analisis de la interaccion roca sostenimiento[1]

7/29/2019 Analisis de La Interaccion Roca Sostenimiento[1]

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ANLISIS DE LA INTERACCIN ROCA-SOSTENIMIENTOLUIS FERNANDO CONTRERAS

VICTOR ARMANDO CUELLO


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INTRODUCCIN

Se entiende como sostenimiento el conjunto deelementos que se colocan en una excavacinsubterrnea para contribuir a su estabilizacin.El trabajo que debe realizar el sostenimiento esta

ntimamente ligado al reajuste tensional que seproduce en el terreno como consecuencia de larealizacin de la excavacin. Por ello, paracomprender lo mejor posible el papel que juega elsostenimiento (lo cual es imprescindible para

poderlo disear adecuadamente) es necesariotener muy claro como se desarrolla el reajustetensional inmediatamente despus de realizar unaexcavacin subterrnea.


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3. Terrenos Empanizados

Son terrenos que presentan zonas de panizo entre dos capasde terrenos consistentes

4. Terrenos Sueltos

Son los tipos de terrenos que no presentan consistenciaalguna , tenindose que enmaderar las laboresinmediatamente que se abren , para impedir derrumbes ,

tambin se les llama terrenos molidos , pues no seencuentran con frecuencia piezas grandes.

5. Terrenos Arcillosos

Constituidos por rocas casi plsticas que se deforman bajouna fuerte presin la mayor o menor plasticidad depende delcontenido de agua y la proporcin de arcilla , es una variedadtambin de los comnmente conocidos como terrenosempanizados ejemplo: arcillas , o panizos , pizarras arcillosas.


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CRITERIO DE MOHR-COULOMB

La teora de Mohr-Coulomb es un modelo

matemtico que describe la respuesta de materialesquebradizos, tales como hormign, o agregados departculas como el suelo, a esfuerzo cortante, ascomo tensin normal. La mayora de los materialesen ingeniera clsica se comportan siguiendo esta

teora al menos en una parte del corte. En general, lateora se aplica a los materiales para los que laresistencia a la compresin es muy superior a laresistencia a la traccin, caso de los materialescermicos. La teora explica que el corte de un

material se produce para una combinacin entretensin normal y tensin tangencial, y que cuantomayor sea la tensin normal, mayor ser la tensintangencial necesaria para cortar el material.


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CRITERIO DE ROTURA DE HOEK & BROWN

El criterio de rotura de Hoek&Brown su versinoriginal fue introducida en el 1980 (Hoek y Brown)desde entonces su uso se ha generalizado en elmbito de la mecnica de rocas, traspasando loslmites para los que fue propuesto ( clculo de laestabilidad en taludes y estados tensionales en elentorno de un tnel, para macizos rocosos duros).

Se trata de un criterio no lineal, puramenteemprico, que permite valorar, de manera sencilla,

la rotura de un medio rocoso mediante laintroduccin de las principales caractersticasgeolgicas y geotcnicas.


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CURVASCARACTERSTICASDELAEXCAVACIN.

El mtodo de curvas caracteristicas, tambindenominado convergencia-confinamiento,Panet(1985), permite superar algunas de lasdeficiencias que presenta la aproximacion

mediante las clasificaciones geomecanicas.La curva caracterstica de una excavacin se puede

definir como la representacin grafica de la relacinentre la presin radial aplicada en el permetro de

la excavacin y el desplazamiento radial delpermetro al estabilizarse la excavacin.


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PARAACERARELPROCESODEDETERMINACIONESDELASCURVASCARACTERISTICASTANTODELAEXCAVACINCOMODELSOSTENIMIENTOSEPUEDEUTILIZARUNSOFTWARELLAMADO FLAC ELCUALDETERMINALASCURVASPARACINCOVALORESDE

FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)es un poderoso programa de modelamientoen dos dimensiones continuo, para suelos,rocas y comportamiento estructural. Usado

interactivamente o en modo batch, es unaherramienta de diseo y anlisis general paraingenieros geotcnicos, civiles y de minas,que puede ser aplicada a una ampliavariedad de problemas en estudios de

ingeniera.


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CURVASCARACTERISTICASDELSOSTENIMIENTO.

Habitualmente, los elementos de sostenimiento quese colocan en un tunel no llegan a plastificarse. Porello la curva caracteristica del sostenimiento sesuele asimilar a una linea recta.


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CALCULODELFACTORDESEGURIDAD

Una ves que se ha calculado la curva caracterstica dela excavacin y la del sostenimiento, se puede calcularel punto de equilibrio superponiendo ambas curvas:


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En esencia, las ideas fundamentales o generalidades paramtodos de sostenimientos son las siguientes:

La zona de roca que circunda al tnel interviene en la estabilidad de laexcavacin y es el principal elemento del que depende sta. Es decir, es lapropia roca la que se autosostiene, ya que se forma un arco de descarga entorno al tnel que transmite las tensiones a ambos lados de ste.

Como consecuencia de lo sealado en el punto anterior, conviene mantener

inalteradas, en la medida de lo posible, las caractersticas de la roca que rodeaal tnel. Para ello es beneficioso emplear cualquier tcnica de excavacinmecnica o, en su defecto, tcnicas que suavicen el efecto de las voladurassobre la roca: recorte, precorte,...

Para facilitar la distribucin de tensiones en el anillo de roca que rodea al

tnel, se deben disear los tneles con formas redondeadas, evitando lospuntos angulosos.


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El sostenimiento se colocar de forma que deje deformarse alterreno siempre dentro de la estabilidad del tnel, con objeto de que laroca desarrolle su capacidad autoportante. La carga que va a soportarel sostenimiento depender pues del momento en que se coloque trasla excavacin.

En la etapa de Proyecto se disean varios tipos de sostenimiento aaplicar segn sea la calidad de la roca. Durante la obra los

sostenimientos se optimizan con la informacin que aporta lainstrumentacin del tnel.

Inmediatamente tras la excavacin se coloca un sostenimientoprimario que estabiliza al tnel. Ms adelante, en funcin de otrosfactores, tales como presencia de agua u otros factores funcionales,

puede colocarse o no un revestimiento definitivo de hormignencofrado.


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Los elementos generalmente usados para el sostenimiento delas excavaciones subterrneas en roca son:

El hormign lanzado Pernos de Anclaje Cerchas Metlicas

Adems de estos dos elementos se usan otros en algunas circunstancias,especialmente cuando se trata de atravesar zonas de roca de mala calidad:

Los paraguas o enfilajes Chapas tipo Bernold Otros tratamientos especiales: inyecciones, drenajes, etc.. .

A continuacin, de forma resumida, se sealan algunas de las acciones msimportantes de cada uno de los elementos estructurales para sostenimiento

de los tneles:


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HORMIGON PROYECTADO

El hormign proyectado (tambin llamado gunita) es el hormign que secoloca mediante proyeccin del mismo contra la superficie de roca que sedesea proteger, de forma que queda adherido a sta. El hormignproyectado se diferencia nicamente del hormign colocado (encofrado yvibrado), aparte del mtodo de puesta en obra, en que el tamao mximo delos ridos es menor y en que lleva siempre, como aditivo, un

acelerante para facilitar su adherencia a la superficie de roca y paraconseguir altas resistencias iniciales.

Los materiales de que consta el hormign proyectado son los siguientes:

Cemento

Aridos Agua Aditivos: acelerantes, etc. Armadura de refuerzo: mallazo o fibra.


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CEMENTO: El cemento que se emplea para el hormignproyectado puede ser el mismo que cualquiera de los que seusan para el hormign convencional. Se deben cumplir ciertasespecificaciones y adems se recomienda cumplir las siguientescaractersticas:


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Principio de fraguado: 1.5 a 4 horas.

Finura de molido: 3500 a 4500 cm2/gr.

Resistencia a Compresin Simple: segn la tabla 7.1.

Contenido en aluminato triclcico: 400 mg/l, o tan bajo como sea posible, si es mayor de1000 mg/l.

Temperatura de almacenamiento: ~70C.

El contenido tpico de cemento oscila entre los 300 y los 450 Kg/m3.


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ARIDOS: El tamao mximo del rido a 8 mm en hormignpor va hmeda y 16mm (recomendable 12 mm) para elhormign por va seca. Actualmente la tendencia esno superar los 8-10 mm (tamao mximo del rido).Experimentalmente se comprueba que las caractersticas delhormign proyectado mejoran si se consigue unagranulometra de ridos continua

Las distintas normativas nacionales ofrecen husos similares(DIN1045 alemana, AFTES francesa, Comit 506 de la ACI(USA)), de los que se han extrado los que se muestran en latabla 7.2y en las figuras 7.1, 7.2 y 7.3, para los casos de16mm, 12mm y 8mm, respectivamente, de tamao mximo

del rido. Para otros valores puede interpolarse linealmenteentre los husos dados.


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PUESTA EN OBRA: Existen dos mtodos para la puesta en obra delhormign proyectado: por va hmeda y por va seca.

El funcionamiento de cada uno es como sigue1. VIA SECA:


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2. VIA HUMEDA:


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PERNOS DE ANCLAJE

Conceptualmente, un anclaje es un elemento estructural instalado en

suelo o roca y que se utiliza para transmitir al terreno una carga de

traccin aplicada.

En excavaciones grandes o en taludes naturales las retenciones flexibleslogran su estabilidad generalmente con anclajes en suelo. Cuando losmateriales involucrados son rocas, sobre las cuales se implantanestructuras que estn sometidas a traccin, se trata de mejorar elcomportamiento de un talud frente a la posibilidad de un derrumbe o undeslizamiento losanclajes sern anclajes en roca.

Por lo tanto el mecanismo bsico de un anclaje consiste en transferirlas fuerzas de traccin que se generan en las inclusiones, hacia elsuelo o la roca a travs de la resistencia movilizada en la interfaceentre el anclaje y el material que lo rodea (raz).


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COMPONENTES DE UN ANCLAJE

Los anclajes estn compuestos bsicamente por:

La cabeza del anclaje Tendn (Longitud libre). Raz (Longitud de adherencia)


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Por su forma de actuar, existen en principio DOS tipos de pernos:

1. Los activos: Este funciona como un anclaje, est unido a la roca por lapunta, tiene un fuste libre y una cabeza con placa.

2. Los pasivos: Este perno por el contrario, se adhiere a la roca a lo largo detoda su longitud, y acta de forma similar a las armaduras del hormign: slo

entra en carga cuando la roca se deforma y arrastra con ella al buln.Tericamente no es necesario el uso de placa, aunque se suele poner parasujetar al mallazo, si ste existe.


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TIPOS DE ANCLAJES

Existen tres tipos principales de anclajes:

1. Anclajes inyectados a gravedad.2. Anclajes inyectados a presin.3. Anclajes post-inyectados.


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MARCOS DE ACERO (CERCHAS)

Las cerchas son elementos de acero en forma de arco que tienen una

misin resistente de por s y fundamentalmente en unin al hormignproyectado. Se han de colocar en contacto con el terreno a lo largo detoda su longitud y firmemente apoyadas en el suelo Generalmente ensecciones grandes cada cercha se divide en tres arcos para facilitar sucolocacin. Entre una cercha y la siguiente se deben colocar unas barrasde acero de unin, llamadas tresillones, que permiten que el conjunto de

todas las cerchas trabaje solidariamente.

En construccin de tneles se usan normalmente tres tipos decerchas:

1. Cerchas TH

2. Cerchas HEB3. Cerchas Reticulares


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