 15 m de diámetro actualmente. La utilización de estas máquinas en sustitución del método convencional de perforación y voladura, es cada vez más frecuente, inclusive en nuestro país, dado que desde la primera aplicación en el proyecto Carhuaquero (Chiclayo) a inicios de la década de 1980, pasaron casi 18 años para la siguiente aplicación en el proyecto Chimay (1998-1999); luego entre los años 2000-2004 en proyecto hidroeléctrico de Yuncán, se aplicaron 2 TBM (sólo un año después de la aplicación en Chimay) y en el proyecto trasvase Olmos, que inició desde Febrero del 2007 y culminando las excavaciones en diciembre del 2011, por una longitud de 13,871.47 m. Las máquinas tuneleras (tunnel boring machine, TBM) son equipos de minado continuo que se utilizan para la excavación de labores subterráneas de gran longitud, como túneles, galerías, rampas, etc., sin usar explosivos. Estos equipos realizan simultáneamente el corte, remoción y transporte de la roca arrancada. El rendimiento de estas máquinas, entre otros factores, está determinado básicamente por el tipo de roca. A 7.1 Q TBM (Barton 2000)

Dónde: RQD: Designación de calidad de roca. Jn: Parámetro para describir el número de familias de discontinuidad

pesar de ello, no se tiene a disposición estudios preliminares en nuestro medio que permitan predecir su rendimiento, porque al conocer el tipo de terreno que atravesará durante su operación se puede planificar mejor el avance, los problemas logísticos, tiempo disponible, mantenimiento, disponibilidad del equipo, etc. 7 CLASIFICACION GEOMECANICA PARA TBM. La utilización de los índices clásicos de clasificación de los terrenos, como el RMR y Q, no dan buenos resultados para predecir la excavabilidad del terreno; ya que estos índices están relacionados con su comportamiento tensodeformabilidad. Para resumir los aspectos más importantes de esta revisión, se puede indicar que, en la literatura, existen cinco índices relevantes: RQDTBM (Deere), N (Kirsten), RMRTBM (Bieniawski), RMiTBM (Palmstrom), QTBM (Barton) y RME (Bieniawski). Los más renombrados son el QTBM y RME, que se presenta como los más útiles de los seis índices examinados, que a continuación describiremos.

Jr: Parámetro para describir la rugosidad de las juntas Ja: Parámetro para describir la alteración de las juntas Jw: Factor de reducción por presencia de aguas en las juntas SRF: Factor de reducción por esfuerzos (zonas de corte, fluencia, expansividad, tensiones “in situ”) SIGMA: Resistencia del macizo rocoso (MPa). F: Fuerza media aplicada por cortador

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CLI: Índice de duración de los cortadores, 4 para cuarzo y 90 para caliza. q: Contenido en cuarzo (%) del terreno. бθ: Índice biaxial del esfuerzo en el túnel a una profundidad de 100 m, aproximadamente (MPa). En el trabajo realizado se ha investigado la idoneidad del índice QTBM; pero los resultados obtenidos no han sido buenos, debido a que la definición de la resistencia del macizo rocoso (SIGMA), que se basa en la “inversión de бc para determinar la resistencia del macizo rocoso corrigiéndola según su densidad”, hace su aplicación inviable. Sin embargo, Abrahão y Barton (2003) aplicaron la ecuación (1) con sus 21 parámetros enfatizando que la interacción terreno tuneladora es muy compleja. 7.1.1

La tendencia de aceleración de todos los datos se puede expresar en una alternativa de un formato más útil

La gradiente (-) m, se calcula de la siguiente manera:

Método empírico QTBM La fuerza de corte se normaliza en 20 Tnf, comparados con un grupo de cálculos de la fuerza de la masa de roca, que es, compresión o tracción fuerza de la base. 7.1.2 Los cortadores según el método QTBM. La resistencia del macizo rocoso contra la fuerza de corte, no se puede predecir antes de reducir la velocidad de penetración, si la fuerza de corte es insuficiente debido a la curva/salto.

Gráfico Nº 03: Relación entre la velocidad de penetración (PR) m/hr y fuerza de corte (F) tnf 7.2 Índice excavabilidad del macizo rocoso (RME) hay una alternativa real que pueda utilizarse para este propósito. Bieniawski 2009 • Datos geométricos: que se refieren básicamente a la localización del tramo, el diámetro de excavación y la Los autores de este artículo, como proyectistas y longitud del tramo. consultores en la construcción de túneles, consideran que • Datos del terreno: que están constituidos por los índices era necesario disponer de una ayuda objetiva que RMR, DRI, características de la matriz rocosa, orientación facilitara la toma de decisiones en la elección entre la de las juntas existentes en el terreno, presencia de agua y construcción de un túnel con tuneladora o mediante fenómeno de estallido de roca. perforación y voladura; pues, en base a la experiencia e • Datos de la tuneladora: que se refieren a la velocidad de información disponibles, consideran que actualmente no avance, coeficiente de utilización de la tuneladora, índice de

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penetración, velocidad de rotación de la cabeza de corte, disco aplicado en la cabeza de corte, empuje sobre los cortadores y energía específica de excavación. 7.2.1

Parámetros que integran el RME

El índice RME se define evaluando cinco parámetros con las calificaciones que se muestran en la Tabla Nº 07. La selección de los cinco parámetros que integran el RME se ha basado en un proceso de Análisis Lineal Discriminante; que se ha llevado a cabo utilizando el programa denominado “R”, desarrollado por el Departamento de Estadística y Teoría de Probabilidad de la Universidad Tecnológica de Viena.

1. Resistencia a compresión uniaxial de la roca intacta (0 – 15 puntos) 80 80- 65 Puntuación 15 10

>180 0

2.

65 - 50 7

Discontinuidades en el frente de excavación ( 0 – 40 puntos) Homogeneidad Nº de juntas por metro Homogéneo 0- 4 4-8 8-15 15-30 >30 Mixto Puntuación 10 0 5 10 20 15 0

50 - 40 3

192 25

30 - 70 2

10 - 30 4 (**0)

21 Túneles construidos con tuneladora 0.2

> 1 Mes 0

Criterio para evaluar FE = FE1+ FE2+ FE3

7.6 Factor del diámetro de excavación, está definido por la expresión:

KD = - 0.007D3 + 0.1637D2 – 1.2859D + 4.5158 Algunos valores característicos de KD son los siguientes:

Siendo D el diámetro del túnel excavado. Diámetro del túnel (m) 12 11 10 8 5 Los criterios anteriores se han establecido con datos de túneles cuyo diámetro de excavación es del KD 0.5 0.8 1.00 1.1 1.3 orden de 10 m; por ello, para poder evaluar la velocidad de avance cuando se construyen túneles Utilizando el coeficiente KD en la Figura Nº 01, se presentan las con otro diámetro se propone utilizar un coeficiente correlaciones entre el RME y el ARA para algunos diámetros corrector, KD, definido por la expresión: de excavación significativos.

Figura Nº 01. Correlación entre ARA (m/día) y RME

para distintos diámetros de excavación

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PREVISION DEL RENDIMIENTO TUNELERAS MÁS ABITUALES

DE

LAS

A partir de los datos obtenidos en más de 26 km de túneles construidos en España, Alemania, Etiopía y Perú, se han establecido correlaciones entre el ARAT y el RME para los tres tipos más frecuentes de tuneleras.

Para cada tipo de tunelera se han establecido dos correlaciones; una para ser empleada cuando se excaven terrenos de resistencia media a baja (σci < 45 MPa) y otra en el caso de que los terrenos sean de resistencia media a alta (σci > 45 Mpa.

8.1 TBM Abiertas; conocidas coloquialmente como topos, se caracterizan por avanzar apoyándose en el terreno y utilizar soportes convencionales (hormigón proyectado,

pernos o cerchas) para estabilizar la excavación (foto 1). TBM

8.1.1

1. Para terrenos con σci > 45 MPa el avance medio máximo, es de unos 43 m/día. Y en el caso de que σci < 45 MPa este valor desciende a unos 25 m/día. Esta diferencia es lógica, ya que en los terrenos poco resistentes es preciso colocar sostenimientos más robustos que en los terrenos de mayor resistencia; lo cual frena el avance de las TBM. 2. En el caso de terrenos con σci > 45 MPa, los avances medios estimados para RME 150 MPa, y homogéneos, que son muy difíciles de excavar.

Previsión de los avances en las TBM Abiertas (I) I.- Para terrenos con σci > 45 MPa Si σci > 45 MPa ARAT = 0,839 · RME – 40,8 II.- Para terrenos con σci < 45 MPa Si σci < 45 MPa ARA T = 0,324 · RME – 6,8

8.1.2

Previsión de los avances en las TBM Abiertas (II) A partir de las correlaciones establecidas para las TBM abierta se pueden obtener las siguientes conclusiones:

8.2 TBM Escudadas; son TBM que disponen de una coraza cilíndrica de acero, que aísla del terreno la zona de trabajo el soporte de la excavación se realiza con anillos de dovelas de hormigón y la tuneladora se apoya en el último anillo colocado para avanzar (Foto 2). Previsión de los avances en las TBM escudadas (I) I.- Para terrenos con σci > 45 MPa Si σci > 45 MPa ARA T = 10 Ln (RME) – 13 II.- Para terrenos con σci < 45 MPa Si σci < 45 MPa

ARA T = 23 [1 - 242 ] 8.2.2 Previsión de los avances en TBM escudadas (II) A partir de las correlaciones establecidas para las TBM escudadas se pueden obtener las siguientes conclusiones: 1. Para terrenos con σci < 45 MPa el avance medio máximo estimado es de unos 33 m/día y en el caso de terrenos con σci > 45 MPa este valor desciende a unos 23 m/día. 2. Para los terrenos con σci > 45 MPa el avance medio previsto es prácticamente independiente del valor del RME; aunque a partir del RME = 50 puntos desciende bruscamente por la misma razón expuesta en el caso de las TBM Abierta.

8.3 TBM Dobles-escudos; es la combinación de una TBM abierta con una TMB escudada; con la particularidad de que se puede avanzar apoyándose en el terreno (una TBM abierta) o en un anillo de dovelas (una TBM escudada Ver foto 3).

ARAT = 0,661 • RME – 20,4 8.3.2 Previsión de los avances en el doble-escudo (II) A partir de las correlaciones establecidas para los dobles escudos, cuando avanzan apoyándose en el terreno, se puede obtener las siguientes conclusiones:

8.3.1

1. Para terrenos con σci < 45 MPa el avance medio máximo estimado es de unos 45 m/día y en el caso de terrenos con σci > 45 MPa este valor desciende a unos 30 m/día. 2. Para terrenos con σci < 45 MPa y RME < 45 no hay datos de DOBLES-Escudos excavando apoyándose en los grippers; pues probablemente, para valores de RME < 45 los Dobles Escudos no podrán hacer el “regripping” y funcionarán como un escudo.

8.2.1

Previsión de los avances en el doble-escudo (I). I.- Para terrenos con σci > 45 Mpa Si σci > 45 Mpa ARAT = 0,422 • RME – 11,6 II.- Para terrenos con σci < 45 MPa Si σci < 45 Mpa

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Fotografía 1.- TBM abiertas utilizadas en el Túnel Trasvase Olmos (Perú).

Fotografía 2.- TBM escudada en el Túnel Pinglin Project (Taiwán)

Fotografía 3.- Doble-Escudo empleada en el Túnel de Guadarrama (España)

9

CONCLUSIONES

8.1. Clasificación geomecánicas para convencional de perforación y voladura. a)

b)

c)

sistema

RMR y Q son los sistemas incorporan parámetros “ingenieriles” geométricos, geológicos, y se obtiene un “VALOR” de la calidad del macizo rocoso más ampliamente usados. Es muy importante efectuar mediante un cuadro comparativo del Índice RMR de Bieniawski y Q de Barton con el Nuevo Método de Tunelería Austrica, para determinar las características tensodeformaconales del macizo rocoso en la etapa constructiva de unas obras subterráneas. El uso combinado del Sistema Q y las técnicas de sostenimiento infinitamente flexibles del MNT se considera que supera al NMAT en el caso de macizos

8.2. Clasificación geomecánica empleando (Máquina perforadora tuneladora).

TBMs.

rocosos fracturados y con presencia de arcillas, en los que se observa una marcada sobreexcavación tras el avance. La utilización de S(fr) y vigas reticuladas, que tan bien se ajustan a los perfiles uniformes obtenidos por las máquinas de excavación de rocas blandas, a menudo, no son apropiados en los túneles excavados mediante el sistema de perforación y voladura, dado que la presencia de sobreexcavación ocasiona un aumento en el consumo de hormigón. Según el MNT, la estructura de sostenimiento puede construirse de forma más eficiente mediante la construcción de arcos armados de hormigón proyectado (RRS), que se adapta fácilmente a perfiles irregulares mediante la aplicación adecuada de arcos de hormigón proyectado con el espaciamiento que se desee

a) Los resultado de una revisión de amplio alcance de los registros de TBMs, ensayo extenso y el desarrollo de error de un método de pronóstico llamado QTBM

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b) c)

d)

e)

f)

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(Barton, 2000), es posible calcular el PR, AR y el tiempo para la construcción de túneles (T), tendencias de TBM túnel a través de diferentes tipos de roca y por la debilidad diferentes zonas (descrito por Qo Vp). El RME es un índice creado específicamente para evaluar la excavabilidad de los terrenos. A partir de los datos obtenidos en más de 26 km de túneles construidos con tuneleras en España, Alemania, Etiopía y Perú (Olmos), se ha podido correlacionar el RME del terreno con el avance medio en un tramo de túnel, en condiciones homogéneas (ARAT), para los tres tipos de tuneleras más habituales: TBM Abiertas (Perú), TBM Escudadas y doble-escudo. En las rocas de resistencia media a alta, σci > 45 MPa, las TBM abiertas proporcionan los mejores resultados para RME > 75 y los dobles escudos si RME < 75. En las rocas de resistencia media a baja, σci < 45 MPa, los dobles escudo optimizados son las tuneladoras más ventajosas. sólo si el RMR es claramente inferior a 77 puntos las TBM escudadas son la opción más ventajosa. Artículos relacionados a Geomecánica de Rocas contenidos en el Reglamento de Seguridad y Salud

Ocupacional Aprobado por D.S Nº 055-2010-EM, dice que: • Los trabajos en labores subterráneas serán programados sólo si se cuenta con estudios previos de geomecánica, los cuales deberán ser actualizados mensualmente o en un plazo menor si el caso lo amerita. Asimismo, deberá publicarse en cada labor las tablas o planos geomecánicos que indiquen la calidad de roca, el estándar y PETS para la ejecución de un trabajo bien hecho. Los estudios así como los reglamentos internos de trabajo, estándares y PETS deberán ser suscritos por ingenieros colegiados y habilitados. g) Artículo 216º.- Los trabajos de recuperación de puentes y pilares, considerados como trabajos de alto riesgo, deben contar con un estudio previo de geomecánica y deben ser realizados por trabajador calificado, certificado y que cuente con Permiso Escrito para Trabajo de Alto Riesgo (PETAR), de acuerdo al ANEXO Nº 15. Dichos trabajadores deberán estar bajo la dirección permanente del supervisor responsable de la tarea en mención.

AGRADECIMIENTOS

El autor agradece a las Cía. IESA S.A. y ODEBRECHT por las facilidades ofrecidas durante las ejecuciones de trabajos de excavaciones en las labores mineras, construcción de Túneles hidráulicas, mediante método convencional de perforación y voladura, el montaje y operación de las TBM en el Proyecto Trasvase Olmos.

Por toda la información proporcionada y las experiencias de sus ingenieros y técnicos en la excavación de otros Túneles como el Yuncán, Chimay y Carhuaquero, Análogamente, el autor agradece a la Comisión Organizadora del 9º Congreso Nacional de Minería, organizado por el Colegio de Ingenieros del Perú, por permitir publicar el presente artículo en este importante evento.

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