Diseno Geotecnico y Geomecanico
-
Upload
marielacoromotoynfante -
Category
Documents
-
view
226 -
download
2
Transcript of Diseno Geotecnico y Geomecanico
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
1/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
1
MODULO 3
Diseño Geotécnico yGeomecánico
GEOCONSULTLATINOAMERICA LTDA.
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
2/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
T
E
M
A
S
T
R
A
T
A
D
O
S
2
A. Estrategia de InvestigacionesGeológico-Geotécnicas
B. Clasificación Geotécnica –Alternativas – Características delSistema Austríaco
C. Metodología de Diseño Geotécnico
empleada en Austria
D. Implementación en Obra
E. Ejemplo de Aplicación
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
3/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Resumen
La estrategia de las investigaciones debe ajustarse a lasnecesidades de cada etapa de diseño
Investigaciones deben ejecutarse paso tras paso, abarcando:- estudio de arquitectura geológica del área- determinación preliminar de parámetros geotécnicos
relevantes- determinación de factores de influencia
Deberán desarrollarse modelos preliminares
Éstos deberán revisarse y actualizarse con nuevos resultados
Sobre la base de los modelos deberán desarrollarsemodelamientos geológicos, geotécnicos e hidráulicos,mejorados con análisis estadísticos y probabilísticos
Estrategia Investigaciones Geológico-GeotécnicasIN
V
ES
T
I
G
A
C
I
O
N
E
S3
A
G
EO
L
O
G
I
C
A
S
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
4/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
I
N
V
ES
T
I
G
A
C
I
O
N
E
S4
A Estrategia Investigaciones Geológico-Geotécnicas
G
EO
L
O
G
I
C
A
S
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
5/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
I
N
V
ES
T
I
G
A
C
I
O
N
E
S5
A Estrategia Investigaciones Geológico-Geotécnicas
G
EO
L
O
G
I
C
A
S
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
6/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
I
N
V
ES
T
I
G
A
C
I
O
N
E
S6
A Estrategia Investigaciones Geológico-GeotécnicasDescripción de Pasos
G
EO
L
O
G
I
C
A
S
Estudio de Cartografía, Fotos Satelitales, Fotos Aéreas- Fotos satelitales de alta resolución (satélites Ikonos, Quickbird, de alta
resolución) restitución de área de estudio esc. 1:5.000 (c/apoyo terr.)- Aerofotogrametría con fotos estereoscópicas- Fotografías terrestres esterescópicas (con cámaras digitales de alta resolución)
Etapa 1
Interpretación de Datos Fotográficos y Numéricos
- Elaboración de Modelos Geológicos sobre la base de la información existente- Interpretación de accidentes tectónicos, estratificación, fallas principales
Diseño de Campaña de Investigación de la Superficie del Terreno- Diseño de campaña de reconocimiento (Mapeo) geológico de terreno
sobre el trazado del túnel y en áreas reconocidas como relevantes; prospeccionesgeofísicas de superficie (geosísmica de refracción) y sondajes geoeléctricos.
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
7/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Etapa 2
Desarrollo de Mapeo Superficial de Terreno- Mapeo de contactos y fallas, microtectónica, unidades litológicas,análisis deaccidentes geológicos particulares
- Toma de muestras de rocas para identificación, análisis petrográfico y ensayosmecánicos preliminares
- Análisis de fuentes de agua, vertientes, cursos, estimación de pérdidas decaudal, toma de muestras, etc.
Desarrollo de Prospecciones GeofísicasEjecución de prospecciones con geosísmica de refracción (profundidad de evaluaciónmáx. 100 m) y geoeléctrica en sitios específicos, para verificar:- existencia de fallas o discontinuidades- existencia de contactos litológicos- profundidad de sectores de escombros- calidad macizos en portales del túnel y zonas de cobertura reducida a moderada Además de los portales, ejecución de Geofísica en sectores del trazado identificados
I
N
V
ES
T
I
G
A
C
I
O
N
E
S7
A Estrategia Investigaciones Geológico-GeotécnicasDescripción de Pasos
G
EO
L
O
G
I
C
A
S
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
8/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
I
N
V
ES
T
I
G
A
C
I
O
N
E
S8
A Estrategia Investigaciones Geológico-GeotécnicasDescripción de Pasos
G
EO
L
O
G
I
C
A
S
Interpretación de la Campaña de Investigación Superficial
- Actualización del modelo geológico espacial, básicamente en término decorroboración de realidad con interpretación aérea y fotográfica
- Verificación de las unidades litológicas; reasignación y mayor diferenciaciónde éstas dentro del modelo
- Análisis de muestras de rocas y de agua, junto con la ejecución de ensayospara asignar propiedades más representativas a las unidades identificadas
Etapa 3
Diseño de una Campaña de Prospecciones de Profundidad- Sondajes en portales, sondajes en sitios especiales, sondajes profundos dirigidos
y perfiles geosísmicos de reflexión, siempre que se considere oportuno- Análisis y definición de la oportunidad / conveniencia de ejecución de piques
o galerías de exploración in-situ en sectores comprometidos- Análisis de accesos / asp. logísticos para ejecutar prospecciones profundas
Según costos y plazos, tendrá que buscarse una solución óptima quecombine sondajes profundos dirigidos y galerías / piques de exploración
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
9/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Ejecución de la Campaña Prospecciones de Profundidad- Ejecución de sondajes y galerías / piques de exploración con una estrategia
tal que permita hacer ajustes a medida que se incorporan más datos
- Con eventual eliminación o modificación del alcance sobre la marcha
- En sondajes, c/extracción de testigos y ejecución de ensayos in situ (Lugeon,
análisis de agua, análisis de temperatura de rocas y agua, etc.)
- En galerías / piques de exploración con instalación de sostenimientos y
ejecución de monitoreo, para permitir retroanálisis del comportamiento
Etapa 4
Ejecución de ensayos de laboratorio- Sobre las muestras de roca obtenidas de la campaña de terreno, ejecución de
ensayos de laboratorio de diversa índole (resistencia, abrasividad, hincha-
miento, estabilidad a la erosión o meteorización, etc.)
- Sobre muestras de agua, análisis químicos
I
N
V
ES
T
I
G
A
C
I
O
N
E
S9
A
G
EO
L
O
G
I
C
A
S
Estrategia Investigaciones Geológico-GeotécnicasDescripción de Pasos
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
10/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
I
N
V
ES
T
I
G
A
C
I
O
N
E
S10
A
G
EO
L
O
G
I
C
A
S
Estrategia Investigaciones Geológico-GeotécnicasBeneficios de un Trabajo Coherente
Reducción del Riesgo / Incertidumbre, generando:- Reducción de los costos de construcción- Eliminación de interrupciones en la construcción por falta de diseños adecuados
o falta de recursos de mitigación de problemas- Drástica reducción de los riesgos de colapsos en obra y de daños a las
personas y/o equipos
Mejora de la Situación Contractual del Mandante- Fortalecimiento del Mandante frente a la Empresa Contratista- Reducción importante de las posibilidades de ocurrencia de reclamos financie-
ros por parte de la Empresa Contratista
Posibilidad de ajustes del Trazado, evitando zonas de potencial conflicto
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
11/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Ejemplo de Criterios Geotécnicos para Selección Trazado
Criterio1
Porcentaje de longitud del trazado que atraviesa zonas con rocas blandas a muyblandas.
Criterio2
Porcentaje de longitud del trazado que posee una orientación desfavorable conrespecto al sistema de fracturas principales (fallas principales).
Criterio3
Cantidad de fallas principales que son intersectadas por el eje del túnel.
Criterio4
Porcentaje de longitud del trazado con sobrecarga > 700 m, independientemente de lazona del macizo (elevadas tensiones primarias).
Criterio5
Porcentaje de longitud de trazado que atraviesa zonas con rocas blandas a muyblandas, con sobrecarga > 300 m (fenómenos de presiones elevadas sobre elrevestimiento del túnel).
Criterio6
Porcentaje de longitud de trazado que atraviesa zonas con rocas muy duras consobrecarga > 700 m (estallido de roca).
Criterio7
Cantidad de fallas principales de rumbo norte-sur , intersectadas por el trazado(potencial de riesgo hidrogeológico).
Criterio8.1
Cantidad de posibles zonas con aguas termales.
Criterio8.2
Porcentaje de longitud de trazado con sobrecarga > 1.000 m (riesgos asociados acondiciones geotérmicas).
Criterio9
Porcentaje de longitud de trazado con gran inseguridad en el pronóstico (sobrecargaimportante, inaccesibilidad, conformación geológica compleja, escaso estado actual de
conocimiento).
I
N
V
ES
T
I
G
A
C
I
O
N
E
S11
A
G
EO
L
O
G
I
C
A
S
AP
LI
C A
CI
ÓN
I
NF
OR
M A
CI
ÓN
G
EO
LO
GI
C A
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
12/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
I
N
V
ES
T
I
G
A
C
I
O
N
E
S12
A
G
EO
L
O
G
I
C
A
S
Cantidad de Lineamientos por Unidad de Superficie (500 x 500 m)
Análisis Gráfico de Criterios Geotécnicos para Selección Trazados
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
13/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
I
N
V
E
S
T
I
G
A
C
I
O
N
E
S13
A
G
EO
L
O
G
I
C
A
S
Análisis Gráfico de Criterios Geotécnicos para Selección Trazados
Orientación de Estructuras Geológicas
(Ángulo de intersección entre trazado y estructuras principales)
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
14/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
I
N
V
E
S
T
I
G
A
C
I
O
N
E
S14
A
G
EO
L
O
G
I
C
A
S
Análisis Gráfico de Criterios Geotécnicos para Selección Trazados
Tipo de Estructuras Geológicas
(Estructuras tectónicas, sedimentarias, escombros, glaciares, etc.)
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
15/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
C
L
AS
I
F
I
C
AC
I
Ó
N
15
B Objetivos de la Clasificación Geotécnica
D
E
M
A
C
I
Z
O
R
O
C
O
S
O
Objetivos particulares en cada Obra
- Logro de un pronóstico completo de todos los eventos geotécnicos posibles;- Logro de la mayor certidumbre posible en el pronóstico;- Determinación de todo el espectro de posibles riesgos geotécnicos, para diseñode medidas de mitigación y prevención de cualquier necesidad de improvisación en laobra;
- Entrega de los datos suficientes para elaborar una estrategia y una programación de laconstrucción
Objetivos Generales de los Sistemas de Clasificación Geotécnica- Clasificar un macizo rocoso particular en grupos, siendo el criterio de agrupamiento elcomportamiento geotécnico;
- Proveer una base para determinación/comprensión del comportamiento físico ymecánico de las rocas de cada grupo;
- Prover información cuantitativa para los análisis de estabilización del macizo durante laconstrucción;
- Alcanzar un estándar común para un mejor entendimiento entre las partes.
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
16/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Rock Mass Classification Based on RQD
RQD
Rock Quality Classification
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
17/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Joint Water Reduction, Jw
Joint Water Description Pressure (kPa) Jw
Dry Excavation (Less than 5 litres/min locally)
1000
0.2-0.1
Exceptionally large inflow or pressure, no reduction afterexcavation
>1000
0.1-0.05
Stress Reduction Factor
Weakness Zone (If Present)
SRF
Single shear zone in competent rock or singleweakness zone containing clay and/or chemicallydisintegrated rock
2.5 Excavation Depth > 50 m
5.0 Excavation Depth < 50 m
Loose, open joints, heavily jointed, or "sugar cube"(any depth)
5.0
Multiple shear zones in competent rock or Loosesurrounding rock (any depth)
7.5
Multiple occurrences of weakness zones containingclay and/or chemically disintegrated rock or Very loosesurrounding rock
10.0
Swelling rock - chemical swelling due to presence ofwater
5-15
Squeezing Rock - Plastic flow of weak rock understress
5-20
C
L
AS
I
F
I
C
AC
I
Ó
N
B
D
E
M
A
C
I
Z
O
R
O
C
O
S
O
Sistemas de Clasificación Cuantitativos: NGI (Barton)
17
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
18/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
C
L
AS
I
F
I
C
AC
I
Ó
N
B
D
E
M
A
C
I
Z
O
R
O
C
O
S
O
Sistemas de Clasificación Cuantitativos: NGI (Barton)
18
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
19/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Sistemas de Clasificación Cuantitativos: RMR (Bieniawsky)
C
L
AS
I
F
I
C
AC
I
Ó
N
B
D
E
M
A
C
I
Z
O
R
O
C
O
S
O 19
> 10 MPa 4 - 10 MPa 2 - 4 MPa 1 - 2 MPa
> 250 MPa 100 - 250 MPa 50 - 100 MPa 25 - 50 MPa 5-25 MPa 1 - 5MPa
< 1 MPa
15 12 7 4 2 1 090% - 100% 75% - 90% 50% - 75% 25% - 50%
20 17 13 8> 2 m 0.6 - 2 m 200 - 600 mm 60 - 200 mm
20 15 10 8Superficies muy
rugosas, juntas sincontinuidad.Paredes de rocadura inalterada
Superficies algo
rugosas, separación< 1 mm. Paredes deroca inalterada
Superficies algo
rugosas, separación< 1 mm. Paredes deroca alterada
Superficies pulidas o
relleno < 5 mm.Espaciamiento ofisuras abiertas1 - 5 mm, fisurascontinuas
30 25 20 10
4
3 SEPARACION DE JUNTAS
Indice de la carga de punta
VALORACIONRQD: Calidad de testigos
RESISTENCIADE LA ROCA
INALTERADA
AParámetro
PARAMETROS DE CLASIFICACION Y SUS RANGOS
2
1 Resistencia a la compresióninconfinada
Para esta escala tan baja se
prefiere la resistencia a lacompresión inconfinada
Escala de valores
VALORACION
0VALORACION
< 25%
3
< 60 mm
5
Relleno blando > 5 mmFisuras abiertas > 5 mm
Fisuras continuas
VALORACION
ESTADO DE LAS DISCONTINUIDADES
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
20/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Sistemas de Clasificación Cuantitativos: RMR (Bieniawsky)
C
L
AS
I
F
I
C
AC
I
Ó
N
B
D
E
M
A
C
I
Z
O
R
O
C
O
S
O 20
Ninguna < 10 litros /min 10-25 litros /min 25 - 125 li tros /min
0 < 0.1 0.1-0.2 0.2-0.5
Seco húmedo mojado gotando
VALORACION 15 10 7 4
Muy favorable Favorable Regular Desfavorable0 -2 -5 -10
0 -2 -7 -15
0 -5 -25 -50
100-81 80-61 60-41 40-21
Muy buena Buena Regular Mala
B/to 45º-90º B/to 20º-45º B/to 45º-90º B/to 20º-45º B/to 45º-90º B/to 20º-45º
Muy favorable Favorable Regular Desfavorable Muy desfavor. Regular
Rango de valoración
Descripción
B
VALORACION TOTALCLASES DE MACIZO ROCOSO ASOCIADOS A LA VALORACION TOTALC
125 litros/min
< 0.5
corriente
AGUAS SUB -TERRANEAS5
RANGOS DE AJUSTE PARA DIACLASAS POR ORIENTACION
Rumbo perpendicular al eje del túnel
0
Orientación de discontinuidadesTúnelesFundacionesRangosTaludes
-12
-25
-60
Regular
Muy desfavorable
Excavación en sentido del B/to Excavación encontra del Buzamiento
Rumbo paralelo al e je de l túnel Buzamiento0º - 20 º indistinto
al rumbo
D EFECTO DE LA ORIENTACION DE LAS DISCONTINUIDADES DURANTE LA EXCAVACION
RMR = suma (1,2,3,4 y 5) + Valoración B en función de D
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
21/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
El método nació como método empírico-observacional – hace + 50 años
Por algunos años se continuó con el diseño empírico observacional, en especial entúneles en roca (fuera de zonas pobladas) – surgen modelos analítico-empíricos
Con la introducción en túneles de Metro en zonas urbanas y suelos blandos, serequirió más y más análisis analítico y numérico
La necesidad de control de costos, prevención de reclamos y control del impactoambiental requirió de más precisión – reducción de incertidumbre
No es tolerable que existan accidentes ni paralizaciones largas
METODO NATM NO SE BASA EN EL PRINCIPIO DEL DESIGN AS YOU GO
SE MANTIENE PRINCIPIO DE CLASIFICACIÓN CUALITATIVO ORIGINAL
NATM - Sistema de Clasificación Cualitativo
C
L
AS
I
F
I
C
AC
I
Ó
N
B
D
E
M
A
C
I
Z
O
R
O
C
O
S
O 21
Más que el TIPO DE MACIZO, interesa el MODO DE COMPORTAMIENTO,en término de MODO DE FALLA y TIEMPO DE AUTOSOPORTE
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
22/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
ESTRATEGIA DE DISEÑO GEOTÉCNICO
M
E
T
OD
O
L
O
G
IA
D
E
C
D
I
S
E
Ñ
O
G
E
O
T
E
N
I
C
O22
EN 2003 LA SOCIEDAD AUSTRÍACA DE GEOMECÁNICA EMITE LA 1ªMETODOLOGÍA OFICIAL DE DISEÑO GEOTÉCNICO DE TÚNELES
ÉSTA SE IMPONE COMO NORMA PARA SU APLICACIÓN EN ELDISEÑO Y LA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES
Se requiere de suficiente INVERSION en investigacionesgeológico-geotécnicas e hidrogeológicas para lograr un proyecto ajustado a la realidad,sin mayores riesgos.
Se deben desarrollar métodos de diseño más exhaustivos, que permitanabordar TODAS las posibles situaciones típicas y extraordinarias posibles enla construcción.
El método debe ser “TRAZABLE” en todo su desarrollo, para permitir laactuación de cualquier Consultor o Mandante y para ser ajustado en cualquierfase de su desarrollo
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
23/42
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
24/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Se recolectan parámetros del macizo rocoso TÍPICOS para alimentar y aplicarsistemas de clasificación cuantitativos:
- Sistema RMR - Bieniawsky
- Sistema “Q”, Barton
Se usan los mismos parámetros para todos los macizos rocosos
Los parámetros de clasificación no son suficientemente ajustados a cadacaso para que la selección de parámetros de diseño y adopción de medidasde fortificación seán óptimos
Muchas combinaciones de diferentes parámetros pueden conducir a la mismaclasificación, habiendo diferencias de comportamiento
Mecanismos de falla, interacción macizo-soporte y deformaciones no sonconsiderados
INCONVENIENTES
M
E
T
OD
O
L
O
G
IA
D
E
C
D
I
S
E
Ñ
O
G
E
O
T
E
N
I
C
O24
Práctica Usual y sus Inconvenientes
PRACTICA USUAL
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
25/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
25
Ejemplo de deficiencias en la aplicación de sistemascuantitativos, sin análisis particular
RMR 48
RMR 22
RMR 48
Falla (φ
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
26/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Objetivo:Lograr una construcción optimizada, tanto técnicamente, como en materiade seguridad y de impacto ambiental
Ventaja:Dentro de un mismo marco metodológico general, para cada proyectodiferente y características de subsuelo específicas, se llega a unacaracterización y clasificación diferente
Desafío:La implementación de este procedimiento requiere de un diseño
menos estructurado y más atento, con focalización en los eventosrealmente determinantes para la construcción
Resultado:Un diseño técnicamentre sólido y económico sólo selogrará con la aplicación de un procedimiento específicopara cada macizo y condiciones reinantes
M
E
T
OD
O
L
O
G
IA
D
E
C
D
I
S
E
Ñ
O
G
E
O
T
E
N
I
C
O26
Propóstitos del Diseño Geotécnico
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
27/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Determinación de Parámetros clave para cada tipo
Determinación de VALORES (ratings) de los parámetros, cuantitativa-o cualitativamente
Definición de los TIPOS DE MACIZO (RMT) en función de losparámetros
La cantidad de “macizos TIPO” depende de las condiciones
específicas del proyecto y de la etapa de evaluaciónParámetros tienen que ser revisados y actualizados sobre la marcha
M
E
T
OD
O
L
O
G
IA
D
E
C
D
I
S
E
Ñ
O
G
E
O
T
E
N
I
C
O27
FASE IDeterminación de los TIPOS DE MACIZO ROCOSO (RMT)
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
28/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
C o m p o s i c i ó n m i n e r a l
C
o m p o s i c i ó n d e m i n e r a l
a r c i l l o s o ( c u a l i t a t i v o )
C
o m p o s i c i ó n d e m i n e r a l
a r c i l l o s o ( c u a n t i t a t i v o )
C e m e n t a c i ó n
T a m a ñ o d e g r a n o
T e x t u r a
R e l a c i ó n
M a t r i z / f r a g m e n t o s
P o r o s i d a d
A l t
e r n a c i ó n / m e t e o r i z a c i ó n
F r
n ó m e n o s d e d i s o l u c i ó n
P r o p i e d a d e s e x p a n s i v a s
P
r o p i e d a d e s r e s i s t i v a s
A n i s o t r o p í a
F o r m a d e b l o q u e s
T a m a ñ o d e b l o q u e s
P e r s i s t e n c i a
A p e r t u r a
R e s i s t e n c i a d e c o r t e /
r u g o s i d a d
Rocas plutónicas
Rocas volcánicas (masivas)
Rocas volcanolásticas
Rocas clásticas de grano grueso (masivas)
Rocas clásticas de grano fino (masivas)
Rocas clásticas de grano grueso (estratificadas)
Rocas clásticas de grano fino (estratificadas)
Rocas carbonatadas (masivas)
Rocas carbonatadas (estratificadas)
Rocas sulfatadas
Rocas metamórficas (masivas)
Rocas metamórficas (estratificadas)
Rocas en zonas de falla (cizalladas)
Suelos de granulometría gruesa (gravas)
Suelos de granulometría gruesa (arena)
Suelos mixtos de granulometría gruesa
Suelos de granulometría fina (limos)
Suelos de granulometría fina (arcillas)
P a r á m e t r o m e n o s i m p o r t a n t e
P a r á m e t r o s i g n i f i c a t i v o
L E Y E N D A
R
O C
A
S
S U
E L O S
T I P O S D E R O C A B A S I C O S
P A R A M E T R O S C L A V E S
P R O P I E D A D E S D E R O C A I N T A C T A D I S C O N T I N U I D A D
M
E
T
OD
O
L
O
G
IA
D
E
C
D
I
S
E
Ñ
O
G
E
O
T
E
N
I
C
O28
FASE I: Determinación de Parámetros Clave para cada Tipo de Macizo Rocoso
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
29/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Asignación de pesos relativos a los parámetros particular en funciónde características del proyecto
En general, parámetros y cualquier información debe ser mostradaen término de valores máximos, mínimos, probables, preferente-mente con distribución probabilística
Macizos litológicamente idénticos, pueden corresponder a RMTdiferentes, cuando se esperan comportamientos diferentes
Parámetros geotécnicos pueden ser diferentes para diferentes tipos yusos de cavidades subterráneas
Con avance de estudio à cambio de cantidad de parámetros claves(no cambiar más, después de fase Anteproyecto)
En fases de Factibilidad y Anteproyecto à usar criterios simples;después, emplear métodos empíricos o numéricos paradeterminación de propiedades representativas de los macizos
M
E
T
OD
O
L
O
G
IA
D
E
C
D
I
S
E
Ñ
O
G
E
O
T
E
N
I
C
O29
FASE I - Conceptos destacables
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
30/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Análisis de comport. de RMT considerando Factores de Influencia:- condiciones de tensión primaria- tamaño y forma de la cavidad- método de excavación
- orientación de las discontinuidades más relevantes- condiciones de agua subterránea
RESULTADO: COMPORTAMIENTOS TIPICOS del macizo del proyecto
Evaluación de Comportamiento sobre base de sección transversalcompleta de túnel, NO considerando metodología de excavación yfortificación; se usan:
- Análisis cinemáticos- Métodos analíticos y numéricos – grado de utilización del macizo- Efectos reológicos (fluencia lenta, expansiones, etc.)- Mecanismos de falla posibles – ensayos sobre modelos, experiencia, modelación
Sobre la base de comportamientos típicos, determinar metodología deexcavación y fortificación y necesidad de provisión de medidasespeciales
M
E
T
OD
O
L
O
G
IA
D
E
C
D
I
S
E
Ñ
O
G
E
O
T
E
N
I
C
O30
FASE II – Determinación de los TIPOS DE COMPORTAMIENTO
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
31/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Tipo de Comportamiento (BT) Descripción del modo / mecanismo potencial de falla durante la excavación del
macizo no fortificado
1 Estable Macizo estable, con potencial de caída de pequeños bloques locales por acciónde la gravedad o por deslizamientos de cuñas
2 Estable con potencial de ca ída debloques controlados pordiscontinuidades
Caída y deslizamiento de bloques y cuñas por efecto de discontinuidades deprofundidad importante , con fallas por corte del macizo ocasionales
3 Fal la por corte poco pro funda Fal las por corte del macizo poco profundas, combinadas con inestabi lidadescontroladas por acción de gravedad y discontinuidades
4 Falla por cor te profunda Fal las por corte del macizo profundas, asociadas a grandes deformaciones
5 Estallido de roca Falla repentina y violenta del macizo, ocasionada por rocas muy frágilessometidas a elevadas presiones y la repentina relajación de energía acumulada
6 Falla por pandeo Pandeo del macizo constituido por rocas con familias de discontinuidades deespaciamiento reducido, frecuentemente asociado con fallas por corte
7 Fal la por corte con ba ja pres ión deconfinamiento
Sobreexcavaciones potenciales y fallas progresivas por corte del macizo, condesarrollo de fallas del tipo chimeneas, causadas preponderanemente por unafalta de presión lateral de confinamiento
8 Subsuelo que se desgrana Flujo de roca intensamente fracturada o suelos sin cohesión, secos o húmedos
9 Subsuelo que fluye Flujo de roca intensamente fracturada o suelos con alto contenido de agua
10 Expansión de l subsuelo Incremento de l volumen de l macizo d ifer ido en el tiempo, causado por reaccionesfísico-químicas de la roca con agua, en combinación con relaja-ción de tensión,tendiendo a la deformación de la cavidad hacia su interior
11 Macizo heterogéneo, concaracterísticas de deformación muycambiantes
Rápidas variaciones de tensión y deformación, causadas por una configuraciónde macizo del tipo “bloque dentro de matriz”, aplicable a zonas de falla geológicafrágiles
M
E
T
OD
O
L
O
G
IA
D
E
C
D
I
S
E
Ñ
O
G
E
O
T
E
N
I
C
O31
T
IP
OS
D
E
CO
MP
OR
T A
MI
EN
TO
P
RO
PU
ES
TO
S
PO
R
L A
N
OR
M A
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
32/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
DEFINIR:- métodos de excavación- secuencia de excavación
- subdivisión del frente- medidas de fortificación típicas- medidas de fortificación especiales o auxiliares, si es necesario
VERIFICAR: Comportamiento del “Sistema” con el objeto de cumplir conrequerimientos y criterios de diseño
METODOS:
- Analíticos- Numéricos- Estudios comparativos basados en experiencia proyectos similares
OTRAS CONSIDERACIONES RELEVANTES:- Factores de influencia (metodología, secuencia,tamaño cavidad, propiedadesreológicas, tipo de medidas de fortificación y oportunidad de instalación, etc.) seconocen en término de “rango” – no son deterministas
- Se recomienda el empleo de análisis probabilísticos y estadísticos
M
E
T
OD
O
L
O
G
IA
D
E
C
D
I
S
E
Ñ
O
G
E
O
T
E
N
I
C
O32
FASE III – Determinación de losEsquemas de EXCAVACIÓN Y SOPORTE
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
33/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Según establecido en la Norma ÖNORM B-2203-1, una vez
determinadas las medidas de excavación y fortificación, es necesariodefinir las “CLASES DE EXCAVACION”
Necesarias desde un punto de vista contractual para proporcionar unabase de estimación de costos y pagos
Parámetros de Definición à longitud de excavación
à coeficiente de fortificaciónUna “Clase de Excavación” puede asignarse a más de un “Tipo deComportamiento (BT)”
A un “Tipo de Comportamiento (BT)” puede asignarse más de una“Clase de Excavación”
M
E
T
OD
O
L
O
G
IA
D
E
C
D
I
S
E
Ñ
O
G
E
O
T
E
N
I
C
O33
FASE VI – Determinación de lasCLASES DE EXCAVACIÓN
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
34/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
P R
I M E
R
C
R
I T E R
I O Longitud
excavación
Bóvedao
Bóveda
+ Banco
S E G U N D O C R I T E R I O
C O E F I C I E N T E D E F O R T I F I C A C I Ó N
A
serdefinidop
ara
cadap
royecto
B
a n
c o
M
E
T
O
D
O
L
O
G
I
A
D
E
C
D
I
S
E
Ñ
O
G
E
O
T
E
N
I
C
O 34
FASE VI – Matriz de Determinación de Clases de Excavación
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
35/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
()
:
Identificación / obtención deparámetros específicos del macizo
DeterminarTIPO DE MACIZO
Comparar con ProgramaBásico de Construcción
Considerar, tensión, cinemática,cantidad y presión de agua
Actualizar modelo, mecanismos de falla,pronósticos de corto plazo
Asignar
COMPORTAMIENTO TIPO
SeleccionarEXCAVACIÓN Y FORTIFICACION
>
=
SBiual a
RQ
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
36/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
PASO I: Determinación del Tipo de Macizo (RMT) sobre la base delchequeo de los parámetros geotécnicos en el frente
PASO II: Determinación del Comportamiento (BT) sobre la base de
observaciones en obra:- tensiones excesivas- modo de deformación de la cavidad- mecanismos de falla- resultados de sondajes exploratios
PASO III: Determinación de la Excavación y Fortificación sobre labase del Programa Básico de Construcción à Chequeo permanentede RMT y BT con pronóstico y revisión del modelogeológico/geotécnico
PASO IV: Sobre la base del MONITOREO, verificación delcomportamiento del Sistema contra los requerimientos del Plan deGestión de Seguridad à si hay diferencias à revisión de losparámetros y criterios que se emplean para determinar RMT y BT
36
M
E
T
OD
O
L
O
G
IA
D
E
D
C
O
NS
T
R
U
C
CI
O
N
Metodología durante la Construcción – Pasos a cumplir
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
37/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Asignación delTipo de Macizo (RMT)
Asignación delTipo de Comportamiento de Macizo (BT)
TUNEL
37
A
P
L
IC
A
C
I
Ó
N
A
U
N
E
C
A
SO
D
E
TU
N
E
L
FASES I & IIEjemplo de Asignación deTIPOS DE
MACIZO (RMT)COMPORTAMIENTO (BT)
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
38/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Longitud: 7,85 km; túnel con secciones de 2 y 3 vías
Geología: Comprende dos sectores bien diferenciables: sector en rocasy sector en suelos gravosos (terrazas aluviales)
Cálculos efectuados: se desarrollaron cálculos con programa FLAC 2D;seleccionadas 10 secciones de cálculo representativas
Frentes de excavación: 3 frentes (bóveda, banco y contrabóveda, porsectores)
“Clases de Excavación y Fortificación” seleccionados:6 clases básicas – (túnel estanco y no estanco)- en grava - normales: 20 sub-clases diferentes- en grava - bajo paraguas: 8 sub-clases diferentes- en roca: 21 sub-clases diferentes
Método de excavación requerido:en grava – mecánico; en roca – con tronadura
38
Caso Analizado para el Túnel STANS en Tirol - Austria
A
P
L
IC
A
C
I
Ó
N
A
U
N
E
C
A
SO
D
E
TU
N
E
L
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
39/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Matriz para
Excavación enGrava - Bóveda
Matriz paraExcavación enRoca - Bóveda
L-DR5/4,38
L-DR7/20,88
F23/1,65
F27/10,04
39
Ejemplo de
Matrices para elTúnel STANS
A
P
L
IC
A
C
I
Ó
N
A
U
N
E
C
A
SO
D
E
TU
N
E
L
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
40/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Esquema Excavación en Suelos sin paraguas - DR L-5/4,38
CLASE DE EXCAVACION
L-DR 5 / 4.38Bóveda
Máx. 5,18
Mín. 3,58
COEFICIENTE DE FORTIFICACION
40
A
P
L
IC
A
C
I
Ó
N
A
U
N
E
C
A
SO
D
E
TU
N
E
L
Ejemplo de Esquemas de Excavación y Fortificación asociados a Matrices
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
41/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
Esquema Excavación en Suelos sin paraguas – L-DR 7/20,88
CLASE DE EXCAVACIONL-DR 7 / 20,88
Bóveda
Máx. 22,18
Mín. 19,58COEFICIENTE DE FORTIFICACION
41
A
P
L
IC
A
C
I
Ó
N
A
U
N
E
C
A
SO
D
E
TU
N
E
L
Ejemplo de Esquemas de Excavación y Fortificación asociados a Matrices
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
http://www.fineprint.com/http://www.fineprint.com/
-
8/19/2019 Diseno Geotecnico y Geomecanico
42/42
ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MINAS DEL ECUADOR
MODULO 3 : Diseño Geotécnico y GeomecánicoGEOCONSULT
LATINOAMERICALTDA.
42
El “MACIZO ROCOSO” es un materialEl “MACIZO ROCOSO” es un material
de construcción complejode construcción complejo
Un Diseño y la posterior Construcción de unUn Diseño y la posterior Construcción de unTúnel resultarán económicos y técnicamenteTúnel resultarán económicos y técnicamente
seguros, siempre que se basen en modelosseguros, siempre que se basen en modelos
interpretativos de la realidad que surjan de uninterpretativos de la realidad que surjan de un
buen juicio geotécnico / ingenieril, en lugar debuen juicio geotécnico / ingenieril, en lugar de
métodos de clasificación esquemáticosmétodos de clasificación esquemáticos
El Objetivo propuesto requiere de una íntiEl Objetivo propuesto requiere de una ínti--
ma cooperación entre Geólogos e Ingenierosma cooperación entre Geólogos e Ingenieros
C
O
N
CL
U
S
I
O
N
E
S