Sostenimiento Tuneles Final (autoguardado).docx

TRABAJO SOPORTE DE TUNELES

ESTUDIANTE ANGELA STEFANIA TAMAYO CORDOBA

DOCENTE MAURICIO ALVAREZ

UNIVERSIDAD DE MEDELLIN FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA DE ROCAS 2019-01

INTRODUCCION El estudio de las condiciones del macizo rocoso es fundamental para predecir el comportamiento de una excavación subterránea que dependa directamente de las capacidades geo mecánicas del suelo en el que se desarrolla. Los criterios que se emplearan para la determinación del soporte requerido se basara en garantizar la estabilidad del túnel. Es necesario realizar estudios geológicos y geotécnicos, Para realizar estos estudios de detalle se requiere análisis en campo y laboratorio implementado con sistemas de cómputo. En los cuales detallamos las clasificaciones geotecnias y geo mecánicas del macizo rocoso, para el presente análisis se utiliza como metodología el Índice de calidad tunelera N. Barton (1975). El objetivo principal del presente trabajo es generar un diseño de soporte de un túnel, destinado a la conducción de agua para une PCH(Pequeña central hidroeléctrica). DATOS DE ENTRADA Se conoce la sección transversal del túnel, así como la clasificación geomecanica de cada uno de los terrenos presentes para la excavación

Figure 1. Sección transversal del túnel de conducción (m)

Dimensiones del túnel de conducción Radio(m) Altura hastial(m) Base(m) 2.2 2.2 4.4

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El valor de Q da una descripción de la estabilidad del macizo rocoso, altos niveles de indicie Q indican buena estabilidad .se encuentran cuatro tipos de terrenos en el estudio del túnel de conducción con un rango en los valores de Q presentados a continuación:

Tabla 1. Índice Q para diferentes tipos de terreno

TUNEL DE CONDUCCION PCH SECTORIZACION Tipo de terreno Qmax Qmin I Q>6.0 6 II 6 1 III 1 0.1 IV 0.1 Q<0.1

CARTA DE SOPORTE DE TUNELES Existen diversos métodos para el diseño del soporte de túneles. Se encuentran algunas recomendaciones de sostenimiento según el sistema Q, que relaciona la calidad de la roca (índice Q) y la altura equivalente del túnel dividido mediante el factor ESR (excavation support ratio). Altos valores de ESR indica que un valor de seguridad menor puede ser aceptado para el sostenimiento del túnel. El sistema de soporte diseñado para túneles constituye la actualización más reciente del sistema Q, el cual contiene las variables antes mencionadas, así como las recomendaciones de sostenimiento final para el túnel considerando el espaciamiento entre bulones, la longitud de estos, el espesor del concreto lanzado y la consideración final de soporte. Existe una tabla que da un estimado de manera empírica de ciertos casos examinados y analizados mediante un criterio ingenieril en donde se involucran y relacionan todas las variables antes mencionadas (Ver figura 2)

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CONSIDERACIONES DEL METODO -El revestimiento del túnel constituye un factor de seguridad adicional el cual pretende generar la estabilidad total del macizo rocoso escavado controlando los empujes externos debidos a la excavación. -el concreto lanzado genera una superficie en el túnel sellada, evitando el desprendimiento, así como controlando la humedad del medio sirviendo de impermeabilizante. -los pernos tienen como propósito coser o confinar bloques de roca potencialmente inestables, así como conformar un anillo de roca reforzado para permitir el desarrollo de la capacidad que tiene la roca de soporte. -Los pernos consisten en barras de acero instaladas dentro de perforaciones que se llenan con resinas o mortero de pega, estos generalmente se instalan de manera sistemática perpendicular al eje de la excavación y separados de manera uniforme; se puede afianzar las paredes de la excavación con sistemas de anclaje con platinas de acero que son amarradas al terreno por medio de una tuerca,

Figure 2- anclaje, pernado,arco de refuerzo

-Se observa que el espaciamiento entre pernos es mucho mayor cuando se utiliza concreto lanzado para el arco del túnel, se considerara este ítem para la escogencia del soporte. -Se puede determinar la energía absorbida en la fibra de refuerzo del concreto lanzado, las fibras sintéticas han sido ampliamente utilizadas sustituyendo en muchos casos las fibras de acero, estas fibras dan al concreto propiedades similares a las que le daría el refuerzo en acero. Las fibras sintéticas son un poco más dúctiles y manejables, no se corroen lo cual puede ser ventajoso en ambientes donde existan agentes agresivos que las fibras de acero no puedan soportar.

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Tabla 2. Energía de absorción

DISEÑO DE SOSTENIMIENTO DEL CANAL DE CONDUCCION Se obtienen las recomendaciones para los rangos y el promedio del índice de calidad de la roca Q para cada tipo de terreno encontrado en el estudio.

ℎ𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 4.4𝑚 = = 4.4 𝐸𝑆𝑅 1 TUNEL DE CONDUCCION PCH SECTORIZACION Tipo de terreno

Qmax

Qmin

Qprom

I

Q>6.0

6

7

II

6

1

3.5

III

1

0.1

0.55

IV

0.1

Q<0.1

0.01

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Figure 3. Consideraciones de soporte para un Q=7

Así para un Q de 7, y relación altura/ESR=4.4m, se tiene una energía de 500 joules, longitud de los pernos de 2.45m, espaciamiento entre estos de 2.2m y categoría de soporte de 3 en donde se aconseja sostenimiento en hormigón proyectado con refuerzo en fibras y pernado sistemático S(fr)+B y un espesor de la capa de concreto lanzado de 5 a 6 cm. Se miran las especificaciones para cada uno de los índices Q encontrando como tratamientos de sostenimiento los siguientes Terreno

I

Q analizada

Longitud perno (m)

Espaciamiento(m)

Categoria

Tratamiento

Espesor C-P (cm)

6

2.45

2.2

3

sostenimeinto en homirgon proyectado con refuerzo de fibras y pernado sistematico S(fr)+B

5- 6

7

2.45

2.2

3

sostenimeinto en homirgon proyectado con refuerzo de fibras y pernado sistematico S(fr)+B

5- 6

10

2.45

-

1

no requiere soporte

-

1

2.45

1.7

4

hormigon proyectado con refuerzo de fibras y pernado.

6- 9

3.5

2.45

2

3

0.1

2.45

1.3

6

0.55

2.45

1.55

4

0.052

2.45

1.22

6

0.01

2.45

1

7

II

III

IV

sostenimeinto en homirgon proyectado con refuerzo de fibras y pernado sistematico S(fr)+B hormigon proyectado con fibra reforzada y pernado.+ arco reforzado con concreto lanzado y pernos hormigon proyectado con refuerzo de fibras y pernado. hormigon proyectado con fibra reforzada y pernado.+ arco reforzado con concreto lanzado y pernos hormigon proyectado con refuerzo en fibra +arco de refuerzo con concreto lanzado y pernos

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5- 6 12 - 15 6- 9 12 - 15 >15

PROCESOS DE SOPORTE -Colocación de pernos El bulonaje es una técnica de sostenimiento que consiste en anclar en el interior de las rocas una barra de material resistente que aporta una resistencia a tracción, permite que se cosan las juntas de la roca, impidiendo el deslizamiento de unas rocas sobre otras a favor de las fracturas. Por otra parte, tiene un efecto de confinamiento de la roca, armando la roca. Así, es capaz de absorber las tracciones que aparecen en el terreno y se impide la generación de zonas descomprimidas.

Figure 4. pernado en el arco del tunel

-Gunitado con refuerzo proyección a gran velocidad de hormigón sobre la superficie de la excavación mediante manguera a manera manual o con robot de lanzado, esto permite que se generen presiones uniformes en todo el terreno más sin embargo, la liga que existe entre el concreto y el refuerzo en acero permite que haya una transmisión de cargas gracias a los efectos de la adherencia. En un concreto armado con fibras que pueden ser metálicas o sinteticas, éstas se distribuyen uniformemente en la masa y contribuyen a repartir y transmitir los esfuerzos provocados por las deformaciones cuando el concreto se agrieta, de manera que las fibras solo son útiles si se presenta agrietamiento en el concreto.

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Figure 5. hormigon proyectado con robot de lanzado. Tomado de : https://biblioteca.unirioja.es/tfe_e/TFE000112.pdf riesgos en proyectos de túneles.

Figure 6.Tipos de fibras de propileno

Figure 7. Diferentes fibras de acero. Tomado de ACI 544

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-Ribs reinforcement RRS Estos elementos son construidos de una combinación de barras de acero, usualmente de un diámetro de 16 a 20mm. Su espaciamiento su espesor y el número de arcos reforzados a utilizar son acorde a la dimensión del túnel y la calidad de la roca. Se encuentra tipo de suelo donde se debe especificar el refuerzo con RRSI Y RRS2, de la siguiente manera

Estos elementos en forma de arco, junto al hormigón lanzado presentan excelentes propiedades mecánicas. Estas ‘’costillas’’ se colocan en contacto con el perímetro de la excavación.

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Figure 8- Ribs. Tomado de : https://biblioteca.unirioja.es/tfe_e/TFE000112.pdf riesgos en proyectos de túneles.

SECCION TIPICA Se toma en consideración las especificaciones de soporte para una categoría 6 con su respectivo tratamiento mostrado a continuación

Figure 9. Seccion tipica del tunel con sostenimiento

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Figure 10. tratamientos utilizados

BIBLIOGRAFIA -Barton, N.,”Rock Mass Classification and Tunnel Reinforcement Selection Using the Q-System”, Rock Classification Systems for Engineering Purposes, ASTM STP 984, Louis Kirkaldie, Ed., American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1988, p. 59-88. -https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/6215/00.pdf?sequence=1 -Ayala 1998, diseño de túneles en suelos, curso victor hardy https://repository.javeriana.edu.co/bitstream/handle/10554/1784/TrujilloAmayaJohannaMabel2011.pd f?sequence=1&isAllowed=y

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