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Universidad de Jaén
Escuela Politécnica Superior de Linares
Trabajo Fin de Grado
Curso 20xx- 20xx______
ESTUDIO GEOTÉCNICO DE LA
TRAZA DE UN TÚNEL
FERROVIARIO
Alumno: Cobos García Helena
Tutor: Martinez López Julián
Departamento: Ingeniería Mecánica y Minera
Página 2
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN
1.1. OBJETIVO Y ALCANCE……………………………………………….……………………………...6
1.2. INFORMACIÓN GEOTECNICA UTILIZADA…………………………………………….…………..7
2. CAMPAÑA DE INVESTIGACIÓN GEOTECNICA……………………………………………..……10
2.1. TRABAJOS DE CAMPO……………………………………..……………………………………....10
2.1.1. Campaña realizada en estudios anteriores…………………………………………….………...11
2.1.2. Campaña realizada por la empresa TYPSA (2009)…………………….…………………….…12
2.1.2.1. Sondeos mecánicos a rotación…………………………………...……………….…………….12
2.1.2.2. Calicatas…………………………….………………………………………………………..……18
2.1.2.3. Campaña Geofísica………………………………….……………………………………………20
2.1.2.4. Estaciones Geomecánicas………………………….……………………………………………21
2.1.2.5. Ensayos de permeabilidad……………….........................................………………………...21
2.1.2.6. Ensayos dilatometricos………………………………………….………………………….…….23
2.1.3. Campaña adicional realizada por ADIF………………………………………..……………….…24
2.1.3.1.Sondeos mecánicos a rotación……………………………………………….……………….…24
2.1.3.2. Ensayos de permeabilidad……………………………………………………….………………25
2.1.3.3. Ensayos piezometricos………………………………………………………………….………..26
2.1.4. Campaña complementaria extendida………………………………….………………………….26
2.1.4.2. Ensayos in situ…………………………………………………………………………….……....27
2.1.4.3. Ensayos de Laboratorio…………………………………………………………………….…….27
2.2. ENSAYOS DE LABORATORIO……………….…………………………….……………………...28
3. ANALISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS RECONOCIMIENTOS………………………….….32
3.1. FORMACIONES GEOTECNICAS CONSIDERADAS……………………….............................32
3.1.1. Descripción de las formaciones geológicas atravesadas…………………………….………...32
3.1.1.1. Formación de Cuarcitas y Filitas del Invernaideiro (QQP)…………………………………….34
Página 3
3.1.1.2. Formación Pizarras de Luarca (Op)…………………………………………………………….34
3.1.1.3. Grupo de Santabaia (OG,QQEC, OE)…………………………………………………………….35
3.1.1.4. Rocas ígneas, Granito de Alberguería(GRA).Diques de Diabasa (D)………..……………....36
3.1.1.5. Formaciones geotécnicas consideradas………………………………………………………..38
3.1.2. Formaciones geotécnicas consideradas……………………………………………………..…...38
3.2. CARACTERIZACIÓN GEOTECNICA DE LOS MATERIALES……………………………….…39
3.2.1. GRUPO 1: Cuarcitas, filitas y gneises sanos o moderadamente meteorizados.GM-I-II-
III……………………………………………………………………………………………………………...39
3.2.2. GRUPO 2: Pizarras, filitas y esquistos sanos o moderadamente meteorizados.GM-I-II-
III…………………………………………………………………………………………………………..….78
3.2.3. GRUPO 3: Cuarcitas, filitas y gneises meteorizados. GM.IV-V………………………...…….112
3.2.4. GRUPO 4: Pizarras, filitas y esquistos meteorizados……………………………………….…120
3.2.5. GRUPO 5: Formación cuaternaria depósitos coluviales (Qc), depósitos aluviales (QAI),
rellenos(R) y vertidos (V)…………………………………………………………………………………125
3.2.6. GRUPO 6: Granitos sanos o moderadamente meteorizados formación. Formación GRA (GM-
I-II-III)………………………………………………………………………………………………………..131
3.2.7. GRUPO 7: Granitos meteorizados y suelo residual procedente de los granitos
(jabres).Formación GRA (GM-IV-V) y QJ………………………………………………………………..159
3.2.8. Resumen de parámetros………………………………………………………………………….164
3.3. CRITERIOS DE APROVECHAMIENTO………………………………………..…………………169
3.4. COEFICIENTES DE PASO…………………………………………………………………..……..172
3.5. AGRESIVIDAD AL HORMIGÓN…………………………………………………………………...172
4. GEOTECNIA DE LAS OBRAS DE LA TIERRA……………………………………………………174
4.1. ESTUDIO DE DESMONTES………………………………………………………………………..174
4.1.1. Introducción…………………………………………………………………………………………174
4.1.2. Estudio de los desmontes existentes…………………………………………………………....175
4.1.3. Condiciones de excavación…………………………………………………………………….…179
4.1.4. Condiciones de estabilidad. Taludes recomendados………………………………………….184
Página 4
4.1.5. Medidas complementarias de protección y drenaje……………………………………………192
4.1.5.1. Introducción………………………………………………………………………………………192
4.1.5.2. Sostenimiento………………..………………………………………………………..…………193
4.1.5.3. Bermas y cunetones de pie de Talud………………………………………………………….194
4.1.5.4. Cuneta de guarda………………………………………………………………………………..194
4.1.5.5. Drenes californianos y mechinales………………………………………………………….…194
4.1.6. Desmontes singulares……………………………………………………………………………..195
4.1.6.1. Emboquille Oeste del Túnel…………………………………………………………………….198
4.1.7. Cuadro resumen de desmontes……………………………………………………………….…201
4.2. ESTUDIOS DE RELLENOS.……………………………………………………………………….202
4.2.1. Criterios generales…………………………………………………………………………………202
4.2.2. Condiciones generales de estabilidad y asientos………………………………………………202
4.2.3. Apoyo de rellenos: tratamiento y drenaje……………………………………………………….202
4.2.4. Rellenos singulares……………………………………………………………………………..…205
4.2.4.1. Cálculo de estabilidad del vertedero.………………………………………………………….206
4.3. RECOMENDACIONES DE TRAZADO EN CAMINOS Y VARIANTES DE
CARRETERAS…………………………………………………………………………………………….208
4.3.1. Camino de enlace 412+000……………………………………………………………………....209
4.3.2. Caminos de enlace 418+280 y de servicio 418+280 y 418+280 giro a
derechas……………………………………………………………………………………………………209
4.4. CAPA DE FORMA…………………………………………………………………………………...210
5. GEOTECNIA DE LAS CIMENTACIONES DE ESTRUCTURAS…………………………………212
5.1. CONDICIONES GENERALES DE CIMENTACION……………………………………………..212
5.1.1. Relación de estructuras…………………………………………………………………………...212
5.1.2. Coeficiente de balasto vertical y horizontal……………………………………………………..213
5.1.3.Conclusiones………………………………………………………………………………………..214
Página 5
5.2. CIMENTACIONES DE ESTRUCTURAS SINGULARES……………………………………..…215
5.2.1. Falsos túneles………………………………………………………………………………………215
5.2.1.1.Falsos túneles emboquille Oeste…………..…………………………………………………...215
6. GEOTECNIA DE TÚNELES…………………………………………………………………………..219
6.1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………………….219
6.2. CLASIFICACIONES GEOMECANICAS………………………………………………………...…220
6.3. TUNELES………………………………………………………………….………………………….222
6.3.1. Estructura y tectónica……………………………………………………………………………...222
6.3.2. Hidrogeología……………………………………………………………………………...……….229
6.3.3. Tramificación…………………………………………………………………………………….…233
6.4. TENSIONES NATURALES…………………………………………………………………………247
6.5. CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO EN ELE TÚNEL………………………………250
6.6. RESUMEN DE LOS PRINCIPALES PARAMETROS GEOTECNICOS EN EL
TUNEL……………………………………………………………………………………………………...265
7. RESUMEN Y CONCLUSIONES……………………………………………………………………...267
8. BIBLIOGRAFÍA………..………..……………………………………………………………………..273
Página 6
1. INTRODUCCIÓN
El objeto del presente Proyecto de Construcción de un túnel ferroviario,
comprende la modificación del método constructivo del túnel (que pasará a
llevarse a cabo por métodos convencionales, en lugar de realizarse con
tuneladora) y la construcción de una galería de ataque intermedia así como una
zona de instalaciones auxiliares.
Dicho proyecto se presenta como trabajo fin de grado para la obtención del
Título de Graduado en Tecnologías Mineras por la Universidad de Jaén.
El proyecto incluye el Anejo elaborado en la Solución Base y las
modificaciones incorporadas al mismo en la Solución Variante. El presente Anejo
de Geotecnia forma parte del Proyecto de Construcción de Plataforma del
Corredor Norte-Noroeste de Alta Velocidad Madrid-Galicia. Tramo: Túnel de
Prado vía izquierda.
El tramo objeto de estudio está situado al Sur de la provincia de Orense,
próximo a la frontera con Portugal, en la comarca denominada “Terra do Bolo”.
Se corresponde principalmente con el proyecto de la vía izquierda de la Línea
de Alta Velocidad, si bien en su tramo final incluye ambas vías. La longitud del
tramo en vía izquierda es de 7.595,36 m, entre los P.K. 410+681,7 y 418+277,06.
El proyecto de la vía derecha tan sólo incluye 108,87 m, entre los P.K.
418+159,21 y 418+268,08
La orografía en la zona de estudio es complicada y está muy influenciada por
la litología del sustrato rocoso, con valles fluviales fuertemente encajados y
laderas muy abruptas.
A continuación en la Tabla 1 se presenta un resumen de las unidades de obra
singulares que constituyen el tramo en estudio:
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Tabla nº 1: Unidades de obra singulares
Unidad de obra PK inicio PK final Datos geométricos principales (1)
Túnel de Prado
Vía Derecha
418+159,21 418+268,08 L=108,87 m
Montera máx= 216 m
Vía Izquierda
410+681,70 418+277,06 L=7595,36 m
Montera máx= 218 m
(1) Las longitudes consideradas en los túneles incluyen los falsos túneles.
1.1. OBJETIVO Y ALCANCE
El presente anejo tiene por objeto proporcionar los datos geotécnicos
necesarios para el desarrollo del Proyecto de Construcción de la nueva línea de
ferrocarril Madrid-Galicia, en el tramo Túnel de Prado vía izquierda.
Se trata de conocer en detalle el comportamiento mecánico de las rocas
presentes en el trazado de la línea, a fin de adoptar las recomendaciones
geotécnicas adecuadas para cada problemática específica.
En él se incluyen los datos y las conclusiones obtenidas de las labores de
investigación en campo y laboratorio realizadas hasta la fecha, así como las
recomendaciones de tipo geotécnico que se han desprendido de ellos.
En concreto, se analizan los siguientes aspectos:
Recopilación y análisis de la información geotécnica consultada.
Campaña de investigación realizada, así como el análisis y descripción de las
condiciones del terreno a lo largo del tramo en estudio, describiendo la
naturaleza y los parámetros geotécnicos de las litologías atravesadas, su
espesor y distribución del recubrimiento de suelos y de la capa de roca
meteorizada.
Agrupación de formaciones geotécnicas consideradas con un comportamiento
geotécnico similar.
Determinación de las características geotécnicas de los materiales
reconocidos, en particular, la resistencia a compresión simple, la resistencia al
esfuerzo cortante, la deformabilidad de los distintos materiales, su composición
química, la permeabilidad del terreno, la agresividad del agua freática, la
localización del nivel freático en cada zona, etc.
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Condiciones de excavación y porcentaje de empleo de voladuras para la
realización de las excavaciones.
Clasificación de los materiales de las formaciones excavadas y posibilidad de
empleo en las necesidades de la traza.
Definición de los coeficientes de paso, que relacionan la densidad unitaria del
terreno excavado en los desmontes, con la del mismo terreno, una vez
colocado en obra.
Diseño de los taludes admisibles en desmontes en los diferentes tramos del
trazado, con indicación de zonas problemáticas donde pueden requerirse
medidas de contención. Definición y cálculo de tales medidas si son
necesarias.
En particular, en el estudio de desmontes se incluyen los criterios adoptados
en el estudio de los emboquilles, medidas de refuerzo previstas y taludes a
adoptar para su ejecución.
Recomendaciones para el apoyo de los rellenos de la traza, diseño de taludes
estables para los mismos y medidas complementarias de seguridad, en su
caso.
Definición de la capa de forma, tramificación y espesor de terreno a sustituir en
cada tramo homogéneo.
Caracterización geotécnica de los materiales atravesados por los túneles, así
como de la estructura del macizo (fallas, contactos, pliegues...), con especial
incidencia en los parámetros necesarios para el cálculo de los sostenimientos
(peso específico, humedad, resistencias, módulo de deformación, etc.) y los
necesarios para elegir el método de excavación (abrasividad Cerchar,
Schimazek, etc.)
Definición de las condiciones de cimentación de las estructuras, con indicación
de tipologías a adoptar, tensiones admisibles y módulos de reacción.
Estudio de la estructura y tectónica (fallas, contactos, pliegues...) de los
macizos atravesados por los túneles, tramificación con distintos tipos de
terreno de similares características geomecánicas y caracterización geotécnica
de los materiales atravesados por los túneles con especial incidencia en los
parámetros necesarios para el cálculo de los sostenimientos (peso específico,
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humedad, resistencias, módulo de deformación, etc.) y los necesarios para
elegir el método de excavación (abrasividad Cerchar, Schimazek, etc.).
1.2. INFORMACIÓN GEOTECNICA UTILIZADA
Para la realización del presente Proyecto, se han consultado principalmente
las siguientes fuentes:
Campaña geotécnica realizada para el proyecto en estudio por TYPSA, para el
Ministerio de Fomento entre marzo y junio de 2009.
Estudio Informativo del “Proyecto del Acceso Ferroviario en Alta Velocidad a
Galicia. Tramo Lubián - Orense”, realizado por INECO (Octubre de 2003).
Mapas geológicos de España (MAGNA) a escala 1/50.000. Hojas nº: 264
(Ginzo de Limia) y 265 (Laza) (IGME 1974 y 1981).
Mapa geológico de España a escala 1/200.000. Hoja nº 17/27. Orense / Verín
(IGME, 1989).
Mapa topográfico provincial de Orense a escala 1/200.000 (IGN, 1997).
Ingeopress: “Aspectos geotécnicos de los túneles excavados en esquistos y
filitas”. L.Cornejo y M. Arlandi (2007).
Campaña Geológico – Geotécnica Complementaria de los Subtramos de
Requejo (Zamora) a Porto (Orense), Subtramo 4. Adif (Julio 2010).
Parte de esa información se incluye en planos, donde se distinguen los
siguientes:
Plano de situación: Plano nº1
Planta de trazado: Plano nº2
Climatología e Hidrologia: Cuencas de interceptadas: Plano nº3.
Mapa Geológico y su leyenda E:1:50.000 : Planos nº 4 y nº 5.
Mapa Geológico y su leyenda E:1:200.000 : Planos nº6 y nº7.
Mapa Geotécnico y su leyenda (IGME): Plano nº 8 y nº9
Perfil Geológico-Geotécnico, leyenda y columna estratigráfica: Planos: nº
10,nº 11 y nº 12.
.
Página
10
Tras un primer análisis, se ha verificado que las modificaciones incorporadas
en el perfil, no resultan decisivas para las principales conclusiones geotécnicas
del Proyecto.
2. CAMPAÑA DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA
2.1. TRABAJOS DE CAMPO
Inicialmente se ha efectuado un estudio fotogeológico de la traza sobre
fotogramas a escala 1:5.000, que se ha completado realizando un recorrido de la
traza y visita a las obras existentes en el entorno.
Posteriormente se ha realizado un levantamiento geológico-geotécnico de
detalle, a escala 1:2.000, extendido a todo el tramo. Se han precisado los
contactos entre formaciones y otros datos no recogidos en la cartografía
precedente.
Se ha complementado con una toma de datos geológicos y geotécnicos de los
afloramientos existentes en los taludes próximos a la traza y en el entorno de los
emboquilles de la línea de ferrocarril existente Madrid – Galicia (puntos de lectura
y estaciones geomecánicas). Esta información ha resultado ser de gran utilidad,
sobre todo en las zonas de difícil acceso en las que no ha sido posible el
reconocimiento del terreno mediante prospecciones geotécnicas.
Asimismo, se han tomado datos de los desmontes de las carreteras y del
ferrocarril Madrid-Galicia, en aquellas zonas en que éstos se encuentran próximos
a la traza (litología, altura e inclinación de los taludes, estructura, condiciones de
estabilidad, presencia de agua, etc).
En el presente proyecto de Geotecnia se incluyen las fichas de taludes
existentes y las estaciones geomecánicas analizadas a lo largo del corredor.
Como se ha indicado, se ha adoptado la nueva interpretación geológica
realizada por la Universidad de Oviedo en julio de 2010, incorporando los datos
de campo recogidos por TYPSA.
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11
La campaña geotécnica efectuada por TYPSA se desarrolló en dos fases:
Una primera fase se ejecutó entre marzo y junio de 2009. En base a la
misma se elaboró el Proyecto Básico, cuya edición inicial data de
septiembre de 2009, y en el que se incorporaron los datos de ensayos
recibidos con fecha anterior al 30 de junio de 2009.
En una segunda fase se realizó una campaña complementaria para el
Proyecto de Construcción, ejecutada durante el mes de julio de 2009.
La campaña de campo para la realización del Proyecto Constructivo ha
consistido en la ejecución de un total de:
o 11 sondeos mecánicos a rotación, con recuperación continúa de
testigo con una longitud total de 1360 metros perforados.
o 6 ensayos de permeabilidad tipo Lugeon.
o 6 ensayos dilatométricos.
o 3 perfiles de prospección geofísica de de longitud comprendida entre
60 m y 480 m, mediante sísmica de refracción, con una longitud total
de 660 m.
Sobre muestras de terreno obtenidas en los sondeos se ha procedido a
realizar los correspondientes ensayos de laboratorio.
En los planos comprendidos del nº14 al nº 25, se presenta la planta de
investigación geotécnica.
2.1.1. Campaña realizada en estudios anteriores
Se dispone de los datos de la campaña geotécnica realizada en la fase del
Estudio Informativo, en la que se perforaron 16 sondeos para la totalidad del
tramo Lubián – Orense. De los sondeos perforados, únicamente uno de ellos se
sitúa próximo al tramo de Proyecto. En la siguiente tabla se resume la
investigación efectuada en el Estudio Informativo:
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Tabla nº 2: Posición y profundidad de los sondeos del Estudio Informativo
SONDEO P.K. PROF (m) LITOLOGÍA POSICIÓN
ST-8 (EI) 410+700 60 OQF: Cuarzofilitas
de Invernadeiro
A unos 90 m al suroeste del
trazado en proyecto, al
comienzo del túnel de
Prado
En dicho sondeo se tomaron 3 testigos parafinados, de los cuales se
ensayaron dos de ellos. En la tabla 3 se muestra el número de ensayos
realizados. También se realizó un ensayo Lugeon.
Tabla nº 3: Ensayos realizados en la campaña del Estudio Informativo
Denominación de unidad Norma UNE Otras normas Número en
sondeos
Determinación de la humedad natural 103 300/93 NLT-102/91 2
Determinación de la densidad aparente 103 301/94 NLT-156/72 2
Compresión simple en roca 22950-1/90 - 2
2.1.2. Campaña realizada por TYPSA (2009)
2.1.2.1. Sondeos mecánicos a rotación
El sondeo mecánico a rotación es la técnica fundamental en todo
reconocimiento geotécnico.
Es una perforación de pequeño diámetro, generalmente entre 65 y 140 mm
que permite reconocer la naturaleza y la localización de las diferentes capas del
subsuelo mediante la extracción continua de testigo de suelo o roca, a la vez que
se alterna con ensayos geotécnicos de penetración y extracción de muestras
inalteradas, en los casos en que es posible.
Las perforaciones se realizan con una sonda de avance hidráulico montada
sobre camión o con motricidad autónoma (según las necesidades y
características del estudio) dotada de castillete o torre de sondeo y bomba de
lodos.
El testigo reconocido se aloja en un tubo testigo hueco, en cuyo extremo
inferior va roscada una corona de widia o diamante que va realizando la o 50 mm
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perforación. Al extremo superior del tubo va enroscado el varillaje, generalmente
de 42 (hueco), para permitir que pase el agua proveniente de la bomba. Durante
la ejecución del sondeo, y si el terreno no lo permite, hay que proceder a la
entubación del sondeo con la tubería de revestimiento o bien se utilizan lodos
bentoníticos que mantienen las paredes sin desmoronamientos.
Para los elementos sueltos o muy blandos debe emplearse el tubo simple y
para el resto el doble giratorio. Los tubos sencillos se denominan con la letra B
seguida del diámetro exterior en mm y los tubos dobles giratorios con la letra T
seguida del diámetro exterior. El diámetro exterior de las coronas de las baterías
sencillas oscila entre 36 y 146 mm (B-36 a B-146) y el de las coronas de los tubos
dobles giratorios entre 36 y 101 mm (T-36 a T-101).
La tubería de revestimiento o camisa se introduce en el sondeo para contener
hundimientos o cortar fugas de agua (si no se perfora en seco), son de tipo
telescópico y permiten el paso del tubo testigo para continuar la perforación.
Están normalizadas y su diámetro exterior oscila entre 143 y 54 mm.
Se han perforado un total de 11 sondeos mecánicos a rotación, con
recuperación continua de testigo. Las prospecciones de campo han sido
efectuadas por las empresas Enmacosa, CGS y Geoteyco y han sido
supervisados por técnicos de Typsa.
Durante la ejecución de estos sondeos se ha procedido a la realización de
ensayos SPT y toma de muestras inalteradas en los materiales clasificados
como suelos y en los recubrimientos de roca alterada. Para la toma de muestras
inalteradas se han utilizado tomamuestras de pared delgada.
Los ensayos de Penetración SPT (Standard Penetration Test), se utilizan en
Geotecnia para correlacionar diferentes parámetros resistentes de los suelos.
Estos ensayos determinan la resistencia de los suelos a la penetración de un
tomamuestras partido, permitiendo obtener muestras alteradas de suelo dentro de
un sondeo para su identificación, y proporcionando a su vez información sobre la
variabilidad y rigidez del suelo.
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14
Figura 1: Ensayo de penetración SPT
Este tipo de ensayos se realiza en el interior de sondeos, en los cuales es
necesario limpiar previamente el fondo de la perforación, manteniendo la
entubación por encima del nivel de comienzo del ensayo.
El equipo necesario para la realización de esta prueba consta de un
tomamuestras bipartido de pared gruesa de 51 mm de sección acoplado a un
varillaje rígido, en cuyo extremo se coloca la cabeza de golpe y contragolpe,
sobre la que impacta una maza de 63.5 kg en caída libre, desde una altura de
76.0 cm.
Este equipo suele ir montado sobre el camión de sondeos, acoplado a la
sonda y con un funcionamiento automático. En el caso de materiales granulares
gruesos, el ensayo se realiza con una “puntaza ciega” que ofrece unos valores de
resistencia pero no recupera la muestra atravesada.
En el procedimiento de realización del ensayo se distinguen dos fases. Una
primera o hinca de colocación de 15 cm, incluyendo la penetración inicial del
tomamuestras bajo su propio peso, y la segunda fase o ensayo de hinca
propiamente dicho, en la cual se anota el número de golpes necesarios para
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15
penetrar adicionalmente 30 cm. Este número obtenido se denomina resistencia a
la penetración N.
Si los 30 cm de penetración no pueden lograrse con 100 golpes, el ensayo de
hinca se dará por terminado.
Para la realización de los ensayos de penetración estándar tipo SPT, se ha
procedido a la hinca del tomamuestras estándar, con expresión del número de
golpes necesarios para hincar tramos de 15 cm con una maza de golpeo de 63,5
Kg. desde una altura de caída de 75 cm.
En los tramos perforados en roca, de mayor predominio en este proyecto,
donde no es posible la hinca del tomamuestras, se han tomado testigos
parafinados a intervalos regulares. Para asegurar la protección de los testigos
seleccionados se recubren mediante una capa interior consistente en gasa o
venda y una exterior aplicada en la forma de parafina líquida.
Al finalizar los sondeos, se ha instalado al menos una tubería de PVC
ranurada, protegida con una arqueta en la boca del taladro para medir el nivel
freático.
Junto con estos ensayos se han efectuado en ciertos sondeos ensayos de
permeabilidad tipo Lugeon y ensayos dilatométricos.
En la Tabla siguiente se recoge la ubicación, en coordenadas UTM de los
sondeos, su situación con respecto al eje derecho y la profundidad alcanzada en
cada uno de ellos, así como el objeto con el que se ha realizado el
reconocimiento.
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Tabla nº 4: Posición y profundidad de los sondeos
Sondeo Coordenadas UTM
Posición
Prof (m) Objeto PK Dist. al eje (m)
X (m) Y (m) Z (m) Dcha izda
ST-25 622.405 4.665.558 770 411+100 3 54,80 Túnel
Prado
ST-26 621.746 4.665.631 822 411+760 8 98,75 Túnel
Prado
ST-27 621.300 4.665.731 835 412+220 15 115,00 Túnel
Prado
ST-28 620.628 4.665.981 852 412+910 17 145,20 Túnel
Prado
ST-30 619.726 4.666.491 811 413+960 46 120,00 Túnel
Prado
ST-31 619.151 4.667.057 850 414+762 9 170,00 Túnel
Prado
ST-32 617.980 4.668.260 828 416+440 14 169,40 Túnel
Prado
ST-33 616.840 4.669.426 680 418+080 19 50,40
Emboq
uille
Túnel
Prado
ST-35 619.446 4.666.743 846 414+340 30 164,45 Túnel
Prado
ST-47 622.699 4.665.526 811 410+805 30 80,35 Túnel
Prado
ST-48 617.360 4.668.878 828 417+320 30 192,00 Túnel
Prado
En la siguiente tabla se indica, para los sondeos efectuados, un resumen con
los ensayos in situ realizados en cada uno de ellos.
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Tabla nº 5: Resumen de ensayos in situ efectuados en sondeos
Sondeo MI
(nº)
SPT
(nº)
TP
(nº)
Ensayos
dilatométricos (m)
Ensayos de
permeabilidad
Lugeon
(nº)
ST-25 2 3 12 - -
ST-26 - - 9 - -
ST-27 - - 14 2 3
ST-28 - - 6 - -
ST-30 - - 11 - -
ST-31 - - 19 2 -
ST-32 - - 16 - -
ST-33 - 5 11 2 3
ST-35 - - 16 - -
ST-47 - 3 12 - -
ST-48 - - 20 - -
La situación de los sondeos se ha representado sobre la planta de
investigación geotécnica planos del nº14 al nº25, así como en perfil geológico-
geotécnico Planos nº11 y nº 12. indicando la profundidad perforada en cada caso.
En los planos del nº27 al 33 se incluyen un modelo de registro del sondeo nº
ST33 y el reportaje fotográfico del mismo.
Se observa que los niveles de agua detectados a lo largo de la traza se sitúan
sobre la rasante, correspondiendo generalmente a la interfase roca meteorizada -
roca sana. Será únicamente en el entorno del viaducto donde el nivel de agua
medido se encuentra bajo la rasante, coincidiendo con los cursos de agua
superficiales.
Asimismo, es probable que durante la excavación de los túneles exista
circulación de agua, discurriendo a favor de los planos de discontinuidad de la
roca. Los mayores caudales se producirán en el caso de cortar tramos más
alterados con planos abiertos.
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En la tabla 6 se resumen las últimas medidas de los niveles de agua
efectuadas, indicando la cota de emboquille del sondeo y la fecha de terminación
de la perforación (año 2009). En el Apéndice 5 del presente anejo se incluye una
tabla con todas las mediciones de los niveles freáticos efectuadas.
Tabla nº 6: Medidas de los niveles de agua
SONDEO COTA PROF.
SONDEO
FECHA
TERMIN.
PROF. N.F.
(Jul-09)
ST-25 770 54,80 22-abr 8,95
ST-26 822 98,75 07-abr 10,50
ST-27 835 115,00 12-may 23,70
ST-28 852 145,20 03-abr 32,00
ST-30 811 120,00 10-may SURGENTE
ST-31 850 170,00 02-jun 0,50
ST-32 828 169,40 24-abr 32,8
ST-33 680 50,40 13-may 8,7
ST-35 846 164,45 21-may 6,68
SE-46 732 20,35 23-jun 18,53
ST-47 811 80,35 17-jun 16,04
ST-48 828 192,00 21-jun 4,00
2.1.2.2. Calicatas
Tienen la ventaja que permiten acceder directamente al terreno, pudiéndose
observar las variaciones litológicas, estructuras, discontinuidades, etc., así como
tomar muestras de gran tamaño para la realización de ensayos y análisis.
Las calicatas son uno de los métodos más empleados en el reconocimiento
superficial del terreno, y dado su bajo coste y rapidez de realización, constituyen
un elemento habitual en cualquier tipo de investigación en el terreno. Sin
embargo, cuentan con las siguientes limitaciones:
La profundidad no suele exceder de 4m
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19
La presencia de agua limita su utilidad.
El terreno debe poderse excavar con medios mecánicos.
Para su ejecución es imprescindible cumplir las normas de seguridad frente
a derrumbes de las paredes, así como cerciorarse de la ausencia de
instalaciones, conclusiones, cables, etc.
En caso que nos ocupa no se han excavado calicatas a lo largo de este tramo.
Se han excavado 2 calicatas próximas al tramo en estudio, en el viaducto de
Portela, supervisadas directamente por un geólogo experimentado. Todas ellas se
han tenido en cuenta a la hora de analizar la excavabilidad, la presencia de nivel
freático y el comportamiento de las excavaciones.
En todas las calicatas se efectuó el registro de los materiales excavados,
anotándose las diferentes litologías que se reconocen, la presencia de agua, las
condiciones de estabilidad de las paredes, las dificultades de excavación de la
retroexcavadora y todas aquellas observaciones que pudieran tener interés
geotécnico.
En todas las calicatas se han tomado muestras en saco para su posterior
análisis en laboratorio.
En la tabla siguiente se muestra la situación de las calicatas excavadas, en
coordenadas UTM, su situación con respecto al eje y la profundidad alcanzada en
cada una de ellas.
Tabla nº 7: Posición y profundidad de las calicatas
Calicata Coordenadas UTM
Posición
Profundidad (m) PK
Dist. al eje (m)
X (m) Y (m) Z (m) Dcha Izda
CD-7 623.190 4.665.591 777 410+320 9 1,00
CE-5 622.996 4.665.571 713 410+510 2 3,90
La situación de las calicatas se ha representado sobre la planta de
investigación geotécnica planos del nº14 al nº 25, indicando la profundidad
excavada en cada caso.
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20
2.1.2.3. Campaña geofísica
Se han ejecutado 3 perfiles de prospección geofísica de entre 60 y 480 m de
longitud mediante sísmica de refracción. Los objetivos previstos mediante la
presente investigación han sido los siguientes:
Determinar las velocidades sísmicas (Ondas P) de los materiales del subsuelo
en los perfiles trazados
Cartografiar litológicamente los materiales existentes, contrastando
velocidades hasta una profundidad en torno a 20-30 metros.
Establecer el grado de excavabilidad en los diferentes materiales detectados.
Investigar la profundidad del recubrimiento de roca alterada.
En la siguiente tabla se resumen los perfiles efectuados y su situación con
respecto a los PK de la traza.
Tabla nº 8: Perfiles de sísmica de refracción
Perfil
PK
(eje
derecho)
Coordenadas UTM
(inicio perfil) Longitud
(m) Objeto / Orientación
X (m) Y (m)
PS-12 418+161 616.785 4.669.490 120
Emboquille oeste
túnel de Prado /
Longitudinal
PS-13 418+190 616.746 4.669.491 60
Emboquille oeste
túnel de Prado /
Transversal
PS-15 413+980 619.730 4.666.528 480
Túnel de Prado
(contacto O1 con GR)
/ Longitudinal
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21
2.1.2.4. Estaciones geomecánicas
Se han tomado datos estructurales detallados en afloramientos rocosos de
buena calidad, y en los desmontes existentes en la actual vía de ferrocarril. Las
estaciones geomecánicas, se han levantado a lo largo de todo el trazado, aunque
concentrándose de forma preferente en las zonas donde se prevén ejecutar los
emboquilles. En total, se han establecido 38 estaciones geomecánicas. Las fichas
correspondientes se incluyen en el Apéndice 9.
Cada una de las estaciones, incluye lecturas de dirección de buzamiento y
valor del buzamiento en juntas, estratificación, foliaciones (esquistosidades) y
fallas. Estas medidas, se han completado con datos de litología, grado de
meteorización, resistencia de la matriz rocosa, presencia de agua, continuidad,
espaciado, tipo y espesor del relleno en juntas, JRC y parámetros geomecánicos
para el cálculo de la Q de Barton, índice RMR y GSI.
2.1.2.5. Ensayos de permeabilidad
La filtración y el flujo del agua a través de la matriz rocosa se produce
principalmente a favor de los poros y las fracturas, dependiendo la permeabilidad
de la interconexión entre ellos y de otros factores como el grado de meteorización,
la anisotropía o el estado de tensiones al que se encuentra sometido el macizo.
En general, en un macizo rocoso se define una permeabilidad primaria,
asociada al agua que se transmite en la matriz rocosa a través de los poros y
microfisuras. Por otra parte, el agua en los macizos rocosos también fluye a favor
de las superficies de discontinuidad, definiéndose como permeabilidad
secundaria. En general, la permeabilidad de la matriz rocosa es despreciable con
respecto a la del macizo rocoso fracturado.
Para facilitar la determinación de los valores más representativos en los tramos
de túnel del macizo rocoso, se han realizado ensayos de permeabilidad Lugeon in
situ, más apropiado para roca, que permite un cálculo bastante fiable del
coeficiente de permeabilidad, teniendo presente las siguientes condiciones:
Presencia de una capa freática natural
Coeficiente K comprendido entre 10-3 cm/s y 10-5 cm/s
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22
En ausencia de la capa freática la interpretación teórica es muy compleja,
debiéndose recurrir a fórmulas empíricas puramente orientativas.
En el caso de bajas permeabilidades es necesario acudir a pruebas de
laboratorio o a complicadas investigaciones en obras mediante especiales
dispositivos piezometricos.
Básicamente consiste en inyectar agua a presión en un tramo aislado de
sondeo cerrado por uno o dos obturadores, y medir la cantidad de agua admitida
por el terreno.
Figura 2: ensayo de permeabilidad Lugeon in situ
Los ensayos realizados se resumen en la siguiente tabla:
Tabla nº 9: Ensayos de permeabilidad Lugeon
Sondeo Ensayo Profundidad Formación
ST-27 1 90,00 - 94,55 OE
ST-27 2 105,00 –
110,00
OE
ST-27 3 110,00 –
114,50
OE
ST-33 1 25,00 - 30,00 GRA
ST-33 2 35,00 - 40,00 GRA
ST-33 3 45,00 - 49,00 GRA
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23
2.1.2.6. Ensayos dilatométricos
Estos ensayos son pruebas de esfuerzo-deformación realizadas directamente
sobre el terreno con la finalidad de obtener las características geotécnicas del
suelo referentes a su deformabilidad (módulo presiometrico) y características
residentes (presión límite). Se efectúan por dilatación mediante un gas de una
célula cilíndrica contra las paredes de un sondeo, midiendo la deformación
volumétrica del terreno en sentido horizontal correspondiente a cada presión
hasta llegar eventualmente a la rotura del terreno.
Figura 3. Ensayo dilatométrico
A lo largo de la traza de han realizado un total de 6 ensayos dilatométricos, en
el interior de los sondeos.
En la tabla siguiente se recogen los ensayos dilatométricos realizados, la cota
a la que se han hecho y la formación litológica a la que corresponden:
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24
Tabla nº 10: Ensayos dilatométricos
Sondeo Ensayo Profundidad Formación
ST-27 1 98,00 OE
ST-27 2 107,00 OE
ST-31 1 155,00 OQEC
ST-31 2 163,00 OQEC
ST-33 1 33,00 GRA
ST-33 2 43,00 GRA
En el Apéndice 7: Ensayos dilatométricos, se recogen los resultados de estos
ensayos.
2.1.3. Campaña adicional realizada por ADIF (2010)
Durante los meses de julio, agosto y septiembre de 2010, se ejecutaron
nuevos reconocimientos geotécnicos en el ámbito de Proyecto. La información
recibida de esta campaña consiste en los datos de 16 sondeos.
2.1.3.1. Sondeos mecánicos a rotación
Se han perforado un total de 4 sondeos mecánicos a rotación, con
recuperación continua de testigo. En algunos sondeos de túnel de gran longitud
se ha perforado a destroza hasta la profundidad del túnel.
En los tramos perforados en roca se han tomado testigos parafinados para su
análisis en laboratorio. Se han efectuado en ciertos sondeos ensayos de
permeabilidad tipo Lugeon y ensayos presiodilatométricos.
En la tabla siguiente se recoge la ubicación, en coordenadas UTM de los
sondeos, su situación con respecto al eje derecho y la profundidad alcanzada en
cada uno de ellos, así como el objeto con el que se ha realizado el
reconocimiento.
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25
Tabla nº 11: Sondeos campaña adicional ADIF
Sondeo Coordenadas UTM
Posición
Prof
(m) Objeto
PK.
Dist al eje
(m)
X (m) Y (m) Z (m) Dcha Izda
ST-
415+300 618.731 4.667.498 894,4 415+300 14 225,00
Túnel
de
Prado
ST-49 618.409 4.667.816 809,3 415+800 25 150,00
Túnel
de
Prado
ST-
416+700 617.789 4.668.461 765,7 416+700 12 115,00
Túnel
de
Prado
SD-34 616.754 4.669.555 653,2 418+230 5 36,00
Túnel
de
Prado
2.1.3.2. Ensayos de permeabilidad
En la campaña adicional de ADIF se han realizado los siguientes ensayos de
permeabilidad tipo Lugeon:
Tabla nº 12: Ensayos de permeabilidad Lugeon
Sondeo Ensayo Profundidad Formación
ST-415+300 1 204,0 - 209,0 GRA
ST-415+300 2 214,0 - 219,0 GRA
ST-49 1 116,0 – 121,0 OQEC
ST-49 2 116,0 – 121,0 OQEC
ST-416+700 1 98,6 – 103,6 GRA
ST-416+700 2 108,0 – 113,0 GRA
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26
2.1.3.3. Ensayos presiométricos
No se han realizado ensayos dilatométrico durante la campaña adicional de
ADIF.
2.1.4. Campaña complementaria extendida
Debido a la dificultad de accesos en la zona en estudio, algunos de los apoyos
de las estructuras proyectadas no disponen de investigación, si bien se dispone
de sondeos cercanos a todos los apoyos y numerosos puntos de lectura y
estaciones geomecánicas en las proximidades. Se propone una nueva campaña
de investigación, con la finalidad de completar la investigación de las estructuras
en los apoyos inaccesibles durante la fase de proyecto.
Esta investigación complementaria podrá realizarse durante la fase de obra
una vez que se hayan ejecutado los accesos y las plataformas para la
construcción de los apoyos de las estructuras.
Asimismo, con esta investigación se pretende completar la caracterización
geotécnica de los materiales excavados en la traza para su uso en coronación.
La campaña propuesta consiste en los siguientes reconocimientos:
2 calicatas para la caracterización de los jabres frente a su posible empleo
en los rellenos de los caminos de acceso. Se localizan en el emboquille
Oeste del túnel de Prado, donde se estima un espesor de 8,0 m de jabres.
Estas calicatas se propusieron en una fase anterior, pero no se realizaron.
Los reconocimientos se denominan con la letra “C” para las calicatas,
seguidos de una “C” de “complementario”, para diferenciarlos de los sondeos
realizados durante la fase de proyecto, y un número ascendente en el sentido de
la traza.
En el siguiente cuadro se resumen las calicatas propuestas. Se indica la
situación con respecto a los puntos kilométricos, la litología existente y el objeto
de la investigación:
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27
Tabla nº 13: Calicatas propuestas para la campaña complementaria en fase
de obra.
Calicata P.K. Litología Objeto Subtramo
CC-3 418+080 QJ Jabres y granitos meteorizados
Caracterización
Túnel de Prado.
Vía izquierda
CC-4 418+260 QJ Jabres y granitos meteorizados
Caracterización
Túnel de Prado.
Vía izquierda
2.1.4.1. Ensayos in situ
Durante la ejecución de las calicatas se tomarán dos muestras en saco para
su posterior ensayo.
Un técnico especialista supervisará y hará un seguimiento de todo el proceso y
recogerá toda la información in situ además de otros datos complementarios que
puedan ser de interés.
2.1.4.2. Ensayos de laboratorio
Para la determinación de la carga admisible y la profundidad de cimentación
se requieren ensayos de laboratorio de identificación de los materiales, así como
ensayos de resistencia y deformabilidad.
La nueva campaña permitirá la realización de ensayos Proctor y CBR con
material machacado procedente de los sondeos en las formaciones pizarrosas,
para comprobar su aptitud como material de coronación de terraplenes.
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28
Tabla nº 14: Ensayos de laboratorio a realizar en campaña de obra
Denominación de unidad Número en
calicatas Objeto
Granulometría por tamizado 2 Caracterización de jabres
Determinación de los límites de
Atterberg 2 Caracterización de jabres
Determinación de la humedad
natural 2 Caracterización de jabres
Determinación de la densidad
aparente 2 Caracterización de jabres
Contenido en materia orgánica 2 Caracterización de jabres
Determinación cuantitativa
carbonatos 2 Caracterización de jabres
Determinación cuantitativa
sulfatos 2 Caracterización de jabres
Contenido en sales solubles 2 Caracterización de jabres
Determinación cualitativa de
sulfatos en suelos o agua 2 Caracterización de jabres
Proctor modificado 2 Caracterización de jabres
CBR 2 Caracterización de jabres
2.2. ENSAYOS DE LABORATORIO
Durante la excavación de las calicatas se han tomado muestras alteradas en
saco para la realización de ensayos granulométricos y de aprovechamiento de
materiales.
En los sondeos se han efectuado ensayos SPT, se han tomado muestras
inalteradas y testigos parafinados, estos últimos cuando la roca no se encontraba
muy fracturada. En algunos sondeos este aspecto ha dificultado la toma de
muestras para su posterior análisis en laboratorio.
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29
Sobre las muestras seleccionadas de calicatas y sondeos se han los
siguientes ensayos de laboratorio, con objeto de completar la caracterización de
los materiales de la traza, y poder clasificarlos según las indicaciones dadas en el
Pliego como materiales aptos para rellenos, todo uno, capa de forma, etc.:
Tabla nº 15: Ensayos de laboratorio realizados
Denominación de unidad Norma
UNE
Otras
normas
Número
en
catas
Número
en
sondeos
Número
en
estudios
anteriores
Granulometría por tamizado 103
101/95
NLT-
104/91 2 10 -
Determinación de los límites de
Atterberg
103
302/94
103
104/93
NLT-
105/98
NLT-
106/98
2 10 -
Determinación de la humedad
natural
103
300/93
NLT-
102/91 - 143 2
Determinación de la densidad
aparente
103
301/94
NLT-
156/72 - 143 2
Determinación del peso
específico
103
302/94
ASTM-D-
854/83 - - -
Determinación de la porosidad 7045 - - 31 -
Velocidad sónica 83
308/86 - - 25 -
Compresión simple en suelos 103
400/93
NLT-
202/91 - - -
Compresión simple en roca 22950-
1/90 - - 78 2
Compresión simple en roca
determinando el módulo de
Young y el coeficiente de
Poisson
22950-3 - - 18 -
Triaxial en suelos 103 402 - - - -
Triaxial en roca 22950-
4/90 - 27 -
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30
Denominación de unidad Norma
UNE
Otras
normas
Número
en
catas
Número
en
sondeos
Número
en
estudios
anteriores
Ensayo de carga puntual
Franklin
22950-
5/96 - 2 -
Corte directo en suelos,
consolidado y drenado.
103
401/98
ASTM-
3080 - - -
Rotura al corte en una
discontinuidad - - - 21 -
Ensayos de tracción indirecta
(Brasileño)
22950-
2/90 NLT-253 - 38 -
Ensayo edométrico 103 405 - - - -
Hinchamiento Lambe 103 600 - - - -
Hinchamiento libre 103 601 - - - -
Presión de hinchamiento 103
602/96 - - - -
Ensayo de colapso - NLT-
254/99 - - -
Contenido en materia orgánica 103 204 NLT-
118/91 2 9 -
Determinación cuantitativa de
carbonatos
103
200/93
NLT-
116/91 2 9 -
Determinación cuantitativa de
sulfatos
103
201/96
NLT-
120/72 2 9 -
Contenido en sales solubles - NTL-
114/99 2 5 -
Estabilidad frente al SO4Na 7136 NLT-
158/94 - 4 -
Estabilidad frente al SO4Mg 1367 NLT-
158/94 - 7 -
Acidez de Bauman-Gully - EHE - - -
Determinación de la resistencia al desgaste (Micro-Deval)
1097-
1/97 - - 7 -
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31
Denominación de unidad Norma
UNE
Otras
normas
Número
en
catas
Número
en
sondeos
Número
en
estudios
anteriores
Medida del coeficiente de
Friabilidad
83
115/89
NLT -
351/74 - 3 -
Desgaste los Ángeles 1097-
2/99
NLT-
149/91 - 11 -
Determinación del índice
Schimazeck (incluido ensy.
Petrográfico y brasileño)
- - - 39 -
Drilling rate index - - - 15 -
Abrasividad cerchar - - - 37 -
Dureza cerchar - - - 26 -
Slake durability index - NLT-251 - 7 -
Estabilidad frente al agua
(Desmoronamiento) - NLT-255 - 6 -
Proctor modificado 103
501/94 - - - -
CBR 103
502/95 - - - -
Análisis de agua - EHE - 13 -
Junto con estos ensayos se han tomado muestras en todos los sondeos
ejecutados con la finalidad de realizar ensayos de agresividad de las aguas al
hormigón, según los parámetros indicados en la EHE.
Además de las aguas recogidas en los sondeos, se han ensayado también las
aguas pertenecientes a los diferentes puntos en los que se tomó agua para la
refrigeración de la corona durante la perforación.
Con esta medida se pretende contrastar los datos obtenidos en ambos
ensayos para evitar incurrir en errores de interpretación de los análisis químicos
derivados de la contaminación de las aguas del sondeo por las aguas de
perforación.
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32
En la siguiente tabla se indican los sondeos en los que se tomaron muestras y las
profundidades a las que se tomaron.
Tabla nº 16: Muestras a las que se les ha efectuado ensayos de agresividad
Sondeo
Profundidad a la
que se obtiene la
muestra (m)
Zona
Litología
analizada
ST-25 8,95 Túnel Prado OQP
ST-26 10,50 Túnel Prado OP
ST-27 23,70 Túnel Prado OE
ST-28 32,00 Túnel Prado OE / OQEC
ST-30 0,00 Túnel Prado OQEC
ST-31 0,50 Túnel Prado GR
ST-32 32,8 Túnel Prado OQEC / GRA
ST-33 8,7 Emboquille Túnel Prado GRA
ST-35 6,68 Túnel Prado OQEC / GRA
ST-47 16,04 Túnel Prado OQP
ST-48 4,00 Túnel Prado GRA
Las actas con los resultados de los ensayos se incluyen en el Apéndice 8.
Resultados de ensayos de laboratorio.
3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS RECONOCIMIENTOS
En el presente apartado se exponen las características geotécnicas de las
diferentes formaciones afectadas a lo largo del trazado, obtenidas a partir de la
investigación geotécnica realizada y de los resultados de ensayo de laboratorio
disponibles.
3.1. FORMACIONES GEOTÉCNICAS CONSIDERADAS
3.1.1. Descripción de las formaciones geológicas atravesadas
Las formaciones geológicas diferenciadas a lo largo del trazado, son las
siguientes:
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33
1) Zona Centroibérica:
Unidad de los Montes de Invernadeiro: constituida por dos formaciones:
Cuarcitas y Filitas del Invernadeiro, que comprenden las unidades de
cuarcitas y pizarras (OQP), cuarzofilitas (OQF) y niveles ferruginosos (Fe).
Formación Luarca: pizarras grises (OP).
Grupo de Santabaia: constituido por las Metavulcanitas de Carraxo (OG),
Cuarcitas y Filitas de Carraxo (QQEC) y Esquistos de Baldriz (OE).
2) Rocas ígneas: Granito de Alberguería (GRA). Dique de Diabasa (D).
Formaciones cuaternarias y depósitos antrópicos: constituidas por depósitos
coluviales (Qc), depósitos aluviales (QAl), depósitos eluviales de alteración (QJ),
rellenos (R) y vertidos (V).
3) Formaciones cuaternarias y depósitos antrópicos: constituidas por depósitos
coluviales (Qc), depósitos aluviales (QAl), depósitos eluviales de alteración (QJ),
rellenos (R) y vertidos (V).
ADIF ha proporcionado un nuevo perfil y planta geológicos a partir de la
interpretación realizada por estudiosos de la Universidad de Oviedo, con el objeto
de unificar la cartografía geológica de todos los tramos pertenecientes al Corredor
de Alta Velocidad Lubián – Ourense.
La integración en el Proyecto de esta interpretación geológica introduce
algunos cambios respecto a las anteriores fases de estudio, principalmente
relativos a aspectos formales, tales como nuevas denominaciones de las
formaciones geológicas o una mayor distinción dentro de cada grupo geológico en
función de diversas litologías. También se incluye la aparición de un grupo
litológico nuevo, el Grupo de Santabaia, que en el caso del Proyecto Básico se
había incluido como las Formaciones Cuarcitas y Filitas del Invernadeiro y Luarca.
La nueva nomenclatura y estas aportaciones no suponen, sin embargo,
cambios en las principales conclusiones geotécnicas.
Asimismo, los resultados de la campaña adicional de campo y sus
correspondientes ensayos de laboratorio se han recibido a mediados de octubre
de 2010. Para la caracterización geotécnica de los materiales, se han analizado
Página
34
los datos recibidos, conjuntamente con los disponibles de la campaña
anteriormente realizada por TYPSA.
3.1.1.1. Formación Cuarcitas y Filitas del Invernadeiro (OQP).
Esta formación está constituida por metareniscas grises de grano fino y filitas
negras (OQP), con todas las posibles combinaciones en cuanto a proporción
entre las dos litologías. Presentan también algunas intercalaciones de cuarcitas
más duras y resistentes en capas decimétricas y bancos tabulares métricos poco
frecuentes.
Las metareniscas son rocas amarillentas, blanquecinas a gris claro y marrones
claro, de grano fino, bien estratificadas. Las cuarcitas son de tonos grises y
marrón claro, bien estratificadas, en capas decimétricas y escasos bancos
métricos. En varias ocasiones, se observan abundantes venas y filones de cuarzo
blanco que proporcionan mayor dureza a la roca. Las filitas, se presentan como
rocas de aspecto pizarroso, grises y negras, ligeramente satinadas, con una
foliación muy penetrativa (esquistosidad). En su mayor parte son filitas arenosas,
caracterizadas por intercalaciones milimétricas de niveles arenosos, lentejonares,
de grano muy fino.
Los niveles areniscosos, dentro de las filitas, pueden ser de espesor
milimétrico y forma lentejonar, acuñándose lateramente. Las capas de
metareniscas, pueden incluir niveles milimétricos de filitas por donde se abre el
testigo fácilmente.
3.1.1.2. Formación Pizarras de Luarca (OP).
Penetrativa de fase – 1 (esquistosidad), que les confiere su aspecto hojoso.
Aflora de forma característica, dando crestones alargados y muy continuos en
el paisaje, según la dirección de la esquistosidad.
En sondeos, se han cortado filitas, esquistos y cuarzo-esquistos. Estos
últimos, con proporciones muy variables de venas de cuarzo blanco, desde un 5 –
10% hasta el 50 – Está constituida por filitas grises y negras, ligeramente
satinadas, muy monótonas, con intercalaciones centimétricas de niveles
grafitosos negros y metareniscas muy ocasionales. En ocasiones, se describen
Página
35
como pizarras negras, de aspecto mate, debido a un menor grado de
recristalización de los minerales. Presentan una foliación muy 60%. Estos datos
son importantes de cara a la abrasividad de la formación en zonas determinadas.
3.1.1.3. Grupo de Santabaia (OG, OQEC y OE).
Comprende tres formaciones: Metavulcanitas de Carraxo, Cuarcitas y Filitas
de Carraxo y Esquistos de Baldriz.
Las Metavulcanitas de Carraxo (OG), Están constituidas por gneises cuarzo-
feldespáticos grises, con grandes cristales de feldespato y cuarzos con colores
azulados. La matriz contiene abundante biotita, cuarzo, plagioclasa, feldespato
potásico y moscovita; con proporciones menores de clorita, circón, rutilo y apatito
(FARIAS, 1990).
En el área del tramo estudiado, afloran únicamente en el “roof-pendant” de
Riobóo, rodeados por el granito de Alberguería.
Las Cuarcitas y Filitas de Carraxo (OQEC), están constituidas por cuarcitas y
metareniscas grises y amarillentas en capas decimétricas y centimétricas, que
alternan con filitas gris oscuro intercaladas. El contacto entre esta unidad y el
granito de Alberguería (GRA), da lugar a un metamorfismo de contacto sobre la
primera, con el desarrollo de rocas “mosqueadas” y numerosas intrusiones
graníticas en forma de diques, filones y bolsadas de espesor decimétrico y
métrico.
Los efectos de este metamorfismo de contacto, son variables y van desde el
desarrollo de minerales (biotitas) en las filitas y en los niveles más micáceos de
las cuarcitas (facies “mosqueadas”), hasta la transformación de las metareniscas
y filitas originales en rocas de mayor grado metamórfico, como cuarcitas cuarzo-
feldespáticas y esquistos.
En los sondeos, se cortan esquistos micáceos (biotíticos y moscovíticos), con
variable proporción de venas de cuarzo, cuarcitas y metareniscas recristalizadas,
con numerosos diques de granito intruidos, con contactos netos.
Los Esquistos de Baldriz (OE), están constituidos por filitas y esquistos gris
oscuro a negros, satinados, con niveles de cuarzo intercalados, que les dan
Página
36
resistencia a la erosión y forman crestones alineados. Presentan colores marrón-
rojizos por alteración. Ocasionalmente, se han observado niveles centimétricos,
muy escasos, de metareniscas amarillentas y grises de grano fino.
Esta formación, está afectada por la Falla dúctil de Laza en toda su anchura,
desarrollando estructuras S – C y una foliación de tipo milonítico (SC).
3.1.1.4. Rocas Ígneas. Granito de Alberguería (GRA). Diques de Diabasa (D).
En los últimos 3,9 km de la traza, afectando principalmente al Túnel de Prado,
se atraviesa el de Alberguería Granito (GRA). Su resistencia a la erosión, origina
un fuerte relieve atravesado al final del trazado.
En la zona de estudio el granito encaja solamente en la formación Cuarcitas y
Filitas de Carraxo (Grupo de Santabaia), generando el correspondiente
metamorfismo de contacto en estas rocas.
Petrológicamente se trata de un granito de dos micas moderadamente
leucocrático, de grano medio a grueso, equigranular de tonos blancos cuando
está sano, y marrón – rojizo o amarillento por óxidos, cuando está meteorizado.
Cerca del encajante, suele presentar numerosas bolsadas y diques de pegmatitas
con tamaño de grano muy grueso y, ocasionalmente, diques de aplitas con
tamaño de grano muy fino.
En los sondeos realizados, se corta un granito con las mismas características
que en los afloramientos. Presenta numerosos diques y bolsadas pegmatíticas, de
grano muy grueso. Destacan los grandes espesores de jabre, con 9,0 y 20 m,
detectados en los sondeos ST-33 y SD-34 (Túnel de Prado, boca oeste).
Se ha reconocido un dique de diabasa (D) en el sondeo ST-30, a 118 m de
profundidad (P.K. 414+000). Son rocas duras, oscuras, gris-verdoso, de grano
fino, textura dolerítica, ligeramente porfídica y de composición basáltica. La
mineralogía está compuesta de plagioclasas y anfíboles.
3.1.1.5. Formaciones Cuaternarias y Antrópicas (QAl, Qc, QJ, R y V)
El desarrollo de suelos cuaternarios es escaso en general, exceptuando el
final del trazado, a la salida del Túnel de Prado. El fuerte relieve originado por el
intenso encajamiento de los ríos y arroyos, está sometido a una importante
Página
37
erosión que dificulta el desarrollo y la acumulación de suelos en un espesor
suficientemente grande (> 2 m), como para ser considerado en la cartografía
geológico – geotécnica. No obstante, de forma puntual, se han observado
acumulaciones relativamente importantes de depósitos aluviales y de ladera que
se han cartografiado.
Sobre las rocas de las formaciones existentes en el tramo, se han observado
pequeños depósitos coluviales (QC), suelos eluviales con gran desarrollo (QJ) y
algunos aluviales (QAL) más escasos. Se han observado depósitos de origen
antrópico, debidos a la infraestructura del antiguo ferrocarril existente en la zona.
Se trata de rellenos (R) y vertidos (V) de materiales pétreos, procedentes de la
excavación de túneles.
A continuación se describen brevemente las características de estos
depósitos:
Depósitos coluviales (Qc): Están constituidos por cantos angulosos de filitas,
metareniscas, esquistos y granitos englobados en una matriz areno – limosa ó
arcillosa de tonos crema, marrones, pardos y rojizos. La naturaleza de los
cantos depende de la formación litológica existente en el área fuente. Los
espesores máximos observados en sondeos llegan a los 3 m. El trazado cruza
estos depósitos en varios puntos, aunque todos en túnel.
Depósitos aluviales (QAl): Son escasos en este tramo. El trazado no cruza
estos depósitos en ningún punto. Se han cartografiado pequeños depósitos
próximos hacia los pk 412+000 y 412+800. Los depósitos más importantes son
los aluviales de río Arnoia, al Norte de la traza. Están constituidos por limos
arenosos y gravas de cuarcitas, filitas y granitos con matriz limo-arenosa.
Depósitos eluviales (QJ): En zonas puntuales del Granito de Alberguería, al
final del trazado, en la boca de salida del Túnel de Prado, se han observado
granitos alterados “in situ” a jabres, con GM–V. En ellos se reconocen las
estructuras originales del granito, con diques y bolsas pegmatíticas, aplíticas y
filones de cuarzo sin alterar. Su espesor, observado en algunos afloramientos
es de 2 – 3 m de forma puntual. En los sondeos (ST-33 y SD-34), se han
perforado entre 9 y 20 m de jabres, con algunos bolos de granito intercalados.
Página
38
Rellenos y Vertidos (R y V): Los rellenos (R) son los terraplenes y
pedraplenes del ferrocarril actual. Están constituidos por cantos y bloques de
distintas litologías (filitas, cuarcitas, granitos) procedentes de la excavación de
los numerosos túneles existentes. Los vertidos (V), son materiales sin
compactar, relacionados también con la excavación de los túneles de la vía
actual. Son materiales sobrantes no utilizados para construir rellenos. Se
vertían adosados a los propios terraplenes o cerca de las bocas de los túneles
de los que procedían (escombreras). Los espesores detectados en la
investigación, han oscilado entre 0,5 – 6,50 m (ST-25). Sin embargo, los
grandes rellenos visibles del ferrocarril actual, indican que se puede alcanzar
espesores superiores a los 30 m en el centro de dichos grandes terraplenes.
3.1.2. Formaciones geotécnicas consideradas
Para la caracterización geotécnica se han agrupado algunas formaciones en
las que el comportamiento geotécnico se considera similar.
De este modo, se han analizado conjuntamente, por un lado, las formaciones
geológicas OQP -alternancias de cuarcitas y pizarras-, de la Unidad de
Invernadeiro, junto a las formaciones OQEC -alternancia de cuarcitas y esquistos
y OG – gneises, del Grupo de Santabaia, constituyendo el GRUPO 1. Por otro
lado, se han agrupado las formaciones OP – pizarras grises silíceas - y OE –
esquistos de Baldriz del Grupo de Sanatabaia, denominándolas a todas ellas
GRUPO 2.
En la práctica, se podrían agrupar también estos dos grupos geotécnicos,
dado que en realidad resultan geotécnicamente muy parecidas, como se observa
en los apartados siguientes. Su mayor diferencia es debida a la presencia de
areniscas y cuarcitas en el primer grupo, debido a lo cual es posible que los
desgastes de cortadores en esta formación sean superiores.
Se considera que las rocas con grados de meteorización IV y V tienen
comportamiento próximo a los suelos y como tal se han caracterizado,
asignándoles los rangos de valores de RMR por debajo de 40 puntos. Por
consiguiente, las formaciones se han agrupado en los siguientes grupos
geotécnicos:
Página
39
GRUPO 1 Unidad Invernadeiro y Grupo de Santabaia, caracterizados
por alternancias de cuarcitas y esquistos sanos a
moderadamente meteorizados y gneises. OQP, OQEC y OG
(GM-I-II-III).
GRUPO 2 Pizarras y filitas sanas a moderadamente meteorizadas.
Formaciones OP y OE (GM-I-II-III).
GRUPO 3 Unidad Invernadeiro y Santabaia meteorizadas.
OQP, OQEC y OG (GM. IV-V)
GRUPO 4 Pizarras y filitas meteorizadas. Formaciónes OP y OE
(meteorización GM. IV-V).
GRUPO 5 Formaciones cuaternarias con depósitos coluviales (QC),
depósitos Aluviales (QAl), rellenos (R) y vertidos (V).
GRUPO 6 Granitos sanos o moderadamente meteorizados. Formación
GRA (GM-I-II-III)
GRUPO 7 Granitos meteorizados y suelo residual procedente de los
granitos (jabres). Formación GRA (GM. IV-V) y QJ.
3.2. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DE LOS MATERIALES
En el presente apartado se resumen las características geotécnicas de las
distintas formaciones geotécnicas diferenciadas a partir de las investigaciones
realizadas.
3.2.1. GRUPO 1: Cuarcitas, filitas y gneises sanos a moderadamente
meteorizados. GM I-II-III.
Este grupo geotécnico comprende a la Unidad del Invernadeiro y el Grupo de
Santabaia, con las formaciones Cuarcitas y Filitas del Invernadeiro (OQP, OQF,
Fe), Cuarcitas y Filitas de Carraxo (OQEC) y Metavulcanitas de Carraxo (OG). Se
caracteriza por la presencia de rocas silíceas abrasivas como cuarcitas y gneises.
Página
40
La traza atraviesa este numeroso Grupo geotécnico entre Riobó y el contacto
con el granito de Alberguería y en el “roof pendant” de Riobóo. Cerca del granito,
la formación OQEC, se presenta afectado por metamorfismo de contacto, con
desarrollo de biotitas y otros minerales (facies “mosqueadas”).
El túnel de Prado afectará a este Grupo.
Para el análisis de estas rocas, en los ensayos de identificación y los de
resistencia, se ha realizado una distinción de las muestras con mayor o menor
grado de meteorización, denominando GRUPO 1A aquellas muestras con G.M. I
ó II y GRUPO 1B a las que se han caracterizado con un grado de meteorización
G.M. III. Sin embargo, de este análisis no se han sustraído importantes
conclusiones debido a la poca representación de muestras con grados de
alteración G.M. III.
Ensayos de identificación.
La roca en estado sano, grado II o inferior, presenta una densidad seca media
de 26 kN/m3, con valores que oscilan entre 24 y 28 kN/m3. La densidad aparente
oscila en el mismo rango de valores que la densidad seca, debido a que la
humedad, en general, ha resultado muy baja.
La roca moderadamente meteorizada, con grado III, muestra una densidad
seca media de 25,4 kN/m3 y aparente de 25,8 kN/m3, con variaciones de 23 a 28
kN/m3 en ambos casos.
La humedad natural en las muestras de los sondeos varía entre 0,1% y 3,6%,
con un valor promedio de 0,8% en la roca con grados de meteorización I y II. La
porosidad de 10 muestras presenta una gran dispersión, obteniendo valores
comprendidos entre 1,3% y 12,60%, con un valor promedio de 6,10%. Para las
muestras de grado III, se han obtenido valores entre 0,10% y 5,60%, con una
media de 1,60%. La porosidad ha oscilado entre 2,30% y 16,60%, con un valor
medio de 9%.
En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, densidad
aparente, humedad y porosidad obtenidos de las muestras de los sondeos en
estos materiales:
Página
41
Tabla nº 17: GRUPO1A. Resumen de ensayos de identificación. GM. I-II
Densidad seca
(kN/m3)
Densidad aparente
(kN/m3)
Humedad
(%)
Porosidad
(%)
Nº de valores 38 38 38 10
Promedio 26,2 26,5 0,8 6,1
Máximo 28,2 28,4 3,6 12,6
Mínimo 23,6 24,1 0,1 1,3
Desviación
estándar 0,9 0,9 0,8 4,2
Tabla nº 18: GRUPO1B. Resumen de ensayos de identificación GM. III
Densidad seca
(kN/m3)
Densidad aparente
(kN/m3)
Humedad
(%)
Porosidad
(%)
Nº de valores 14 14 14 3
Promedio 25,4 25,8 1,6 9
Máximo 27,8 27,9 5,6 16,6
Mínimo 23 23,8 0,1 2,3
Ensayos de resistencia y deformabilidad.
Se han realizado 28 ensayos de resistencia a compresión simple en los
materiales del grupo 1, obteniendo los siguientes resultados:
Página
42
Tabla nº 19: GRUPO 1. Resumen de ensayos de RCS.
Resistencia a compresión
simple (MPa)
Nº de valores 28
Promedio 24,8
Máximo 104,4
Mínimo 4,7
Desviación estándar 22,6
Tal como se deduce de la tabla anterior, los valores resultantes de los ensayos
muestran, a priori, una gran dispersión. En general, en rocas que presentan
planos de esquistosidad, tales como las que forman el grupo geotécnico 1, es
complicado obtener unos parámetros representativos de la roca intacta, dado que
al extraer el testigo de roca del sondeo, éste se abre por los planos de
esquistosidad. Además, los resultados también dependen mucho de la orientación
de la esquistosidad en relación a la dirección de aplicación de la carga en el
ensayo de resistencia a compresión simple. Otro factor que puede influir en los
resultados puede ser el grado de alteración de la roca y la profundidad a la que se
ha recogido la muestra. De este modo, se ha realizado un análisis de la influencia
de estos factores en la resistencia a compresión simple de la roca intacta.
Los valores de resistencia a compresión simple deducidos de sondeos en roca
del grupo 1A, presentan una gran dispersión, desde 4,9 MPa hasta 104 MPa, con
un valor medio de 28,3 MPa. Para la roca moderadamente meteorizada el valor
medio es 12,1 MPa, oscilando entre 4,7 y 30,5 MPa.
En los siguientes cuadros se presentan los valores estadísticos obtenidos en
los ensayos de resistencia a compresión simple:
Página
43
Tabla nº 20: GRUPO 1A. Resumen de ensayos de RCS G.M. I-II
Resistencia a compresión simple
(MPa)
Nº de valores 22
Promedio 28,3
Máximo 104,4
Mínimo 4,9
Desviación estándar 24
Tabla nº 21: GRUPO 1B Resumen de ensayos de RCS G.M. III
Resistencia a compresión simple
(MPa)
Nº de valores 6
Promedio 12,1
Máximo 30,5
Mínimo 4,7
Desviación estándar 9,6
El valor de 104 MPa corresponde con una muestra ensayada en metabasita,
por lo que no es representativa del grupo geotécnico. También se han desechado
otros ensayos con valores muy bajos de resistencia a compresión simple que no
resultan muy reales.
En la siguiente gráfica (figura 4) se observa la variación de la resistencia a
compresión simple con la profundidad, diferenciando las muestras por su grado
de meteorización:
Página
44
Figura 4: Relación de la resistencia a compresión simple con la profundidad
Como se observa en el gráfico, no hay una correlación clara entre los valores
de la resistencia a compresión simple y la profundidad de las muestras. Se
deduce que las muestras ensayadas con grados de meteorización I a II presentan
valores de la resistencia a compresión simple en general superiores a los
obtenidos para las muestras de grados de meteorización III.
En las figuras 5, 6 y 7, se presentan otros datos sobre resistencia a la
compresión simple.
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
200,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00
Pro
fun
did
ad
(m
)
RCS (MPa)
GRUPO1A
GRUPO1B
Página
45
Figura 5: Rangos de valores de resistencia a compresión simple.
Frecuencias
Figura 6: Rangos de valores de resistencia a compresión simple
distinguiendo grados de meteorización. Frecuencias
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0-10 10-20 20-30 30-40 >40
Pobl
ació
n de
qu
Rango valores de qu (MPa)
Grupo 1
Po
bla
ció
n d
e q
u
Rango valores de qu (MPa)
Grupo 1A
Grupo 1B
Página
46
Figura 7: Rangos de valores de resistencia a compresión simple. Valores.
Por otro lado, en un artículo publicado en la revista Ingeopres, que data de
noviembre de 2007 Aspectos geotécnicos de los túneles excavados en esquistos
y filitas. L. Cornejo, M. Arlandi, se hace referencia a que, en general, las rocas
esquistosas presentan una marcada anisotropía de resistencia. Dicho de otra
forma, la esquistosidad ejerce una gran influencia en la resistencia de la roca, de
modo que, para valores del ángulo de esquistosidad pequeños, la resistencia
aumenta, en valores intermedios la resistencia es menor y a medida que aumenta
dicho ángulo, la resistencia vuelve a aumentar. Para estudiar este aspecto, en el
artículo se sugiere elaborar un gráfico donde se muestra la relación entre la
resistencia a la compresión simple con el ángulo que forma la esquistosidad con
la dirección de la carga del ensayo uniaxial, esto es, la vertical. Particularizando
para las muestras disponibles, se obtiene el siguiente gráfico:
0
20
40
60
80
100
120
9,8
5,2
7,7
7
4,8
9
6,9
6
7,9
3
4,6
9
5,7
10
,24
11
,8
11
,59
17
,2
15
,8
13
,8
10
,2
25
,92
25
,78
22
,6
30
,32
34
,1
30
,9
30
,51
69
,33
10
4,4
41
,5
42
,1
43
,9 50
0-10 10-20 20-30 30-40 >40
Val
ore
s d
e q
u (
MP
a)
Rango valores de qu (MPa)
Grupo 1
Grupo 1
Página
47
Figura 8: GRUPO 1. Relación de la resistencia a compresión simple con
la orientación de la esquistosidad.
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
110,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
RC
S (
MP
a)
Beta b (º)
GRUPO 1A
GRUPO 1B
Página
48
Figura 9: GRUPO 1. Valores medios de la resistencia a compresión
simple en relación con la orientación de la esquistosidad.
Como se observa en el gráfico anterior (figura 9), la mayor concentración de
valores se encuentra en las muestras con un ángulo alrededor de 45º, con valores
que oscilan desde 4,89 hasta 25,92 MPa. En general, para los valores de altos
(ángulos de esquistosidad subhorizontales), iguales o superiores a 40º, se han
obtenido resistencias a compresión simple superiores que para los valores de
inferiores a 40º, como cabe esperar. En los sondeos se ha verificado que las
muestras en general se abren fácilmente por las esquistosidades, por lo que no es
de extrañar que en direcciones más o menos paralelas a la carga, la rotura se
produzca para valores bajos de la misma. De hecho, en la mayor parte de las
muestras ensayadas, la rotura se ha producido a favor de los planos de
esquistosidad.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
10 15 25 30 40 45 50 60 70 75 80
Promedio de qu (°)
BETA (°)
Página
49
En la siguiente tabla se muestran los promedios obtenidos:
Tabla nº 22. GRUPO1. Resumen de ensayos RCS (MPa) en relación con el
ángulo
α < 45º α> 45º
Nº de valores 8 16
Promedio qu
(MPa) 24,6 17,4
Máximo 69,3 42,1
Mínimo 4,7 4,9
Desviación
estándar 24 11
Además de lo anterior, los resultados de resistencia a compresión simple
derivados de ensayos de carga puntual, ensayo Franklin, en los que no influye la
esquistosidad, han resultado inferiores a los obtenidos en los ensayos de
resistencia a compresión simple, tal como se indica en las siguientes tablas:
Tabla nº 23. GRUPO 1A. Resumen de ensayos de carga puntual Franklin
Resistencia a compresión simple
(MPa)
Nº de valores 2
Promedio 2,2
Máximo 2,7
Mínimo 1,7
Desviación estándar 0,7
Página
50
En seis de los ensayos de resistencia a compresión simple de las muestras del
grupo 1 se han medido las deformaciones uniaxiales con el fin de determinar los
parámetros deformacionales del macizo. Los valores estadísticos obtenidos han
sido los siguientes:
Tabla nº24.GRUPO 1. Resumen de ensayos de módulos de Young y Poisson
ensayos de resistencia a compresión simple con bandas.
Módulo de Young
E (MPa)
Módulo de Poisson
Nº de valores 6 6
Promedio 21.396 0,18
Máximo 51.359 0,36
Mínimo 4.274 0,07
Desviación estándar 16.156,2 0,12
Según la bibliografía consultada (Cimentaciones, Rodríguez Ortiz et al.), los
coeficientes de Poisson habituales para estas rocas están en el entorno de 0,12 a
0,20, por lo que en general se encuentran en rango inferior de estos límites, a
excepción de dos valores que resultan superiores.
A partir de estos ensayos, para la roca intacta del grupo 1 se ha tomado un
módulo de deformación de 16.000 MPa, que se encuentra en el entorno del valor
medio.
No se han realizado ensayos dilatométricos en el tramo en proyecto. Por tanto,
para la caracterización geotécnica se tienen en consideración los realizados en
tramos adyacentes. Los resultados obtenidos se muestran a continuación:
Tabla nº 25. GRUPO 1. Resumen de ensayos dilatométricos en tramos
adyacentes.
Página
51
GRUPO 1A
(MPa)
GRUPO 1B
(MPa)
TOTAL
(MPa)
Nº de valores 3 1 4
Promedio 5.566 2.076 4.693
Máximo 11.731 3.003 11.731
Mínimo 825 1.353 825
Desviación estándar 3457 696 3.361
Durante la campaña de ampliación no se efectuaron ensayos presiómetricos
en estos materiales.
En estos valores se han presentado desviaciones muy importantes. La
relación entre los valores de módulos de deformación y resistencia a compresión
simple debe encontrarse entre 200 y 500. En el caso de este grupo geotécnico, se
han obtenido valores del cociente Ei/ci comprendidos entre 13 y 500.
Para las condiciones específicas de terreno y montera del túnel se
particularizarán los valores de módulos de deformación a emplear en los cálculos
comprobando que se encuentran dentro de los órdenes de magnitud de los
resultados de los ensayos in situ.
Tabla nº 26. GRUPO 1. Resultados de ensayos triaxiales.
1
(MPa)
3
(MPa)
Nº de valores 9 9
Promedio 35,4 1,8
Máximo 64,3 4,1
Mínimo 7,1 0,6
Desviación estándar 22,3 1,2
Se dispone de 12 ensayos de tracción indirecta o brasileños. Los valores
estadísticos de dichos ensayos se presentan a continuación:
Página
52
Tabla nº27: GRUPO 1. Resumen de resultados de ensayos de ensayos brasileños
Para caracterizar las propiedades de la roca intacta se emplean los datos
derivados de los ensayos de resistencia a compresión simple, brasileños y
triaxiales.
No se disponen de suficientes ensayos triaxiales y brasileños, por lo que se
estima oportuno considerar los ensayos realizados para la misma formación en
zonas próximas. Se tienen en cuenta, por tanto, los datos obtenidos en los
ensayos realizados en tramos adyacentes, con el fin de afinar el cálculo de los
parámetros del macizo rocoso.
Se ha considerado el criterio desarrollado por Hoek y Brown, en el que se
determina la tensión máxima (σ’1) que produce la plastificación del material para
una tensión principal menor (σ’3) dada mediante la expresión:
a
ci
bci sm
' + ' '
331 (1)
donde:
σ’1 y σ’3 : tensiones efectivas máxima y mínima en rotura.
mb : constante de Hoek y Brown para macizos rocosos.
s y a: constantes que dependen de las características del macizo rocoso.
σci : resistencia a compresión simple de los bloques de roca intacta.
Ensayos brasileños
(MPa)
Nº de valores 12
Promedio 4
Máximo 10,7
Mínimo 1,2
Desviación estándar 3,4
Página
53
Para los bloques de roca intacta, los valores de a y s son respectivamente 0,5
y por tanto, aplicando el criterio en esta hipótesis, se obtiene:
5,0
331 1
' + ' '
ci
ici m (2)
donde:
mi : constante de Hoek y Brown para roca intacta.
La determinación del parámetro mi de la matriz de roca inalterada se ha
efectuado mediante la realización de ensayos triaxiales, de resistencia a
compresión simple y brasileños, sobre muestras de testigos parafinados. Para
obtener el valor de mi se ha realizado en la ecuación (2) el cambio:
y = (’1 – ’3)² (3)
x = ’3
Con lo que el criterio de rotura toma la forma:
y = m ci . x + ci2 (4)
Representando los valores de x e y en una gráfica, el valor de mi se obtiene
aproximando los resultados de los ensayos efectuados mediante una recta
ajustada por el método de los mínimos cuadrados, incluyendo los valores de la
resistencia a compresión simple y de resistencia a tracción.
Resulta, por tanto:
(’1 – ’3)² = mi . ci . ’3 + ci²
de esta expresión se obtiene mi y ci.
Para la correlación se han empleado los valores de los ensayos de laboratorio
correspondientes a las muestras de grados de alteración I, II y III, eliminando los
valores que despuntan tanto por arriba o por abajo.
La correlación resultante se muestra en la siguiente figura:
Página
54
Figura 10: Correlación de Hoek y Brown
De donde se obtiene:
mi = 7,23
ci = 21,82 MPa
Si se considera que los ensayos realizados sobre roca del grupo 1A son más
representativos para la estimación de la resistencia de la roca intacta, el valor
obtenido con el criterio de Hoek y Brown es del mismo orden de magnitud que la
media de éstos (22 MPa).
Por otro lado, tal como se ha desarrollado anteriormente, los ensayos sobre
muestras que presentan un ángulo de esquistosidad de 45º o inferior respecto a la
horizontal son más realistas. En los ensayos disponibles en este tramo se ha
obtenido un promedio de unos 24 MPa, algo inferior al valor obtenido mediante
este último análisis. Sin embargo, hay que reseñar que en este análisis se tienen
en cuenta, además de los ensayos de resistencia a compresión simple, los
ensayos triaxiales y brasileños.
Para la caracterización de estos materiales se tomará un valor de la
resistencia a compresión simple de la roca intacta de 22 MPa.
CORRELACIÓN HOEK-BROWNy = 157,81x + 476,31
R2 = 0,1726
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
-10 0 10 20 30 40 50
3
(1-
3)2
Página
55
El valor de mi resulta inferior a los valores habituales para las areniscas, en las
que suele ser del orden de 17±3, y muy parecido al valor recomendado para las
filitas, de 7±3. No obstante, el grado de correlación obtenido es muy bajo.
Figura 11: Valores de mi en las rocas del grupo 1
Con los valores anteriores se ha elaborado la curva que define el criterio de
plastificación de Hoek y Brown:
Página
56
Figura 12: Criterio de plastificación de Hoek y Brown
El valor de la resistencia a compresión simple así obtenido es ligeramente
inferior a la media estricta de los valores de ensayo, mientras que el valor de mi
resulta muy inferior a los valores habituales para este tipo de roca.
Para definir los parámetros de Mohr Coulomb se realiza el ajuste con el criterio
lineal de Mohr-Coulomb, cuya expresión es:
31 · Kc
Donde la constante K queda definida por:
sen
senK
1
1
es el ángulo de rozamiento interno de la roca
Por tanto, el valor de la cohesión y del ángulo de rozamiento puede deducirse
a partir de las siguientes expresiones:
90·2 nata
cos2
1 senc c
En la siguiente gráfica se presenta la recta de Mohr-Coulomb para el grupo 1.
Se ha tomado una recta secante de modo conservador.
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57
Figura 13: Correlación criterio de plastificación de Hoek y Brown y Mohr
Coulomb
Empleando una resistencia a compresión simple igual al promedio de los
ensayos (22 MPa) se obtienen los valores de cohesión y ángulo de rozamiento
siguientes:
c = 5,65 MPa
= 35º
Estos valores serán válidos para un rango de presiones de confinamiento
entre
0,6 MPa y 4,1 MPa, que son las alcanzadas por los ensayos triaxiales, si bien
pueden hacerse extensibles a otros valores superiores extrapolándolos para las
condiciones reales de montera de los túneles
A pesar de establecer unas hipótesis conservadoras, los valores resultantes se
consideran optimistas.
A continuación se presenta la parábola de Hoek y Brown para un caso
general, obteniendo de esa forma los parámetros resistentes del macizo. Se ha
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
-10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0
Ten
sió
n p
rin
cip
al m
ayo
r
1 (M
Pa)
Tensión principal menor 3 (MPa)
CORRELACIÓN HOEK-BROWN & MOHR-COULOMB GRUPO 1
Página
58
realizado para los valores de GSI más típicos en estas formaciones. Valores
inferiores a 40 se han considerado dentro del grupo geotécnico 3 que se corresponden
con la roca más meteorizada (GM. IV-V).
El análisis de los parámetros de los macizos rocosos aplicados a túneles se
realizará en el apartado de Geotecnia de túneles, donde se particularizan los
resultados para las monteras y calidades geomecánicas del macizo presente en
los túneles. (figuras 14, 15 y 16)
Figura 14: GRUPO 1. Parábola de Hoek y Brown GSI = 60
Página
59
Figura 15: GRUPO 1. Parábola de Hoek y Brown GSI = 60
Página
60
Figura 16: GRUPO 1. Parábola de Hoek y Brown GSI = 40
Página
61
Tabla nº 28: GRUPO 1. Valores de parámetros de roca intacta y macizo rocoso
GSI
General Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso
3,max
(MPa) ci mi Ei
(Mpa) mb s a
c (MPa)
ºtm
(MPa) cm
(MPa)
Em (MPa)
60 5,45 21,82 7,23 16.000 1,733 0,0117 0,503 1,181 31 0,15 4,15 8.320
50 5,45 21,82 7,23 16.000 1,212 0,0039 0,506 0,986 28 0,07 1,34 4.915
40 5,45 21,82 7,23 16.000 0,848 0,0013 0,511 0,828 25 0,03 0,72 2.555
Los valores del módulo de deformación del macizo que se han obtenido con la
parábola de Hoek y Brown se encuentran comprendidos en el mismo rango de
valores que se han alcanzado en los ensayos dilatométricos y presiómetricos. En
las rocas con mayor índice de calidad el módulo de deformación del macizo se
mantiene algo por debajo del intervalo superior de valores (el valor máximo
obtenido de los ensayos in situ ha sido superior a 11.000 MPa). En el caso de los
índices de calidad más bajos, los módulos resultan, en orden de magnitud,
entorno a la rama más intermedia de valores (la media oscila entre 3.000 y 5.000
MPa aproximadamente). El extremo inferior de los ensayos se considera más
apropiado para las rocas de más baja calidad geotécnica y más fracturadas, que
se incluyen ya en el grupo geotécnico 3.
Se dispone de 11 ensayos de corte directo en juntas para el grupo geotécnico
1. Para analizar los datos de manera conjunta se ha elaborado un diagrama P-Q
con la totalidad de resultados obtenidos en los ensayos:
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62
Figura 17. GRUPO1.Diagrama P-Q. Ensayos de corte directo en juntas
De donde se obtienen los siguientes valores de cohesión y ángulo de rozamiento en
juntas:
c (t/m2) º
1,44 44,6
A pesar de que el ajuste de los datos en el diagrama P-Q es adecuado, con un
grado de correlación muy elevado, del 95,85%, el valor obtenido para la cohesión
en juntas parece muy elevado, de acuerdo con las observaciones realizadas en
las estaciones geomecánicas de esta formación. Valores elevados de cohesión en
juntas dan lugar a análisis de estabilidad excesivamente optimistas, que no se
corresponden con la realidad.
Se incluyen los cálculos de tres análisis retrospectivos realizados en los
materiales del GRUPO 1. Estos análisis se han realizado con el programa
CALEST y se han comprobado con el programa SWEDGE, con el fin de
determinar unos parámetros resistentes en juntas más realistas. Los análisis se
basan en algunas caídas de bloques y cuñas observadas en los desmontes del
ferrocarril existente. Tanteando los valores de ángulos de rozamiento y de
cohesión hasta llegar a un factor de seguridad crítico, se obtuvieron las parejas de
valores más probables en esta formación. A partir de estos análisis se ha
y = 0,7021x - 0,1025R² = 0,9585
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 2 4 6 8 10 12
Q (K
g/c
m2)
P (Kg/cm2)
DIAGRAMA P-Q
Círculos de Mohr
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63
observado que, con valores de la cohesión superiores a 0,3 t/m2, para un ángulo
de rozamiento de 30º, no se producirían las caídas existentes, por lo que, del lado
de la seguridad, se ha adoptado la siguiente pareja de valores, que resulta más
razonable:
c (t/m2) º
0 30
Se han realizado 8 ensayos de velocidad sónica con un resultado variable
entre 1.159 m/s y 4.607 m/s, con un valor medio de 2.854 m/s. Estos valores son
inferiores a los valores obtenidos con las referencias bibliográficas de este tipo de
rocas en estado sano, por lo que indican un elevado grado de microfracturación.
Para asignar un criterio de la calidad del macizo rocoso atravesado por los
túneles se ha empleado el criterio de Coon and Merrit (1970). Este criterio tiene
en cuenta el coeficiente entre la velocidad de las ondas longitudinales medida in
situ en el macizo rocoso con la velocidad medida en probetas de matriz rocosa en
laboratorio (V in-situ / V lab )2, que se ha denominado índice de velocidad relativa.
Para este cálculo se ha considerado los valores de las velocidades sónicas de las
probetas ensayadas en el entorno del túnel, y la velocidad sísmica obtenida en los
perfiles de sísmica de refracción en esta formación (2.700 m/s). El valor obtenido
de esta relación oscila entre 0,34 y 5,43, lo que indica una escasa correlación
entre los valores de módulos de deformación in situ y en laboratorio. En cualquier
caso, los resultados basados en velocidades sónicas en general son poco
precisos y no suficientemente contrastados.
Tablaº 29: GRUPO 1. Resumen de resultados de velocidad sónica
GRUPO 1 Vin situ
(V in-situ / V lab )2
Nº de valores 8
2.700
8
Promedio 2.853,6 0,89
Máximo 4.607,0 0,34
Mínimo 1.159,0 5,42
Desviación estándar 1103,2 5,98
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64
Ensayos de estabilidad frente a sulfatos sódico y magnésico
Mediante estos ensayos puede obtenerse una información útil para juzgar la
calidad de los áridos que han de estar sometidos a la acción de los agentes
atmosféricos, sobre todo cuando no se dispone de datos sobre el comportamiento
de los materiales que se van a emplear en las condiciones climatológicas de la
obra. Se basa en determinar la resistencia a la desintegración de los áridos por la
acción de soluciones saturadas de sulfato sódico o magnésico.
Se ha ensayado una muestra para conocer su estabilidad al NaSO4 y cuatro
más al MgSO4. El resumen de resultados obtenidos es el siguiente:
Tabla nº 30: GRUPO 1. Resumen de valores de ensayos de estabilidad frente
a sulfatos sódico y magnésico.
Estabilidad frente al NaSO4 (%) Estabilidad frente al MgSO4 (%)
Nº de valores 1 4
Promedio 33 6
Máximo 33 15,4
Mínimo - 1,3
Desviación estándar - 6,4
En el caso del sulfato sódico, el único valor ensayado no cumple los
requerimientos indicados en el Pliego de ADIF (PGP-2008 v 1.11) para su empleo
en pedraplenes, donde se exige que las pérdidas en el ensayo de ataques de
sulfatos sódico sean inferiores al 20%. Considerando los resultados obtenidos en
tramos adyacentes, se comprueba que de 6 ensayos más realizados, únicamente
uno no cumple los requerimientos indicados en Pliego. Para el caso del sulfato
magnésico, todas las muestras ensayadas en el tramo cumplen con la norma. Los
mismos valores son requeridos para su empleo como cimiento drenante.
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65
Ensayos de desgaste y durabilidad
Se han realizado ensayos de desgaste Los Ángeles, Micro Deval húmedo y
coeficiente de Friabilidad para evaluar el posible aprovechamiento del material
extraído de la excavación del túnel en mina.
El ensayo de desgaste los Ángeles: Este ensayo se recoge en la norma NLT-
149 “Resistencia al desgaste de los áridos por medio de la máquina de Los
Ángeles”. La máquina de Los Ángeles consiste en un tambor cilíndrico de acero
que gira en posición horizontal. Este cilindro está provisto de una abertura para
introducir la muestra que se desea ensayar y un entrepaño para conseguir el
volteo del material.
En la máquina de Los Ángeles se introduce una muestra de árido limpio y
lavado, con una de las siete granulometrías indicadas por la norma, y una carga
abrasiva compuesta de esferas de fundición o de acero, cuyo peso total depende
de la granulometría elegida. Con la muestra y la carga abrasiva en el interior del
tambor, se hace girar este a una velocidad constante y durante un número
determinado de vueltas, tras lo que se separa la muestra por el tamiz 1,6 UNE,
lavando y secando en estufa lo retenido en el.
El resultado del ensayo es la diferencia entre el peso original de la muestra y
su peso al final del ensayo, expresada en tanto por ciento del peso inicial. A este
valor numérico se le denomina coeficiente de desgaste Los Ángeles.
Por lo general, se puede decir que coeficientes superiores a 50 corresponden
a áridos de mala calidad, no aptos para la construcción de capas de firme.
Coeficientes inferiores a 20 corresponden a áridos con resistencia al desgaste
suficiente para cualquier posible aplicación, y en particular, para capas de
rodadura bituminosas que hayan de soportar tráfico pesado.
Determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por
abrasión utilizando el aparato Micro Deval. El ensayo Micro-Deval es un
ensayo útil como control de calidad porque detecta cambios en las propiedades
de un agregado procesado de una fuente como parte de un control de calidad o
para asegurar la calidad de un proceso.
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66
El ensayo Micro-Deval, en agregados gruesos, es una medida de la
resistencia a la abrasión y durabilidad de agregados pétreos que han sido
sometidos a la acción combinada de abrasión y molienda con bolas de acero en
presencia de agua. La muestra con graduación normalizada es inicialmente
sumergida en agua por no menos de una hora. La muestra es entonces colocada
en un recipiente de acero con 2.0 litros de agua y una carga abrasiva consistente
en 5000 g de bolas de acero de 9.5 mm de diámetro. El recipiente, agregado,
agua y carga se rotan a 100 rpm por 2 horas. La muestra luego es lavada y
secada en horno. La pérdida es la cantidad de material que pasa el tamiz de 1.18
mm (No 16), expresada como porcentaje de la masa original de la muestra.
La prueba de Micro Deval en agregados gruesos determina la pérdida por
abrasión en presencia de agua y de una carga abrasiva. Muchos agregados son
más débiles en estado húmedo que secos y el uso del agua en este ensayo mide
esta reducción de resistencia en contraste con otros ensayos que se realizan con
agregados secos solamente. Proporciona información útil para juzgar la
resistencia desgaste/abrasión y durabilidad/solidez de agregados sujetos a
abrasión y acción de desintegración con el medio ambiente cuando no existe
información adecuada de este tipo de comportamiento.
Ensayo de Friabilidad. La friabilidad es la resistencia que presenta un árido a su
degradación y rotura de sus vértices y aristas por efecto de una presión exterior.
El ensayo de Friabilidad se basa en la simulación de las condiciones tensionales a
las que se halla sometido un árido en el firme. Para ello, se introduce una muestra
de árido previamente tratada y compactada en un molde metálico y es apisonada
gradualmente aplicando una carga mediante un pistón al que se acopla un plato
rígido para distribuirla uniformemente. La velocidad de aplicación de la carga
deberá ser tal que ésta alcance su valor máximo en un tiempo inferior a 10
minutos, manteniendo dicho valor durante 2 minutos más. Tanto la carga aplicada
como el tamaño del molde varían en función de la granulometría empleada en el
ensayo.
Una vez concluida esta fase, se procede a tamizar los finos producidos
durante el apisonado, empleando tamices de 5,2.5 ó 1.6 mm. en función de la
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67
granulometría ensayada. El coeficiente de friabilidad se calcula como relación
entre el peso de los finos obtenidos y el peso inicial de la muestra:
C.F.= (Peso del material fino/Peso inicial) ×100
El inconveniente de emplear éste índice es la alta dispersión de resultados que
da para una misma muestra de árido, por lo que son necesarias muchas
determinaciones para hallar un valor suficientemente representativo.
Los resúmenes de estos ensayos se muestran en la siguiente tabla:
Tabla nº 31: GRUPO 1. Resumen de valores de ensayos de desgaste y
durabilidad
Microdeval (%) Coeficiente de
Friabilidad F (%)
Coeficiente de Los
Ángeles DLA (%)
Slake Durability
Index SDT (%)
Nº de valores 3 - 3 2
Promedio 33 - 35,3 97,1
Máximo 42 - 44 99,4
Mínimo 16 - 30 94,8
Desviación estándar 14,7 - 17,6 3,3
Ninguna de las muestras ensayadas presenta un coeficiente de Los Ángeles
dentro del rango indicado en el Pliego de ADIF para las capas de forma y
subbalasto (DLA<30% y DLA<28% respectivamente). Sin embargo, dos muestras
cumplen los requerimientos en cuanto a cimiento drenante (DLA<35%). De
acuerdo con las tres muestras ensayadas, este material cumple las condiciones
para su empleo como pedraplén (DLA<50%). Prestando atención únicamente a
este criterio, para poder emplear estos materiales en pedraplén, se deberían
seleccionar las muestras más cuarcíticas.
El valor medio en el ensayo de Microdeval ha sido de 33%, lo que cualifica al
material como no apto para su empleo en capas de sub-balasto o capa de forma
(MDE<22% y MDE<25% respectivamente). Sólo una muestra ha dado un valor de
16% dentro del rango admisible para su empleo como subbalasto.
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68
Ninguna de las muestras ensayadas presenta un coeficiente de Los Ángeles
dentro del rango indicado en el Pliego de ADIF para las capas de forma y
subbalasto (DLA<30% y DLA<28% respectivamente). Sin embargo, dos muestras
cumplen los requerimientos en cuanto a cimiento drenante (DLA<35%). De
acuerdo con las tres muestras ensayadas, este material cumple las condiciones
para su empleo como pedraplén (DLA<50%). Prestando atención únicamente a
este criterio, para poder emplear estos materiales en pedraplén, se deberían
seleccionar las muestras más cuarcíticas.
El valor medio en el ensayo de Microdeval ha sido de 33%, lo que cualifica al
material como no apto para su empleo en capas de sub-balasto o capa de forma
(MDE<22% y MDE<25% respectivamente). Sólo una muestra ha dado un valor de
16% dentro del rango admisible para su empleo como subbalasto.
No se disponen de ensayos de friabilidad en el tramo en estudio. No obstante,
los ensayos de friabilidad disponibles de tramos adyacentes, se encuentran fuera
del criterio fijado para su empleo en pedraplenes (F<25%), aunque sí cumplen en
todos los casos para material drenante de cimientos de terraplén (F<50%).
Se han recibido dos resultados del ensayo SDT, con valores que se clasifican,
según Gamble (1971) como materiales de durabilidad alta. En la tabla siguiente
se presenta el criterio de clasificación de Gamble:
Tabla nº 32: Criterio de clasificación de los macizos rocosos según su
durabilidad
GAMBLE (1971)
Índice ID2 Durabilidad al desmoronamiento
> 98 Muy alta
95 – 98 Alta
85 – 95 Media – alta
60 – 85 Media
30 – 60 Baja
< 30 Muy baja
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69
En este caso, ambos valores superan los requerimientos del Pliego para su
empleo como pedraplén y cimiento de terraplén drenante.
Ensayos de abrasividad y perforabilidad
Los equipos de ensayo Cerchar, el DRI (Drilling Rate Index) y el Índice
Schimazek entre otros, permiten caracterizar la dureza y grado de abrasividad de
laroca.
Permiten conocer directamente su dureza y abrasividad. A partir de la
caracterización mediante lámina delgada del porcentaje de cuarzo de la muestra
y otros minerales abrasivos, junto con el tamaño de grano y su resistencia a la
tracción, obtenemos el índice Schimazek. Estos parámetros son de gran
importancia para valorar el desgaste de los cabezales de los equipos de
perforación y excavación.
Uno de los ensayos de perforabilidad más completos es el denominado D.R.I.
(Drilling Rate Index). Los valores de DRI característicos de la roca se
correlacionan con la velocidad de perforación para cada martillo particular y
diámetro de taladro.
La abrasividad Cerchar se mide por el desgaste, expresado en décimas de
mílimetro, producido en la punta cónica de un punzón de acero al desplazarlo
horizontalmente sobra la muestra de roca 1cm. La medición del desgaste se
efectua mediante una lupa o un microscopio. Para conseguir una buena
determinación de la abrasividad, es necesario efectuar tres ensayos para cada
muestra de roca. La escala de abrasividad varía generalmente entre 1 y 10, con
un valor extremo de 15 para las rocas más abrasivas. La abrasividad de algunas
rocas se recoge en la siguiente tabla:
Tabla nº 33: Abrasividad de algunas rocas
ROCA ABRASIVIDAD CERCHAR
CARBON 0.1
PIZARRA 1.5
ARENISCA 5
ROCAS MUY ABRASIVAS 10
ROCAS EXTREMADAMENTE ABRASIVAS 15
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70
Se han solicitado en algunas muestras, ensayos de compresión y ensayos de
tracción, para obtener valores de tenacidad, directamente de muestras ensayadas
en estos materiales. La tenacidad obtenida según la fórmula Rt/Rc, resulta, por lo
tanto, en estas muestras:
Tabla nº 34: GRUPO 1. Resumen de resultados de tenacidad
GRUPO 1
Nº de valores 6
Promedio 0,265
Máximo 0,606
Mínimo 0,145
Desviación estándar 0,172
De forma aproximada, puede estimarse la rozabilidad según la tenacidad o
razón entre la resistencia a compresión simple y la resistencia a tracción, a partir
de los umbrales siguientes:
- Rocas fácilmente rozables: t/ ci < 0,1
- Rocas difícilmente rozables: t/ ci >0,1
Siendo t la resistencia a tracción, y ci la resistencia a compresión simple de
la matriz rocosa.
Los valores de tenacidad calculados superan en todos los casos el valor de
0,1, por lo que, según este criterio, las rocas correspondientes al GRUPO 1 se
encontrarían dentro del rango de rocas difícilmente rozables.
Se dispone de 16 ensayos de abrasividad Cerchar en materiales de este grupo
geotécnico, con un valor medio de 1,9 (0,1 mm). Los valores obtenidos en los
ensayos efectuados han dado los siguientes valores medios, máximos y mínimos
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71
Tabla nº 35: Resumen de Índice de abrasividad Cerchar
GRUPO 1
Nº de valores 16
Promedio 1,9
Máximo 3,8
Mínimo 0,0
Desviación estándar 1,3
El rango de valores de para la clasificación de abrasividad Cerchar se incluye
en el siguiente cuadro resumen:
Tabla nº 36: Criterio de clasificación en función de la abrasividad Cerchar
CLASIFICACIÓN CERCHAR, ÍNDICE DE ABRASIVIDAD
ÍNDICE DE ABRASIVIDAD CERCHAR (0,1 mm) DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA
< 1,2 Extremadamente poco abrasiva
1,2 – 2,5 Ligeramente abrasiva
2,5 – 3,5 Abrasividad media
3,5 – 4,0 Moderadamente abrasiva
4,0 – 4,25 Abrasiva
4,25 – 4,5 Altamente abrasiva
> 4,5 Extremadamente abrasiva
Atendiendo a los valores medios, las rocas del GRUPO 1 se clasifican, dentro
de este criterio, como rocas ligeramente abrasivas. No obstante, las desviaciones
de los valores de abrasividad han sido importantes, de manera que en algunos
casos pueden clasificarse como rocas moderadamente abrasivas.
A continuación se muestran los resultados de los valores estadísticos de los
ensayos de dureza Cerchar:
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72
Tabla nº 37: Resumen de Índice de dureza Cerchar
GRUPO 1
Nº de valores 13
Promedio 131
Máximo 536
Mínimo 16
Desviación estándar 170
Los criterios para clasificar la roca según su dureza son los siguientes:
Tabla nº 38: Criterio de clasificación en función de la dureza Cerchar
ENSAYO DE DUREZA CERCHAR
ÍNDICE CERCHAR DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA
0 – 20 Roca blanda
21 – 40 Roca poco dura
41 – 80 Roca dura
81 – 120 Roca muy dura
> 120 Roca extremadamente dura
Los valores de dureza Cerchar obtenidos de los ensayos han resultado muy
dispersos. Los valores mayores se han obtenido en las metareniscas y filitas
corneanizadas (OQEC), rocas del metamorfismo de contacto entre la formación
Invernadeiro (OQP) y el granito de Alberguería (GR), que posiblemente
corresponda con tramos de roca más metamorfizada. En cualquier caso, las
cuarcitas y pizarras del Invernadeiro también ha presentado valores de dureza
muy variables, pudiéndose clasificar en ocasiones desde roca blanda a
extremadamente dura.
Los valores estadísticos de los ensayos Schimazek se presentan en la tabla
siguiente, para el grupo geotécnico 1:
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73
TABLA Nº 39: Índice Schimazek F (kN/m)
GRUPO 1
Nº de valores 15
Promedio 0,4
Máximo 2,6
Mínimo 0,01
Desviación estándar 0,7
Los valores de índice Schimazek clasifican a la roca en función de su
rozabilidad de muy buena a muy mala, como sigue:
Tabla nº 40: Criterio de clasificación de la rozabilidad en función del índice
Schimazek.
CLASIFICACIÓN CERCHAR, ÍNDICE DE ABRASIVIDAD
ÍNDICE SCHIMAZEK F (kN/m) DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA
< 0,3 Rozabilidad muy buena
0,3 – 0,4 Rozabilidad buena
0,4 – 0,5 Rozabilidad moderada
0,5 – 0,6 Rozabilidad regular
0,6 – 0,8 Rozabilidad mala
0,8 – 1,0 Rozabilidad muy mala
Los valores de índice Schimazek también han dado valores muy dispersos. A
excepción de dos valores superior a 1, los valores típicos se encuentran entre
0,007 y 0,4, por lo que la roca se engloba dentro de las categorías de rozabilidad
buena a muy buena.
A través del ensayo Schimazek también se conocen los contenidos de cuarzo
de las muestras ensayadas, lo que tiene influencia también en la dificultad de
excavación.
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74
En la siguiente tabla se presentan los valores estadísticos de los contenidos
en cuarzo de esta formación geotécnica:
Tabla nº 41: Resumen de contenidos en cuarzo (%)
GRUPO 1
Nº de valores 14
Promedio 50
Máximo 93
Mínimo 0,5
Desviación estándar 33
Tal como se observa, las rocas del GRUPO 1 tienen, en general, un alto
contenido de cuarzo, con un promedio del orden del 50%.
Aunque los porcentajes de cuarzo son elevados, lo que puede repercutir en un
elevado consumo de cortadores en algunas zonas, sin embargo, las resistencias
de la roca, son bajas, de modo que la excavabilidad con tuneladora es viable, y
además, recomendable, en estas formaciones.
Se han realizado cinco ensayos DRI (Drilling Rate Test) para la caracterización
de la perforabilidad de los materiales del grupo 1. Este índice se obtiene a través
de dos ensayos de laboratorio:
Ensayo de caída (drop test), que proporciona una medida indirecta de la
energía necesaria para triturar la roca. El valor obtenido S20 representa el
porcentaje de material que pasa por un tamiz de 11,2 mm de abertura,
después de 20 impactos.
Ensayo de perforación (Siever’s miniature drill test) que da una medida
indirecta de la dureza de la superficie de la roca, representativa de la
resistencia a identación. El valor obtenido (SJ) se define como la profundidad
del taladro, medido en décimas de milímetro, después de 200 rotaciones
efectuadas por una pequeña barrena sometida a un empuje de 20 kg.
Se han obtenido los siguientes valores medios, máximos y mínimos en los
ensayos de drop-test y Siever’s miniature drill test:
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75
Tabla nº 42: Valores de ensayos de caída (S20) y perforación (SJ)
GRUPO 1
S20 SJ
Nº de valores 4 4
Promedio 53 40
Máximo 65 88
Mínimo 47 9
Desviación estándar 8 37
El cálculo del índice de perforabilidad se realiza introduciendo en la gráfica de
la figura 18 cada par de valores obtenidos de ambos ensayos.
Figura 18: Gráfica para la determinación del Drilling Rate Index
Página
76
En consecuencia, los rangos de valores en los que se establece el parámetro
DRI son:
Tabla nº 43: GRUPO 1.Resumen de valores de ensayos Drilling Rate Index
(DRI)
DRI
Nº de valores 5
Promedio 61,2
Máximo 86
Mínimo 48
Desviación estándar 15
Los valores medios de DRI se encuentran dentro de los valores esperados
para las filitas y pizarras y son algo superiores a los habituales para las areniscas,
como se desprende de la siguiente figura:
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77
Figura 19: Valores del Drilling Rate Index según la litología
Tabla nº 44: Criterio de clasificación en función de DRI.
Categoría perforabilidad DRI
Extremadamente baja < 25
Muy baja 26 - 32
Baja 33 - 42
Media 43 - 57
Alta 58 - 69
Muy alta 70 - 82
Extremadamente alta > 83
Tomando en consideración los valores medios de los ensayos de laboratorio
del índice DRI el grupo 1 se integran dentro de la categoría de perforabilidad alta.
El resto de valores se engloban entre las clases de perforabilidad media y
extremadamente alta.
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78
En cualquier caso, los resultados de estos ensayos demuestran que pueden
esperarse abrasividades importantes en las rocas metamórficas, asociadas
generalmente a la presencia de niveles areniscosos con elevados contenidos de
cuarzo.
3.2.2. GRUPO 2: Pizarras, filitas y esquistos sanos a moderadamente
meteorizados. GM-I-II-III.
Este grupo geotécnico comprende a la Unidad del Invernadeiro y el Grupo de
Santabaia, con las formaciones Pizarras de Luarca (OP), y Esquistos de Baldriz
(OE). Se caracteriza por la presencia de rocas pizarrosas, muy foliadas y de baja
resistencia.
Estos materiales son interceptados por el túnel de Prado en su zona central.
Debido a sus similares propiedades geotécnicas, se considera que las
Pizarras de Luarca y los Esquistos de Baldriz pertenecen a un mismo grupo
geotécnico.
Al igual que con el GRUPO 1, para el análisis de los ensayos de identificación
se ha realizado una distinción de las muestras con mayor o menor grado de
meteorización, denominando GRUPO 2A aquellas muestras con G.M. I ó II y
GRUPO 2B a las de meteorización G.M. III. Sin embargo, dada la poca
representatividad de estas últimas, finalmente se han caracterizado
conjuntamente.
Ensayos de identificación
Las densidades secas para la roca de grado de meteorización II o inferior, han
mostrado una media de 26,4 kN/m3, con valores que oscilan entre 24 y 28 kN/m3.
Se han obtenido valores de densidad aparente entre 25 y 28 kN/m3, con una
media de 26,8 kN/m3.
La roca moderadamente meteorizada, con grado III, muestra una densidad
seca media de 25,8 kN/m3 y aparente de 26,3 kN/m3, con variaciones de 25 a 27
kN/m3 en ambos casos.
La humedad natural en las muestras de los sondeos varía entre 0,2% y 4,2%,
con un valor promedio de 1,5% en la roca con grados de meteorización I y II. Para
Página
79
las de grado de meteorización III ha oscilado entre 0,9% y 3%, con un valor medio
de 2%.
La porosidad de 5 muestras en rocas sanas a moderadamente sanas presenta
valores comprendidos entre 1,9% y 4,3%, con un valor promedio de 3,3%. No se
han realizado ensayos para las muestras de grado III.
En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, densidad
aparente, humedad y porosidad obtenidos de las muestras de los sondeos en
estos materiales:
Tabla nº 45: GRUPO2A. Resumen de ensayos de identificación. GM. I-II
Densidad seca
(kN/m3)
Densidad aparente
(kN/m3)
Humedad
(%)
Porosidad (%)
Nº de valores 17 16 16 5
Promedio 26,4 26,8 1,5 3,3
Máximo 27,8 28 4,2 4,3
Mínimo 24,1 25,1 0,2 1,9
Desviación estándar 0,9 0,8 0,9 1
Tabla nº 46: GRUPO2B. Resumen de ensayos de identificación GM. III
Densidad seca
(kN/m3)
Densidad aparente
(kN/m3)
Humedad
(%)
Porosidad (%)
Nº de valores 5 5
5 -
Promedio 25,8 26,3 2,0 -
Máximo 27 27,3
3,0 -
Mínimo 24,7 25
0,9 -
Desviación estándar 1 1
0,8 -
Ensayos de resistencia y deformabilidad
El ensayo a compresión simple se utiliza para la determinación de la resistencia a
la compresión no confinada de suelos cohesivos, mediante la aplicación de una
carga axial
Página
80
con control de deformación. El ensayo se ejecuta sobre muestras inalteradas,
remodeladas o compactadas. Proporciona un valor aproximado de la resistencia
de los suelos cohesivos en términos de esfuerzos totales. Es aplicable solo a
materiales cohesivos que no expulsan agua, durante la etapa de carga del ensayo
y que mantienen su resistencia intrínseca después de remover las presiones de
confinamiento, como las arcillas o los suelos cementados. Los suelos secos
friables, los materiales fisurados, laminados o varvados, los limos las turbas y las
arenas no pueden ser analizados por éste método para obtener valores
significativos de la resistencia a la compresión no confinada.
Se han realizado 8 ensayos de resistencia a compresión simple en los
materiales del grupo 2, obteniendo los siguientes resultados:
Tabla 47: GRUPO 2. Resumen de ensayos de resistencia a compresión
simple.
Resistencia a compresión simple (MPa)
Nº de valores 8
Promedio 9,3
Máximo 27,9
Mínimo 1
Desviación estándar 9,2
La tabla anterior pone de manifiesto una acusada dispersión de resultados en
los ensayos de resistencia a compresión simple, que varían desde valores
inferiores a 2 MPa hasta 28 MPa. Al igual que en las rocas pertenecientes al
grupo geotécnico 1, los resultados de los ensayos de resistencia pueden ser muy
variables en función de diversos factores, tales como la meteorización y
profundidad de la muestra, la orientación de la esquistosidad, etc.
Los valores de resistencia a compresión simple deducidos de sondeos en roca
del grupo 2A, presentan una gran dispersión, desde 1 MPa hasta 28 MPa, con un
valor medio de 11,3 MPa. Para la roca moderadamente meteorizada el valor
medio es 6,1 MPa, oscilando entre 5,7 y 6,6 MPa.
Página
81
En la gráfica siguiente se observa la variación de la resistencia a compresión
simple con la profundidad.
Figura 20: Relación de la resistencia a compresión simple con la
profundidad
En la página siguiente se incluyen los gráficos de frecuencias y valores de
resistencias a compresión simple (figuras 21 y 22). Se observa que la mayoría de
las resistencias han resultado por debajo de 10 MPa.
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00P
rofu
nd
ida
d (
m)
RCS (MPa)
GRUPO2A
GRUPO2B
Página
82
Figura 21: Rangos de valores de resistencia a compresión simple.
Frecuencias
Figura 22: Rangos de valores de resistencia a compresión simple.
Valores
La escasez de ensayos de resistencia realizados en este tramo para el grupo
2, 8 muestras, y las bajas resistencias obtenidas para valores bajos de beta,
hacen que no sean representativos los resultados de estos ensayos para el Grupo
0
1
2
3
4
5
6
7
0-10 10-20 20-30
Po
bla
ció
n d
e q
u
Rango valores de qu (MPa)
Grupo 2
0
5
10
15
20
25
30
4,0
5
4,2
8
6,6
6,0
8
0,9
6
5,7
3
19
,11
27
,9
0-10 10-20 20-30
Val
ore
s d
e q
u (
MP
a)
Rango valores de qu (MPa)
Grupo 1
Grupo 1
Página
83
2. Se consideran, por tanto, los ensayos realizados sobre muestras obtenidas en
tramos adyacentes, con el fin de afinar la caracterización para esta formación.
Los resultados son los siguientes:
Tabla 48: GRUPO 2. Resumen de ensayos de resistencia a compresión
simple.
Resistencia a compresión simple (MPa)
Nº de valores 95
Promedio 14,3
Máximo 100,7
Mínimo 0,3
Desviación estándar 12,1
En la gráfica siguiente se observa la variación de la resistencia a
compresión simple de todas las muestras con la profundidad. Como se observa
en el gráfico adjunto, no hay una correlación clara entre los valores de la
resistencia a compresión simple y la profundidad de las muestras. Se deduce que
las muestras ensayadas con grados de meteorización I a II presentan valores de
la resistencia a compresión simple superiores a los obtenidos para las muestras
de grados de meteorización III. Por otro lado, éstas son menos abundantes.
Página
84
Figura 23: Relación de la resistencia a compresión simple con la profundidad.
Todas las muestras
Al igual que en el grupo geotécnico 1, en este apartado se estudia el efecto del
buzamiento de la esquistosidad en sondeos con respecto al valor de la resistencia
a compresión simple y se representa en una gráfica de resistencia a compresión
simple frente al ángulo que forma la esquistosidad con la dirección de la carga del
ensayo, ángulo denominado beta.
En general los valores mayores se dan en las zonas centrales de la gráfica,
donde las esquistosidades tienen ángulos beta de 15 a 20º, aunque también se
dan valores bajos de la resistencia en esas circunstancias. Se deduce de los
gráficos anteriores, que los valores promedio más frecuentes se encuentran en el
entorno de 0 a 10 MPa y se dan para valores de bajos (ángulos de
esquistosidad subverticales), iguales o inferiores a 30º. En los sondeos se ha
verificado que las muestras en general se abren fácilmente por las
esquistosidades, por lo que no es de extrañar que en direcciones más o menos
paralelas a la carga, la rotura se produzca para valores bajos de la misma. De
hecho, en la mayor parte de las muestras ensayadas, la rotura se ha producido a
favor de los planos de esquistosidad.
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
0 10 20 30 40
Prof
undi
dad
(m)
RCS (MPa)
GRUPO2A
GRUPO2B
Página
85
Se establece así la influencia de la esquistosidad en la resistencia a
compresión simple, obteniendo valores bajos de resistencia para esquistosidades
subverticales (figura 24 y 25).
Figura 24: GRUPO2. Relación de la resistencia a compresión
0
10
20
30
0 10 20 30 40 50 60 70 80
RC
S (
MP
a)
Beta b (º)
GRUPO 2A
GRUPO 2B
Página
86
Figura nº25 GRUPO2. Valores medios de la resistencia a compresión
simple en relación con la orientación de la esquistosidad.
Para determinar el valor representativo de la resistencia a compresión simple
de la roca intacta, se le han dado más peso a las muestras cuya esquistosidad
presenta una orientación subhorizontal, debido a la influencia de la misma en el
ensayo. Con este criterio se adopta una resistencia a compresión simple de 21
MPa para las muestras del grupo 2.
No se han realizado ensayos de carga puntual Franklin sobre muestras de
rocas del grupo 2.
En dos de los ensayos de resistencia a compresión simple en las muestras
más sanas se han medido las deformaciones uniaxiales con el fin de determinar
los parámetros deformacionales del macizo. Los valores estadísticos obtenidos
han sido los siguientes:
0
5
10
15
20
25
30
15 20 25 30 40 45 48 50 52 55 57 58 60 65 66 70 74 75
Promedio de qu (°)
BETA (°)
Página
87
Tabla nº 49: GRUPO 2.Resumen de ensayos de módulos de Young y Poisson
en ensayos de resistencia a compresión simple con bandas.
Módulo de Young
E (MPa)
Módulo de Poisson
Nº de valores 2 2
Promedio 29.326 0,2
Máximo 54.863 0,2
Mínimo 3.789 0,2
Desviación estándar 36.115 0,01
Sólo se dispone de dos únicos ensayos, y no se pueden considerar datos
representativos del módulo de Young y Poisson del grupo geotécnico 2. Se tienen
en consideración para el análisis, los resultados obtenidos en ensayos realizados
en tramos adyacentes:
Tabla nº 50 :GRUPO 2. Resumen de ensayos de módulos de Young y
Poisson en ensayos de resistencia a compresión simple con bandas en
tramos adyacentes.
Módulo de Young
E (MPa)
Módulo de Poisson
Nº de valores 12 12
Promedio 21.117 0,2
Máximo 54.863 0,6
Mínimo 1.552 0,0
Desviación estándar 18.732 0,2
La dispersión de valores del módulo de Young es muy significativa. A partir de
estos ensayos, para la roca intacta del grupo 2 se ha tomado un módulo de
deformación de 22.700 MPa, que se encuentra en el entorno del valor medio.
Página
88
Según la bibliografía consultada (Cimentaciones, Rodríguez Ortiz et al.), los
coeficientes de Poisson habituales para estas rocas están en el entorno de 0,12 a
0,20, por lo que se encuentran en el entorno de estos valores.
Se han realizado dos ensayos dilatométricos en un sondeo del grupo 2,
obteniéndose los resultados de la tabla adjunta:
Tabla nº 51: GRUPO 2 Resultados de ensayos dilatométricos
Sondeo Prof. (m) Grado
meteor RQD RMR
Módulo dilatométrico (MPa) Presión final
(MPa) Inicial Ciclo
ST-27 98,00 II 30 36
500 2.910
> 6,0
1.353 4.895
730 3.005
715 2.268
PROMEDIO 825 3.270
ST-27 107,00 II 40 36
1.410 3.633
> 6,0
1.548 4.555
1.005 3.213
1.443 4.950
PROMEDIO 1.352 4.088
Sólo se disponen de dos ensayos realizados sobre un mismo sondeo, ST-27,
situado en la falla de Laza. Estos valores resultan bajos para los esperados. Por
tanto, para el análisis del módulo dilatométrico se consideraran los ensayos
realizados en tramos adyacentes.
Tabla Nº 52: GRUPO 2. Resumen de ensayos dilatométricos en tramos
adyacentes
GRUPO 2
(MPa)
Nº de valores 8
Promedio 7.242
Máximo 26.863
Mínimo 500
Desviación estándar 7.953
Página
89
Los valores inferiores corresponden, al igual que en el caso de los ensayos de
resistencia a compresión simple con bandas, al sondeo ST-27, situado en la falla
de Laza.
En general, como se muestra en la gráfica siguiente, los valores del módulo
dilatómetrico han resultado inferiores en zonas donde la fracturación es mayor.
De este modo, los valores inferiores se tendrán en cuenta para la
caracterización de las rocas más fracturadas y meteorizadas.
Figura nº 26: GRUPO2. Relación de módulos dilatométricos y RQD (%)
La relación entre los valores de módulos de deformación y resistencia a
compresión simple debe encontrarse entre 200 y 500. En el caso de este grupo
geotécnico, se han obtenido valores del cociente Ei
900. Como se ha señalado, este hecho redunda en la disparidad de valores
obtenida en los ensayos.
Durante la campaña de ampliación no se efectuaron ensayos presiómetricos
en estos materiales.
Los valores del módulo de deformación del macizo para las condiciones
concretas de los túneles se estimarán a partir de la parábola de Hoek y Brown y
se comprueba que son similares a los resultados de los ensayos in situ.
RELACIÓN Edilat - RQD GRUPO 2
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
RQD (%)
Ed
ila
t (M
Pa)
Página
90
Se dispone de 5 ensayos triaxiales en roca de grado I a II para presiones de
confinamiento de 1,6 a 2,7 MPa. Para muestras de grado de meteorización III no
se cuenta con ensayos triaxiales.
En las tablas siguientes se resumen las variaciones de resultados obtenidas.
Tabla nº 53: GRUPO 2. Resultados de ensayos triaxiales
1
(MPa)
3
(MPa)
Nº de valores 5 5
Promedio 15,4 2,1
Máximo 23,3 2,7
Mínimo 11,5 1,6
Desviación estándar 5,4 0,5
Se dispone de 6 resultados de ensayos de tracción indirecta o brasileños para
la roca de grados de meteorización I y II, así como 1 en las de grado de
meteorización III. Los valores estadísticos de dichos ensayos se presentan a
continuación:
Tabla nº 54: GRUPO 2. Resumen de resultados de ensayos de ensayos
brasileños
Ensayos brasileños
(MPa)
Nº de valores 7
Promedio 1,4
Máximo 2
Mínimo 0,9
Desviación estándar 0,5
Para caracterizar las propiedades de la roca intacta se emplean los datos
derivados de los ensayos de resistencia a compresión simple, brasileños y
Página
91
triaxiales, siguiendo la misma metodología que se ha descrito en el apartado
anterior.
Para la correlación se han empleado los valores de los ensayos de laboratorio
correspondientes a las muestras de grados de alteración I, II y III, eliminando los
valores que despuntan tanto por arriba o por abajo.
La correlación resultante se muestra en la siguiente figura:
Figura nº 27: Correlación de Hoek y Brown
De donde se obtiene:
mi = 7,54
ci = 20,94 MPa
CORRELACIÓN HOEK-BROWNy = 157,86x + 438,66
R2 = 0,1581
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
-10 -5 0 5 10 15 20
3
(1-
3)2
Página
92
Estos valores se corresponden con los obtenidos con los criterios expuestos
anteriormente en este apartado. El valor de mi resultante se encuentra dentro de
los rangos recomendados para las filitas, de 7±3.
Con los valores anteriores se ha elaborado la curva que define el criterio de
plastificación de Hoek y Brown:
Figura nº 28: Criterio de plastificación de Hoek y Brown
Para definir los parámetros de Mohr Coulomb se realiza el ajuste con el criterio
lineal de Mohr-Coulomb, cuya expresión es:
31 · Kc
Donde la constante K queda definida por:
sen
senK
1
1
Página
93
es el ángulo de rozamiento interno de la roca
Por tanto, el valor de la cohesión y del ángulo de rozamiento puede deducirse
a partir de las siguientes expresiones:
90·2 nata
cos2
1 senc c
En la siguiente gráfica se presenta la recta de Mohr-Coulomb para el grupo 2.
Se ha tomado una recta secante de modo conservador.
Figura nº 29: Correlación criterio de plastificación de Hoek y Brown y
Mohr Coulomb
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
-4,5 -2,5 -0,5 1,5 3,5 5,5 7,5 9,5 11,5
Ten
sió
n p
rin
cip
al m
ayo
r
1 (M
Pa)
Tensión principal menor 3 (MPa)
CORRELACIÓN HOEK-BROWN & MOHR-COULOMB GRUPO 2 GM-I-II
Página
94
Empleando una resistencia a compresión simple de 22 MPa se obtienen los
valores de cohesión y ángulo de rozamiento siguientes:
c = 5,53 MPa
= 34º
Estos valores serán válidos para un rango de presiones de confinamiento
entre 1,6 MPa y 2,7 MPa, que son las alcanzadas por los ensayos triaxiales, si
bien pueden hacerse extensibles a otros valores superiores extrapolándolos para
las condiciones reales de montera de los túneles.
A pesar de establecer unas hipótesis conservadoras, los valores
resultantes se consideran optimistas.
Para la determinación de los parámetros del macizo rocoso, se emplea el
programa RocLab, que determina la parábola de Hoek y Brown y el ajuste de
Mohr Coulomb para un caso general, en función de diferentes valores del índice
GSI. El análisis se ha realizado para los valores de GSI más típicos en estas
formaciones. Valores inferiores a 40 se han considerado dentro del grupo
geotécnico 4 perteneciente a la roca más alterada (GM. IV-V).
El análisis de los parámetros de los macizos rocosos aplicados a túneles se
realizará en el apartado 6. Geotecnia de túneles, donde se particularizan los
resultados para las monteras y calidades geomecánicas del macizo presente en
los túneles.
La determinación del módulo de deformación del macizo se puede efectuar,
para valores de σci < 100 MPa, a partir de la expresión:
Em (GPa) =
40
10
ci 10100
2
D - 1
RMR
En las siguientes figuras 30, 31 y 32 se muestran los ajustes mencionados
Página
95
Figura nº 30: GRUPO 2. Parábola de Hoek y Brown GSI = 60
Página
96
Figura nº 31: GRUPO 2. Parábola de Hoek y Brown GSI = 50
Página
97
Figura nº 32: GRUPO 2. Parábola de Hoek y Brown GSI = 40
Página
98
Tabla nº 55: GRUPO 2. Valores de parámetros de roca intacta y macizo
rocoso.
GSI
General Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso
3,max
(MPa) ci mi Ei
(Mpa) mb s a
c (MPa)
ºtm
(MPa) cm
(MPa) Em (MPa)
60 5,23 20,94 7,54 22.700 1,733 0,0117 0,503 1,145 31 0,14 4,05 11.800
50 5,23 20,94 7,54 22.700 1,264 0,0039 0,506 0,958 28 0,06 3,19 6.973
40 5,23 20,94 7,54 22.700 0,848 0,0013 0,511 0,806 25 0,03 0,69 3.624
Los valores del módulo de deformación del macizo que se han obtenido con la
parábola de Hoek y Brown se encuentran comprendidos en el mismo rango de
valores que se han alcanzado en los ensayos dilatométricos y presiométricos. En
las rocas con mayor índice de calidad el módulo de deformación del macizo se
mantiene por debajo del intervalo superior de valores (el valor máximo obtenido
de los ensayos in situ se encuentra entorno a 26.000 MPa). En el caso de los
índices de calidad más bajos, los módulos resultan, en orden de magnitud,
entorno a la rama más intermedia de valores o inlcuso algo más bajos. En los
ensayos dilatométricos hay varios resultados del orden de 3.000 – 5.000 MPa. El
extremo inferior de los ensayos se considera más apropiado para las rocas de
más baja calidad geotécnica y más fracturadas, que se incluyen ya en el grupo
geotécnico 4. Los valores más bajos de los ensayos en sondeo han resultado
alrededor de 700-800 MPa, a excepción de un valor inferior de 500 MPa.
Se dispone de 5 ensayos de corte directo en juntas en materiales del grupo
geotécnico 2. Se ha elaborado un diagrama P-Q con la totalidad de resultados
obtenidos en los ensayos para obtener los parámetros de cohesión y ángulo de
rozamiento en juntas:
Página
99
Figura nº 33: GRUPO 2. Diagrama P-Q. Ensayos de corte directo en
juntas
Los valores de cohesión y ángulo de rozamiento en juntas obtenidos son:
c (t/m2) º
3,21 32,4
Como puede advertirse a partir del gráfico anterior, la correlación de los datos
de ensayo es deficitaria. Además, el valor obtenido para la cohesión en juntas es
muy elevado, y no se corresponde con las observaciones de campo. Es preciso
señalar la dificultad que estriba la obtención de parámetros representativos de
este tipo de ensayos.
En el Apéndice 14, se incluyen los cálculos de tres análisis retrospectivos
realizados en los materiales de estas formaciones. Estos análisis se han realizado
con el programa CALEST y se han comprobado con el programa SWEDGE, con
el fin de determinar unos parámetros resistentes en juntas más realistas. Los
análisis se basan en algunas caídas de bloques y cuñas observadas en los
desmontes del ferrocarril existente. Tanteando los valores de ángulos de
rozamiento y de cohesión hasta llegar a un factor de seguridad crítico, se
obtuvieron las parejas de valores más probables de estas formaciones.
y = 0,5356x + 0,2714R² = 0,6295
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
Q (K
g/c
m2)
P (Kg/cm2)
DIAGRAMA P-Q
Círculos de Mohr
Página
100
De este modo, se confirma que, en la formación OP, para valores de la
cohesión superiores a 0,62 t/m2 y ángulos de rozamiento de 30º en la
esquistosidad y para una pareja de valores de cohesión de 1,5 t/m2 y ángulo de
rozamiento de 28º en juntas, no se producirían las caídas existentes, por lo que,
del lado de la seguridad, se han adoptado las siguientes parejas de valores, que
resultan más razonable:
Tabla nº 56: GRUPO 2. Parámetros resistentes adoptados en los cálculos
de desmontes (OP)
Discontinuidad c (t/m2) º
Esquistosidad 0 30
Juntas 0 28
Se han realizado 3 ensayos de velocidad sónica con un resultado variable
entre 2.156 m/s y 3.117 m/s, con un valor medio de 2.632 m/s. Estos valores son
inferiores a los valores obtenidos con las referencias bibliográficas de este tipo de
rocas en estado sano, por lo que indican un elevado grado de microfracturación.
Para asignar un criterio de la calidad del macizo rocoso atravesado por los
túneles se ha empleado el criterio de Coon and Merrit (1970). Este criterio tiene
en cuenta el coeficiente entre la velocidad de las ondas longitudinales medida in
situ en el macizo rocoso con la velocidad medida en probetas de matriz rocosa en
laboratorio (V in-situ / V lab )2, que se ha denominado índice de velocidad relativa.
Para este cálculo se ha considerado los valores de las velocidades sónicas de las
probetas ensayadas en el entorno del túnel, y la velocidad sísmica obtenida en los
perfiles de sísmica de refracción en esta formación (3.000 m/s). El valor obtenido
de esta relación oscila entre 0,9 y 1,9, lo que indica una escasa correlación entre
los valores de módulos de deformación in situ y en laboratorio. En cualquier caso,
los resultados basados en velocidades sónicas en general son poco precisos y no
suficientemente contrastados.
Página
101
Tabla nº 57: GRUPO 2. Resumen de resultados de velocidad sónica
GRUPO 2 Vin situ (V in-situ / V lab )2
Nº de valores 3
3.000
3
Promedio 2.631,7 1,39
Máximo 3.117 1,94
Mínimo 2.156 0,93
Desviación estándar 480,6 0,51
Ensayos de estabilidad frente a sulfatos sódico y magnésico
Se ha ensayado una muestra para conocer su estabilidad al NaSO4 y otra
para ensayarla al MgSO4. Los resultados obtenidos son frente al sulfato sódico
del 24% y frente al sulfato magnésico del 6,1%. Se consideran en el análisis los
ensayos realizados en muestras adyacentes y los resultados se resumen en la
tabla siguiente:
Tabla nº 58: GRUPO 2. Resumen de valores de ensayos de estabilidad frente
a sulfatos sódico y magnésico para muestras adyacentes.
Estabilidad frente al NaSO4 (%) Estabilidad frente al MgSO4 (%)
Nº de valores 3 7
Promedio 29,1 8,0
Máximo 36,4 19,0
Mínimo 24,0 2,1
Desviación estándar 6,5 7,4
En el caso del sulfato sódico, no se cumple en ningún caso los requerimientos
indicados en el Pliego de ADIF (PGP-2008 v 1.11) para su empleo en
pedraplenes, donde se exige que las pérdidas en el ensayo de ataques de
sulfatos sódico sean inferiores al 20%. Para el caso del sulfato magnésico el PGP
establece como límite superior del valor de pérdidas en 30% para su empleo
como pedraplén. Todos los resultados de los ensayos son inferiores a este límite.
Página
102
Los mismos límites son requeridos para el empleo del material como cimiento
drenante.
Ensayos de desgaste y durabilidad
Se han realizado ensayos de desgaste Los Ángeles, Micro Deval húmedo y
coeficiente de Friabilidad para evaluar el posible aprovechamiento del material
extraído de la excavación del túnel en mina.
El resumen de resultados de los ensayos anteriores se muestran en la
siguiente tabla:
Tabla nº 59: GRUPO 2. Resumen de valores de ensayos de desgaste y
durabilidad
Microdeval (%) Coeficiente de
Friabilidad F (%)
Coeficiente de Los
Ángeles DLA (%)
Slake Durability
Index SDT (%)
Nº de valores 1 1 3 2
Promedio 58 31,5 41 98,6
Máximo 58 31,5 50 99,3
Mínimo - - 31 97,8
Desviación estándar - - 9,5 1,1
Ante la escasez de ensayos de desgaste y durabilidad en este tramo en
muestras del grupo 2, se analizan los resultados de ensayos realizados en
muestras obtenidas en tramos adyacentes:
Página
103
Tabla nº 60: GRUPO 2. Resumen de valores de ensayos de desgaste y
durabilidad para muestras adyacentes
Microdeval (%) Coeficiente de
Friabilidad F (%)
Coeficiente de Los
Ángeles DLA (%)
Slake Durability
Index SDT (%)
Nº de valores 7 3 11 7
Promedio 56 25 30 97
Máximo 82 32 50 100
Mínimo 37 18 20 95
Desviación estándar 14 7 9 2
En el Pliego de ADIF para las capas de forma y subbalasto se exige un
coeficiente de Los Ángeles superior al 30% y al 28% (DLA<30% y DLA<28%
respectivamente). Aproximadamente la mitad de las muestras cumplen con el
criterio exigido al material para capa de forma y tan sólo 4 muestras de las 11
ensayadas están por debajo del 28%.
A excepción de dos muestras, todas son válidas para su empleo como
cimiento drenante (DLA<35. Para su empleo como pedraplén (DLA<50%) todas
las muestras serían válidas. Prestando atención únicamente a este criterio, para
poder emplear estos materiales en pedraplén, se deberían seleccionar las
muestras más cuarcíticas.
El valor medio en el ensayo de Microdeval ha sido de 56%, lo que cualifica al
material como no apto para su empleo en capas de sub-balasto o capa de forma
(MDE<22% y MDE<25% respectivamente). Ninguna de las muestras ensayadas
se encuentra por debajo de los valores indicados.
Para su empleo en pedraplenes (F<25%) este material se clasificaría como
apto, siendo que de 3 muestras, dos cumplen con los requerimientos para ello. En
todos los casos se cumple el criterio en función del coeficiente de friabilidad F
para su empleo como material drenante de cimientos de terraplén (F<50%).
Página
104
Se han recibido siete resultados del ensayo Slake, con valores que se
clasifican, según Gamble (1971) como materiales de durabilidad alta o muy alta.
En la tabla siguiente se presenta el criterio de clasificación de Gamble:
Tabla nº 61: Criterio de clasificación de los macizos rocosos según su
durabilidad
GAMBLE (1971)
Índice ID2 Durabilidad al desmoronamiento
> 98 Muy alta
95 – 98 Alta
85 – 95 Media – alta
60 – 85 Media
30 – 60 Baja
< 30 Muy baja
En este caso, los valores superan los requerimientos del Pliego para su
empleo como pedraplén y cimiento de terraplén drenante.
Ensayos de abrasividad y perforabilidad
Se han solicitado en algunas muestras, ensayos de compresión y ensayos de
tracción, para obtener valores de tenacidad, directamente de muestras ensayadas
en estos materiales. La tenacidad obtenida según la fórmula Rt/Rc, resulta, por lo
tanto, en estas muestras:
Tabla nº 62: GRUPO 2. Resumen de resultados de tenacidad
Nº de valores 8
Promedio 0,46
Máximo 1,94
Mínimo 0,14
Desviación estándar 0,61
Página
105
De forma aproximada, puede estimarse la rozabilidad según la tenacidad o
razón entre la resistencia a compresión simple y la resistencia a tracción, a partir
de los umbrales siguientes:
- Rocas fácilmente rozables: t/ ci < 0,1
- Rocas difícilmente rozables: t/ ci >0,1
Siendo t la resistencia a tracción, y ci la resistencia a compresión simple de
la matriz rocosa.
Los valores de tenacidad calculados superan en todos los casos el valor de
0,1, por lo que, según este criterio, las rocas correspondientes al GRUPOS 2 se
encontrarían dentro del rango de rocas difícilmente rozables, según este criterio.
Se dispone de 5 ensayos de abrasividad Cerchar en materiales del grupo 2,
con un valor medio de 0,8. Los valores obtenidos en los ensayos efectuados han
dado los siguientes valores medios, máximos y mínimos.
Tabla nº 63: Resumen de Índice de abrasividad Cerchar
GRUPO 2
Nº de valores 5
Promedio 0,8
Máximo 2,7
Mínimo 0,0
Desviación estándar 1,1
El rango de valores de para la clasificación de abrasividad Cerchar se incluye
en el siguiente cuadro resumen:
Página
106
Tabla nº 64: Criterio de clasificación en función de la abrasividad Cerchar
CLASIFICACIÓN CERCHAR, ÍNDICE DE ABRASIVIDAD
ÍNDICE DE ABRASIVIDAD CERCHAR (0,1 mm) DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA
< 1,2 Extremadamente poco abrasiva
1,2 – 2,5 Ligeramente abrasiva
2,5 – 3,5 Abrasividad media
3,5 – 4,0 Moderadamente abrasiva
4,0 – 4,25 Abrasiva
4,25 – 4,5 Altamente abrasiva
> 4,5 Extremadamente abrasiva
Atendiendo a los valores medios, las rocas del grupo 2 se clasifican, dentro de
este criterio, como rocas extremadamente poco abrasivas. No obstante, las
desviaciones de los valores de abrasividad han sido importantes, de manera que
en algunos casos pueden clasificarse como rocas de abrasividad media.
A continuación se muestran los resultados de los valores estadísticos de los
ensayos de dureza Cerchar:
Tabla nº65: Resumen de Índice de dureza Cerchar
GRUPO 2
Nº de valores 5
Promedio 36,2
Máximo 58,4
Mínimo 20,4
Desviación estándar 16,3
Los criterios para clasificar la roca según su dureza son los siguientes:
Página
107
Tabla nº 66: Criterio de clasificación en función de la dureza Cerchar.
ENSAYO DE DUREZA CERCHAR
ÍNDICE CERCHAR DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA
0 – 20 Roca blanda
21 – 40 Roca poco dura
41 – 80 Roca dura
81 – 120 Roca muy dura
> 120 Roca extremadamente dura
Los valores obtenidos en el grupo 2 han sido inferiores a 60 (roca dura), si
bien en su mayoría la roca se clasifica como poco dura.
Los valores estadísticos de los ensayos Schimazek se presentan en la tabla
siguiente, para el grupo geotécnico 2.
Tabla nº 67: Índice Schimazek F (kN/m)
GRUPO 2
Nº de valores 4
Promedio 0,04
Máximo 0,05
Mínimo 0,02
Desviación estándar 0,01
Los valores de índice Schimazek clasifican a la roca en función de su
rozabilidad de muy buena a muy mala, como sigue:
Página
108
Tabla nº 68: Criterio de clasificación de la rozabilidad en función del índice
Schimazek.
CLASIFICACIÓN CERCHAR, ÍNDICE DE ABRASIVIDAD
ÍNDICE SCHIMAZEK F (kN/m) DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA
< 0,3 Rozabilidad muy buena
0,3 – 0,4 Rozabilidad buena
0,4 – 0,5 Rozabilidad moderada
0,5 – 0,6 Rozabilidad regular
0,6 – 0,8 Rozabilidad mala
0,8 – 1,0 Rozabilidad muy mala
Los índices Schimazek no superan un máximo de 0,05, por lo que su
rozabilidad en todo caso se mantiene dentro de la clase muy buena.
A través del ensayo Schimazek también se pueden conocer los contenidos de
cuarzo de las muestras ensayadas, lo que tiene influencia también en la dificultad
de excavación. En la siguiente tabla se presentan los valores estadísticos de los
contenidos en cuarzo de esta formación geotécnica:
Tabla nº 69: Resumen de contenidos en cuarzo (%)
GRUPO 2
Nº de valores 39
Promedio 17
Máximo 93
Mínimo 0,5
Desviación estándar 21
El contenido medio en cuarzo en este grupo geotécnico es de 17%, muy
inferior a la media resultante en el grupo 1. Aunque a priori esta formación se
distingue de la primera por ser menos abrasiva y presentar un menor contenido
en cuarzo, no debe descartarse, y así lo confirman los ensayos, contenidos elevados
Página
109
de cuarzo en forma de venas, asociados a los grandes esfuerzos tectónicos que
han podido sufrir estas rocas.
Se han realizado 2 ensayos DRI (Drilling Rate Test) para la caracterización de
la perforabilidad de los materiales del grupo 2.
Los valores medios, máximos y mínimos de los ensayos de drop-test y
Siever’s miniature drill test se muestran en la tabla siguiente:
Tabla nº 70: Valores de ensayos de caída (S20) y perforación (SJ)
GRUPO 2
S20 SJ
Nº de valores 2 2
Promedio 60,8 79,3
Máximo 63,2 87,2
Mínimo 58,4 71,4
Desviación estándar 3,4 11,2
El cálculo del índice de perforabilidad se realiza introduciendo en la gráfica
siguiente cada par de valores obtenidos de ambos ensayos.
Página
110
Figura 34: Gráfica para la determinación del Drilling Rate Index
En consecuencia, los rangos de valores en los que se establece el parámetro
DRI son:
Tabla nº 71: GRUPO 2.Resumen de valores de ensayos Drilling Rate Index
(DRI)
DRI
Nº de valores 2
Promedio 71,0
Máximo 74,0
Mínimo 68,0
Desviación estándar 4,2
Los valores medios de DRI se encuentran por encima de los valores
esperados para las filitas y pizarras, como se desprende de la siguiente figura 35:
Figura 35: Valores del Drilling Rate Index según la litología
Página
111
Tabla nº 72: Criterio de clasificación en función de DRI.
Categoría perforabilidad DRI
Extremadamente baja < 25
Muy baja 26 - 32
Baja 33 - 42
Media 43 - 57
Alta 58 - 69
Muy alta 70 - 82
Extremadamente alta > 83
Tomando en consideración los valores medios de los ensayos de laboratorio
del índice DRI el grupo 2 se integran dentro de la categoría de perforabilidad muy
alta. El resto de valores se engloban entre las clases de perforabilidad alta y muy
alta.
Estos resultados entran en contradicción con los resultados obtenidos en los
otros ensayos de abrasividad, que en general no han resultado tan desfavorables.
A la vista de los ensayos de resistencia, abrasividad y dureza realizados en
laboratorio se puede concluir que, en estas formaciones, la excavación mediante
tuneladora de las rocas atravesadas por los túneles es viable y adecuada. Son
esperables elevados rendimientos durante la excavación y un consumo de
cortadores medio, dentro de los valores habituales en túneles de similares
características. Este consumo medio puede aumentar puntualmente en zonas de
mayor contenido de cuarzo.
Página
112
3.2.3. GRUPO 3: Cuarcitas, filitas y gneises meteorizados. GM. IV-V.
Corresponden a las rocas alteradas a grado IV y V de la Unidad Invernadeiro
OQP, OQF y Fe y del Grupo de Sanatabaia (OQEC), alteración de las rocas del
grupo 1. En general, el espesor de alteración de estas rocas es muy pequeño, del
orden de 1,0 a 2,0 m, por lo que son pocas las muestras ensayadas. En
profundidad también son escasas las muestras tomadas en roca alterada,
correspondientes a algún tramo fallado.
Para realizar la caracterización geotécnica de estos materiales se han
considerado los ensayos realizados sobre muestras tomadas en tramos
adyacentes, debido a la escasez de muestras en el tramo en estudio, se dispone
de dos muestras de un mismo ensayo, ST-47, y con el objeto de obtener unos
parámetros lo más reales posibles.
Las muestras de roca alterada a grado IV o V presentan una densidad seca
media de 22 kN/m3 en una población de 13 muestras. La densidad aparente
media ha resultado ser 24 kN/m3 para humedades variables entre 3,3% y 22%.
En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, aparente y
humedad obtenidos en las muestras de los sondeos:
Tabla nº 73: GRUPO 3. Resumen de ensayos de identificación
Densidad seca
(kN/m3)
Densidad aparente
(kN/m3)
Humedad (%)
Nº de valores 13 13
13
Promedio 22,1 24,1
8,9
Máximo 25,0 27,5
22,8
Mínimo 18,5 20,2
3,3
Desviación estándar 2,1 2,5
4,7
Se dispone de la granulometría de ocho muestras extraídas en sondeos. El
porcentaje de grava/arena/finos medio es de 58/28/20, y los límites de Atterberg
líquido, plástico e índice de plasticidad 34/23/12.
Página
113
En los cuadros siguientes se muestran los resúmenes de resultados de los
ensayos de granulometría y límites de Atterberg.
Tabla nº 74: GRUPO 3. Resumen de ensayos de granulometría
RET. # 10 >2,00 mm
(Grava)
PASA #10 - RET. #200
(Arenas)
PASA # 200
<0,074mm
(Finos)
Nº de valores 8 8 8
Promedio 52 28 20
Máximo 87 49 42
Mínimo 9 8 5
Desviación estándar 24 12 13
Tabla nº 75: GRUPO 3. Resumen de ensayos de Atterberg
Límite Líquido WL (%) Límite Plástico WP (%) Indice de plasticidad
IP(%)
Nº de valores 8 8 8,0
Promedio 31 22 10,0
Máximo 44 28 15,9
Mínimo NP NP NP
Desviación estándar 8 8 8,0
Las muestras se han representado en la gráfica de Casagrande para su
clasificación según dicho criterio:
Página
114
Tabla nº 76: Carta de plasticidad de Casagrande
En todos los casos los resultados están dentro de las clases de arcillas y limos
de baja plasticidad según el ábaco de Casagrande anterior.
Según la clasificación del PG-3, este material se puede clasificar como
tolerable o adecuado, con tan sólo una muestra que se clasifica como
seleccionado.
Las muestras se clasifican en su mayor parte como gravas limosas GM o
arenas arcillosas SC, según la clasificación USCS.
A continuación se muestran los resultados de los ensayos químicos realizados
en las muestras de roca alterada:
CARTA DE PLASTICIDAD DE CASAGRANDE
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Límite líquido WL
Índ
ice d
e p
lasti
cid
ad
Ip
O1 Nivel 2 Nivel 3 Nivel 4 Nivel 5 Nivel 6 Nivel 7
C
CL
MH-
ML-CL-ML
Página
115
Tabla nº 77: GRUPO 3. Resultados de ensayos químicos
M.O.
(%)
CO3Ca
(%)
SO3
(%)
Sales solubles
(%)
Nº de valores 7 7 7 7
Promedio 0,48 0,00 0,01 0,20
Máximo 0,74 0,00 0,02 0,87
Mínimo 0,13 0,00 0,00 0,02
Se han realizado cuatro ensayos de resistencia a compresión simple en
suelos, que han dado valores comprendidos entre 1,28 y 2,71 MPa. El valor
medio ha sido 1,89 MPa, tal como se muestra en la siguiente tabla:
Tabla nº 78: GRUPO 3. Resumen de ensayos de compresión simple
Resistencia a compresión simple en suelos qu
(MPa)
Nº de valores 4
Promedio 1,89
Máximo 2,71
Mínimo 1,28
Desviación estándar 0,62
En estos materiales resulta complicado la toma de muestras y la realización de
otro tipo de ensayos para determinar las propiedades resistentes, ya que se trata
de materiales que se disgregan fácilmente y que en gran parte se pueden
considerar similares a suelos. A falta de otros ensayos para caracterizar los
materiales del grupo geotécnico 3, para la estimación de los parámetros
resistentes se ha procedido de forma análoga a la roca sana o moderadamente
alterada (grados I-II-III). Para ello se han tomado unos parámetros de la roca
intacta algo peores que los empleados en las rocas del grupo 1. Para la elección
Página
116
de los valores de roca intacta más adecuados se toman los resultados de ensayos
de la roca moderadamente alterada a grado III (Grupo 1B), que aunque con poca
representación, en general han dado valores por debajo de los de las rocas más
sanas. Al no disponer de suficientes ensayos sobre muestras alteradas a grado III
en este tramo, se han tenido en consideración los tramos adyacentes para el
análisis.
Realizando los mismos cambios de variable que en los casos del grupos 1 y 2,
- –
en la siguiente figura:
Figura 36: Correlación de Hoek y Brown
De donde se obtiene:
mi = 6,39
ci = 8,86 MPa
y = 56,605x + 78,539R² = 0,8674
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
-5 15 35 55 75 95
(1-
3)2
3
CORRELACIÓN HOEK-BROWN
Página
117
Estos valores serán válidos para un rango de presiones de confinamiento
entre
0,5 MPa y 2,3 MPa, que son las alcanzadas por los ensayos triaxiales, si bien
pueden hacerse extensibles a otros valores superiores extrapolándolos para las
condiciones reales de montera de los túneles.
Por lo tanto, para la roca alterada a grado IV-V se ha considerado una
resistencia a compresión simple de la roca intacta de 8,86 MPa.
El grado de correlación obtenido es elevado (87%). Con estos parámetros, la
parábola estimada a partir de los ensayos queda:
Figura 37: Criterio de plastificación de Hoek y Brown
Empleando los parámetros de Hoek - Brown obtenidos de esta forma y
particularizándolos para RMR inferiores a 40, se tienen los siguientes parámetros
del macizo (figuras 38 y 39):
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
-4,5 5,5 15,5 25,5 35,5 45,5 55,5 65,5 75,5 85,5
Ten
sió
n p
rin
cip
al m
ayo
r
1 (M
Pa)
Tensión principal menor 3 (MPa)
CRITERIO DE PLASTIFICACIÓN GRUPO 3
Página
118
Figura 38: GRUPO 3. Parábola de Hoek y Brown GSI = 30
Página
119
Figura 39: GRUPO 3. Parábola de Hoek y Brown GSI = 20
Página
120
Tabla nº 79: GRUPO 3. Valores de parámetros de roca intacta y macizo
rocoso
GSI
General Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso
3,max
(MPa) ci mi Ei
(Mpa) mb s a
c (MPa)
ºtm
(MPa) cm
(MPa) Em (MPa)
30 2,21 8,86 6,39 9.000 0,565 0,0004 0,522 0,265 21 0,007 0,772 732
20 2,21 8,86 6,39 9.000 0,367 0,0001 0,544 0,205 18 0,071 0,565 411
Los valores de la resistencia a compresión simple del macizo quedan por
debajo de los obtenidos en los ensayos realizados en laboratorio.
Los resultados de módulos de elasticidad del macizo se encuentran en el
mismo orden de magnitud, si bien, algo más pequeños, que los rangos inferiores
de los ensayos in situ dilatométricos, en los que se obtienen valores entre 825 y
1.300 MPa.
3.2.4. GRUPO 4: Pizarras, filitas y esquistos meteorizados. GM. IV-V.
No se dispone de muestran en sondeos de rocas alteradas a grado IV y V de
las formaciones rocosas pertenecientes a la Formación Luarca (OP), y Esquistos
de Baldriz (OE) debido a que, en general, el espesor de alteración de estas rocas
es muy pequeño y en profundidad también es escasa la presencia de roca
alterada, lo que ha dificultado la toma de muestras.
Siguiendo la misma metodología que en el grupo 3, se emplean los valores de
ensayos de la roca moderadamente meteorizada. También son muy pocas las
muestras de la roca moderadamente alterada del grupo 2 (Grupo 2B). Se dispone
de un ensayo triaxial, dos ensayos brasileños y seis ensayos de resistencia a
compresión simple de la roca moderadamente alterada.
A partir de estos valores se obtiene la correlación de Hoek y Brown siguiente:
Página
121
Figura 40: Correlación Hoek y Brown
A partir de esta gráfica se obtienen los valores siguientes:
mi = 7,54
ci = 9,06 MPa
El grado de correlación es pequeño (0,55), pero los resultados son coherentes
con los obtenidos en el grupo 3.
El criterio de plastificación con estos parámetros quedará:
Página
122
Figura 41: Criterio de plastificación de Hoek y Brown
Empleando los parámetros de Hoek - Brown obtenidos de esta forma y
particularizándolos para RMR inferiores a 40, se tienen los siguientes parámetros
del macizo:
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
-4,5 -2,5 -0,5 1,5 3,5 5,5 7,5
Ten
sió
n p
rin
cip
al m
ayo
r
1 (M
Pa)
Tensión principal menor 3 (MPa)
CRITERIO DE PLASTIFICACIÓN GRUPO 4
Página
123
Figura 42: GRUPO 4. Parábola de Hoek y Brown GSI = 30
Página
124
Tabla nº 43: GRUPO 4. Parábola de Hoek y Brown GSI = 20
Página
125
Tabla nº 80: GRUPO 4. Valores de parámetros de roca intacta y macizo
rocoso.
GSI
General Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso
3,max
(MPa) ci mi Ei
(Mpa) mb s a
c (MPa)
ºtm
(MPa) cm
(MPa)
Em (MPa)
30 2,27 9,06 7,54 9.000 0,619 0,0004 0,522 0,288 22 0,006 0,859 732
20 2,27 9,06 7,54 9.000 0,433 0,0001 0,544 0,224 19 0,003 0,632 411
Los resultados de módulos de elasticidad del macizo se encuentran en el
mismo orden de magnitud, si bien, algo más pequeños, que los rangos inferiores
de los ensayos in situ dilatométricos, en los que se obtienen valores entre 825 y
1.300 MPa.
3.2.5. GRUPO 5: Formaciones cuaternarias depósitos coluviales (Qc),
depósitos aluviales (QAl), rellenos (R) y vertidos (V).
La escasa presencia de estos materiales a lo largo del trazado ha limitado la
toma de muestras de suelos de depósito. Únicamente en los sondeos cercanos a
los arroyos se presentan suelos en espesores reducidos, permitiendo la recogida
de algunas muestras para su análisis en el laboratorio y caracterización
geotécnica. Prácticamente los suelos cuaternarios podrán encontrarse en los
apoyos de los viaductos, no siendo interceptados en principio por los túneles.
A continuación se muestran los resúmenes de los ensayos realizados sobre
las muestras de suelo.
Suelos coluviales Qc
En el tramo en proyecto solo se disponen de 4 muestras ensayadas para
suelos coluviales, tres de ellas tomadas en un mismo sondeo. Con el objeto de
afinar la caracterización geotécnica para estos suelos se consideran las muestras
de suelos coluviales ensayadas en los tramos adyacentes.
Página
126
Éstas presentan una densidad seca media de 21 kN/m3 en una población de
11 muestras. La densidad aparente media ha resultado ser
24 kN/m3 para humedades variables entre 3,3% y 22%.
En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, aparente y
humedad obtenidos en las muestras de los sondeos para estos suelos:
Tabla nº 81: GRUPO 5. Qc Resumen de ensayos de identificación
Densidad seca
(kN/m3)
Densidad aparente
(kN/m3)
Humedad (%)
Nº de valores 11 11
11
Promedio 21,3 24,1
14,4
Máximo 25,9 27,6
26,7
Mínimo 15,8 19,2
4,6
Desviación estándar 4,1 3,5
6,7
Se dispone de la granulometría de ocho muestras extraídas en sondeos. El
porcentaje de grava/arena/finos medio es de 37/32/31, y los límites de Atterberg
líquido, plástico e índice de plasticidad 34/25/10.
En los cuadros siguientes se muestran los resúmenes de resultados de los
ensayos de granulometría y límites de Atterberg.
Página
127
Tabla nº 82: GRUPO 5. Qc. Resumen de ensayos de granulometría
RET. # 10 >2,00 mm
(Grava)
PASA #10 - RET. #200
(Arenas)
PASA # 200
<0,074mm
(Finos)
Nº de valores 11 11 11
Promedio 37 32 31
Máximo 57 75 58
Mínimo 7 18 18
Desviación estándar 19 19 13
Tabla nº 83: GRUPO 5. Qc. Resumen de ensayos de Atterberg.
Límite Líquido WL (%) Límite Plástico WP (%) Indice de plasticidad
IP(%)
Nº de valores 11 11 11,0
Promedio 34 25 9,5
Máximo 44 37 12,6
Mínimo NP NP NP
Desviación estándar 5 6 2,1
Las muestras se han representado en la gráfica de Casagrande para su
clasificación según dicho criterio:
Página
128
Figura 44: Carta de plasticidad de Casagrande
En todos los casos los resultados están dentro de la clase de arcillas o limos
de baja plasticidad según el ábaco de Casagrande anterior. Dos de las muestras
se encuentran en la categoría de limo orgánico.
Según la clasificación del PG-3, este material se puede clasificar como
tolerable o adecuado, con tan sólo una muestra, perteneciente al tramo contiguo,
que se clasifica como marginal.
Las muestras se clasifican en su mayor parte como gravas limosas o arenas
arcillosas, según la clasificación USCS.
A continuación se muestran los resultados de los ensayos químicos realizados
en las muestras de suelo coluvial:
CARTA DE PLASTICIDAD DE CASAGRANDE
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Límite líquido WL
Índ
ice d
e p
lasti
cid
ad
Ip
Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 Nivel 4 Nivel 5 Nivel 6 Nivel 7
CH
CL
MH-
ML-CL-ML
Página
129
Tabla nº 84: GRUPO 5. Qc . Resultados de ensayos químicos
M.O.
(%)
CO3Ca
(%)
SO3
(%)
Sales
solubles
(%)
Nº de valores 10 10 10 10
Promedio 0,83 0,00 0,02 0,08
Máximo 1,84 0,00 0,04 0,13
Mínimo 0,19 0,00 0,01 0,03
Se dispone de un único valor de resistencia a compresión simple en estos
materiales, que ha dado como resultado 0,33 MPa.
Suelos aluviales Qa
No ha sido posible recoger muestras de suelos aluviales para ensayar en
laboratorio, debido a su escasa representación en el trazado.
Rellenos R
No se dispone de muestras en rellenos en el tramo en estudio, por tanto, se
analizan los resultados de los ensayos realizados sobre muestras de tramos
adyacentes.
Se han ensayado 3 muestras en los rellenos antrópicos existentes en la zona
de proyecto, pertenecientes a los caminos o viales de la zona.
En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, aparente y
humedad obtenidos en las muestras de los sondeos para estos rellenos, que en
general han dado valores muy dispersos, según se observa:
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130
Tabla nº 85: GRUPO 5. R Resumen de ensayos de identificación.
Densidad seca
(kN/m3)
Densidad aparente
(kN/m3)
Humedad (%)
Nº de valores 3 3
3
Promedio 20,7 22,8
11,5
Máximo 26,2 26,6
19,6
Mínimo 17,6 19,9
1,5
Desviación estándar 4,8 3,4
9,2
Las muestras han dado porcentajes elevados de gravas (promedio 66%),
clasificándose por lo tanto como gravas limosas o arcillosas (GM o GC).
En los cuadros siguientes se muestran los resúmenes de resultados de los
ensayos de granulometría:
Tabla Nº 86: GRUPO 5. R Resumen de ensayos de granulometría.
RET. # 10 >2,00 mm
(Grava)
PASA #10 - RET. #200
(Arenas)
PASA # 200
<0,074mm
(Finos)
Nº de valores 3 3 3
Promedio 66 19 15
Máximo 82 26 29
Mínimo 49 9 8
Desviación estándar 17 9 12
Los resultados obtenidos con los ensayos de límites de Atterberg han dado no
plásticos en dos de las tres muestras, siendo los valores de límites líquido,
plástico e índice de plasticidad de 31/19/13 en la otra muestra ensayada,
clasificándose por lo tanto como arcilla de baja plasticidad.
Según la clasificación del PG-3, este material se puede clasificar como
adecuado, con tan sólo una muestra que se clasifica como tolerable.
Página
131
Se han ensayado dos de las muestras para obtener sus contenidos en materia
orgánica, carbonatos, yeso y sales solubles, cuyos resultados se muestran en la
tabla siguiente:
Tabla Nº 1: GRUPO 5. R Resultados de ensayos químicos
M.O.
(%)
CO3Ca
(%)
SO3
(%)
Sales solubles
(%)
Nº de valores 2 2 2 2
Promedio 1,02 0,00 0,01 0,10
Máximo 1,04 0,00 0,01 0,11
Mínimo 0,99 0,00 0,00 0,09
3.2.6. GRUPO 6: Granitos sanos o moderadamente meteorizados. Formación
GRA (GM-I-II-III).
El trazado corta estos materiales al final del túnel de Prado. Para el análisis de
estas rocas en los ensayos de identificación y los de resistencia se ha realizado
una distinción de las muestras con mayor o menor grado de meteorización,
denominando GRUPO 6A aquellas muestras con G.M. I ó II y GRUPO 6B a las
que se han caracterizado con un grado de meteorización G.M. III.
Ensayos de identificación
La roca en estado sano, grado II o inferior, presenta una densidad seca media
de 26 kN/m3, con valores que oscilan entre 23,7 y 27,2 kN/m3. Los resultados de
la roca de grado III son muy similares, con un valor medio de 25,6 kN/m3.
La humedad natural en 47 muestras de roca sana con grados de
meteorización I-II varía entre 0,1% y 1,8%, con un valor medio de 0,3%. La
humedad media en las muestras con grado de meteorización III aumenta
ligeramente a 1,1%, siendo el valor superior de 5,6% y el inferior de 0,3%.
Página
132
La porosidad de 13 muestras ha oscilado entre 0,30% y 10,8%, con un valor
medio de 3,5%. No se dispone de ensayos de porosidad en las muestras de roca
moderadamente alterada (GM.III).
En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, densidad
aparente, humedad y porosidad obtenidos de las muestras de los sondeos en
estos materiales:
Tabla Nº 88: GRUPO 6A. Resumen de ensayos de identificación. GM. I-II
Densidad seca
(kN/m3)
Densidad
aparente (kN/m3)
Humedad (%) Porosidad (%)
Nº de valores 47 47 47 13
Promedio 26,1 26,2 0,3 3,5
Máximo 27,2 27,3 1,8 10,8
Mínimo 23,7 23,9 0,1 0,3
Desviación estándar 0,7 0,7 0,3 3,1
Tabla nº 89: GRUPO 6B. Resumen de ensayos de identificación GM. III
Densidad seca
(kN/m3)
Densidad
aparente (kN/m3)
Humedad (%) Porosidad (%)
Nº de valores 14 14 14 -
Promedio 25,6 25,9 1,1 -
Máximo 27,0 27,1 5,6 -
Mínimo 23,7 24,0 0,3 -
Desviación estándar 0,9 0,8 1,4 -
Ensayos de resistencia y deformabilidad
Se han realizado 39 ensayos de resistencia a compresión simple en los
materiales del grupo 6, obteniendo los siguientes resultados:
Página
133
Tabla nº 90: GRUPO 6. Resumen de ensayos de resistencia a compresión
simple.
Resistencia a compresión simple (MPa)
Nº de valores 39
Promedio 65
Máximo 143,1
Mínimo 7,4
Desviación estándar 34,6
Los valores resultantes de los ensayos muestran una gran dispersión.
Analizando por separado las muestras con grados de meteorización I y II y las
muestras que presentan grado III, se obtiene:
Tabla nº 91: Grupo 6ª.Resumen de ensayos de resistencia a compresión
simple G.M. I-II.
Resistencia a compresión simple (MPa)
Nº de valores 32
Promedio 70,5
Máximo 143,1
Mínimo 13,5
Desviación estándar 33,2
Página
134
Tabla nº 92: Grupo 6B.Resumen de ensayos de resistencia a compresión
simple G.M. III.
Resistencia a compresión simple (MPa)
Nº de valores 7
Promedio 40,3
Máximo 92,5
Mínimo 7,4
Desviación estándar 31,4
Como se observa, la dispersión sigue siendo notable tanto en el caso de roca
sana como de roca moderadamente alterada.
En la siguiente gráfica se observa la variación de la resistencia a compresión
simple con la profundidad, diferenciando las muestras por su grado de
meteorización:
Página
135
Figura 45. Relación de la resistencia a compresión simple con la
profundidad
Como se observa en el gráfico, los valores de resistencia a compresión simple
aumentan ligeramente con la profundidad, pero no se puede establecer una
claramente una correlación entre los valores de la resistencia a compresión
simple y la profundidad de las muestras. Se deduce que las muestras ensayadas
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
200,00
220,00
240,00
0 20 40 60 80 100 120 140 160 P
rofu
nd
idad
(m
)
RCS (MPa)
GRUPO 6A GM-I-II
GRUPO 6B GM-III
Página
136
con grados de meteorización I a II presentan en general valores de la resistencia
a compresión simple superiores a los obtenidos para las muestras de grados de
meteorización III.
Tal como se observa en las figuras siguientes 46 y 47, la mayoría de las
resistencias han dado valores entre 40 y 80 MPa para las muestras de grado de
meteorización I y II. Para grados de meteorización GM-III los valores alcanzados
con mayor frecuencia han sido inferiores a 20 MPa.
Figura nº 46. Rangos de valores de resistencia a compresión simple.
Frecuencias
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III
< 20 20 - 40 40 - 60 60 - 80 80 - 100 100 - 120 120 - 140 > 140
Población de qu
Página
137
Figura nº 47. Rangos de valores de resistencia a compresión simple.
Promedio de valores
Discriminando los valores superiores e inferiores, se obtiene un valor promedio
de 81,18 MPa para las muestras que presentan un grado de meteorización G.M. I
ó II. Para las muestras con grado de meteorización III, se obtiene un valor medio
de 45,78 MPa.
En 8 de los ensayos de resistencia a compresión simple de las muestras del
grupo 6A se han medido las deformaciones uniaxiales con el fin de determinar los
parámetros deformacionales del macizo. En las muestras de grado III se han
ensayado otras 2 muestras Los valores estadísticos obtenidos han sido los
siguientes:
13,50 13,93
34,54 30,93
48,65 45,93
66,66 70,90
93,38 92,49
130,02
143,10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
100 110 120 130 140 150 160
I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III
< 20 20 - 40 40 - 60 60 - 80 80 - 100 100 - 120 120 - 140 > 140
Valores promedio de qu
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138
Tabla nº 93: GRUPO 6ª.Resumen de ensayos de módulos de Young y
Poisson en ensayos de resistencia simple con bandas. GM.I-II.
Tabla nº 94: GRUPO 6B.Resumen de ensayos de módulos de Young y
Poisson en ensayos de resistencia simple con bandas. GM.III.
Módulo de Young
E (MPa)
Módulo de Poisson
Nº de valores 2 2
Promedio 10.949,5 0,1
Máximo 19.522,0 0,2
Mínimo 2.377,0 0,1
Desviación estándar 12.123,3 0,1
En ambos casos, la dispersión de valores del módulo de Young es muy
significativa, si bien se aprecian importantes diferencias de magnitud entre los
resultados obtenidos para las muestras más sanas y las moderadamente
meteorizadas.
A partir de estos ensayos, para la roca intacta del grupo 6 se ha tomado un
módulo de deformación de 27.000 MPa, que resulta más cercano a los valores
inferiores.
Se han realizado un total de cuatro ensayos dilatométricos en los sondeos ST-
31 y ST-33, obteniéndose los siguientes resultados:
Módulo de Young
E (MPa)
Módulo de Poisson
Nº de valores 8 8
Promedio 51.112,5 0,2
Máximo 79.990,0 0,3
Mínimo 24.344,0 0,1
Desviación estándar 18.276,8 0,1
Página
139
Tabla nº 95: GRUPO 6.Resultados de ensayos dilatométricos.
Sondeo Prof. (m) Grado
meteor RQD RMR
Módulo dilatométrico (MPa) Presión final
(MPa) Inicial Ciclo
ST-31 155 I 45 71
7.648 19.585
>9
10.365 15.023
5.275 12.400
14.580 18.343
PROMEDIO 9.467 16.338
ST-31 163 I 60 71
5.258 10.670
> 8,5
7.230 15.115
6.450 7.635
6.605 13.021
PROMEDIO 6.386 11.610
ST-33 33 III 55 55
3.570 7.938
>9
5.965 13.778
9.900 9.910
5.005 12.195
PROMEDIO 6.110 10.955
ST-33 43 III 85 55
4.275 9.885
>9
3.738 8.935
3.825 9.450
3.685 8.255
PROMEDIO 3.881 9.131
En estos ensayos se han presentado desviaciones muy importantes. Los
valores inferiores corresponden a una zona de sondeo con grado de
meteorización GM-III.
La relación entre los valores de módulos de deformación y resistencia a
compresión simple debe encontrarse entre 200 y 500. En el caso de este grupo
geotécnico, se han obtenido valores del cociente Ei ci comprendidos entre 50 y
200, lo que hace pensar que los valores obtenidos en los ensayos dilátometricos
han resultado algo bajos.
Para las condiciones específicas de terreno y montera del túnel se
particularizarán los valores de módulos de deformación a emplear en los cálculos
comprobando que se encuentran dentro de los órdenes de magnitud de los
resultados de los ensayos in situ.
Página
140
Se dispone de 5 ensayos triaxiales en granitos con grado de meteorización I a
II y 6 en los granitos con grado III, para presiones de confinamiento lateral entre
0,5 y 2,7 MPa.
En la siguiente tabla se presentan los resultados para cada subgrupo y totales:
Tabla Nº 96: GRUPO 6. Resultados de ensayos triaxiales
1
(MPa)
3
(MPa)
Nº de valores 11 11
Promedio
1,61 1,38
Máximo 2,62 2,73
Mínimo 0,74 0,50
Desviación estándar 0,56 0,75
Se dispone de 13 ensayos de tracción indirecta o brasileños para la roca de
grados de meteorización I y II, así como 6 ensayos en las de grado de
meteorización III. Los valores estadísticos de dichos ensayos se presentan a
continuación:
Tabla nº 97: GRUPO 6. Resumen de resultados de ensayos de ensayos
brasileños
Ensayos brasileños
(MPa)
Nº de valores 19
Promedio 8,1
Máximo 13,5
Mínimo 2,2
Desviación estándar 3,5
Los valores de tenacidad calculados superan en todos los casos el valor de
0,1, por lo que, según este criterio, las rocas correspondientes al GRUPOS 6A y
6B se encontrarían dentro del rango de rocas difícilmente rozables.
Página
141
Para caracterizar las propiedades de la roca intacta se emplean los datos
derivados de los ensayos de resistencia a compresión simple, brasileños y
triaxiales.
Se ha considerado el criterio desarrollado por Hoek y Brown, en el que se
determina la tensión máxima (σ’1) que produce la plastificación del material para
una tensión principal menor (σ’3) dada mediante la expresión:
a
ci
bci sm
' + ' '
331 (1)
donde:
σ’1 y σ’3 : tensiones efectivas máxima y mínima en rotura.
mb : constante de Hoek y Brown para macizos rocosos.
s y a: constantes que dependen de las características del macizo rocoso.
σci : resistencia a compresión simple de los bloques de roca intacta.
Para los bloques de roca intacta, los valores de a y s son respectivamente 0,5
y 1. Por tanto, aplicando el criterio en esta hipótesis, se obtiene:
5,0
331 1
' + ' '
ci
ici m (2)
donde:
mi : constante de Hoek y Brown para roca intacta.
La determinación del parámetro mi de la matriz de roca inalterada se ha
efectuado mediante la realización de ensayos triaxiales, de resistencia a
compresión simple y brasileños, sobre muestras de testigos parafinados. Para
obtener el valor de mi se ha realizado en la ecuación (2) el cambio:
y = (’1 – ’3)² (3)
x = ’3
Con lo que el criterio de rotura toma la forma:
y = m ci . x + ci2 (4)
Página
142
Representando los valores de x e y en una gráfica, el valor de mi se obtiene
aproximando los resultados de los ensayos efectuados mediante una recta
ajustada por el método de los mínimos cuadrados, incluyendo los valores de la
resistencia a compresión simple y de resistencia a tracción.
Resulta, por tanto:
(’1 – ’3)² = mi . ci . ’3 + ci²
de esta expresión se obtiene mi y ci.
Para la correlación se han empleado los valores de los ensayos de laboratorio
correspondientes a las muestras de grados de alteración I, II y III, eliminando los
valores que despuntan tanto por arriba o por abajo.
La correlación resultante se muestra en la siguiente figura:
Figura nº 48. Correlación de Hoek y Brown GRUPO 6A
Página
143
De donde se obtiene:
mi = 7,02
ci = 81,79 MPa
El valor de la resistencia a compresión simple en este caso es muy similar al
promedio estimado desechando muestras poco significativas, por lo que se toma
como representativo este resultado. El valor de mi, en cambio, es inferior a los
habituales para los granitos, en los que la bibliografía indica un valor de 32±3.
Figura 49. Correlación de Hoek y Brown GRUPO 6B
De donde se obtiene:
mi = 9,7
ci = 47,1 MPa
El valor de la resistencia a compresión simple así obtenido es ligeramente
superior a la media de los valores de ensayo, mientras que el valor de mi resulta
muy inferior a los valores habituales para este tipo de roca.
Página
144
Para definir los parámetros de Mohr Coulomb se realiza el ajuste con el criterio
lineal de Mohr-Coulomb, cuya expresión es:
31 · Kc
Donde la constante K queda definida por:
sen
senK
1
1
es el ángulo de rozamiento interno de la roca
Por tanto, el valor de la cohesión y del ángulo de rozamiento puede deducirse
a partir de las siguientes expresiones:
90·2 nata
cos2
1 senc c
A continuación se presenta la parábola de Hoek y Brown para un caso
general, obteniendo de esa forma los parámetros resistentes del macizo. Se ha
realizado para los valores de GSI más típicos en estas formaciones. Valores
inferiores a 40 se han considerado dentro del grupo geotécnico 3 que se
corresponden con la roca más meteorizada (GM. IV-V).
El análisis de los parámetros de los macizos rocosos aplicados a túneles se
realizará en el apartado de Geotecnia de túneles, donde se particularizan los
resultados para las monteras y calidades geomecánicas del macizo presente en
los túneles.
Página
145
Figura 50. Grupo 6.Parabola de Hoek y Brown GSI=70
Página
146
Figura 51. Grupo 6.Parabola de Hoek y Brown GSI=50
Página
147
Figura 52. Grupo 6. Parabola de Hoek y Brown GSI =40
Página
148
Tabla nº 98. GRUPO 6. Valores de parámetros de roca intacta y macizo
rocoso.
GSI
General Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso
3,max
(MPa) ci mi Ei (Mpa) mb s a c
(MPa) º
tm
(MPa) cm
(MPa)
Em (MPa)
70 20,45 81,79 7,02 27.000 2,404 0,0357 0,501 5,48 33 1,213 20,25 19.785
50 20,45 81,79 7,02 27.000 1,177 0,0039 0,506 3,66 28 0,269 12,09 8.294
40 20,45 81,79 7,02 27.000 0,824 0,0013 0,511 3,07 25 0,126 9,60 4.310
Los valores del módulo de deformación del macizo que se han obtenido con la
parábola de Hoek y Brown se encuentran comprendidos en el mismo rango de
valores que se han alcanzado en los ensayos dilatométricos. En las rocas con
mayor índice de calidad el módulo de deformación del macizo se mantiene algo
por encima del intervalo superior de valores (el valor máximo obtenido de los
ensayos in situ está entorno a 14.000 MPa). En el caso de los índices de calidad
más bajos, los módulos resultan, en orden de magnitud, por debajo del intervalo
inferior de valores (el valor mínimo obtenido de los ensayos in situ está entorno a
3.500 MPa aproximadamente). El extremo inferior de los ensayos se considera
más apropiado para las rocas de más baja calidad geotécnica y más fracturadas,
que se incluyen ya en el grupo geotécnico 7.
Se dispone de 5 ensayos de corte directo en juntas para el grupo geotécnico
6. Para analizar los datos de manera conjunta se ha elaborado un diagrama P-Q
con la totalidad de resultados obtenidos en los ensayos:
Página
149
Figura nº 53.GRUPO 6. Diagrama P-Q. Ensayos de corte directo en juntas
De donde se obtienen los siguientes valores de cohesión y ángulo de
rozamiento en juntas:
c (t/m2) º
3,59 41,8
A pesar de que el ajuste de los datos en el diagrama P-Q es adecuado, con un
grado de correlación muy elevado, del 80,7%, el valor obtenido para la cohesión
en juntas parece muy elevado. Valores elevados de cohesión en juntas dan lugar
a análisis de estabilidad excesivamente optimistas, que no se corresponden con
la realidad.
No se presentan taludes en estas formaciones. No obstante se estima que la
siguiente pareja de valores resultaría más razonable en estos análisis:
c (t/m2) º
0 30
Se han realizado 14 ensayos de velocidad sónica con un resultado variable
entre 2.755 m/s y 5.110 m/s, con un valor medio de 4.440 m/s. No se dispone de
valores de velocidad in situ en granito sano para realizar la correlación de Coon
and Merrit. Los valores de laboratorio son elevados, lo que indica una alta calidad
de la roca.
y = 0,6667x + 0,2673R² = 0,8073
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
Q (K
g/c
m2)
P (Kg/cm2)
DIAGRAMA P-Q
Círculos de Mohr
Página
150
Tabla nº 99 GRUPO 6. Resumen de resultados de velocidad sónica
GRUPO 6
Nº de valores 14
Promedio 4.440,2
Máximo 5.110,0
Mínimo 2.755,0
Ensayos de estabilidad frente a sulfatos sódico y magnésico
Se han ensayado 2 muestras para conocer su estabilidad al NaSO4 y otras 2
más al MgSO4. Los valores resultantes son los siguientes:
Tabla nº 100. GRUPO 6. Resumen de valores de ensayos de estabilidad
frente a sulfatos sódico y magnésico.
Estabilidad frente al NaSO4 (%) Estabilidad frente al MgSO4 (%)
Nº de valores 2 2
Promedio 7,3 3,5
Máximo 11,8 5,7
Mínimo 2,7 1,3
Desviación estándar 6,4 3,1
En el caso del sulfato sódico, los dos valores cumplen los requerimientos
indicados en el Pliego de ADIF (PGP-2008 v 1.11) para su empleo en
pedraplenes, donde se exige que las pérdidas en el ensayo de ataques de
sulfatos sódico y magnésico inferiores al 20%. Para el caso del sulfato magnésico,
todos los resultados son inferiores al 30% exigido en la norma. Los mismos
valores son requeridos para su empleo como cimiento drenante.
Ensayos de desgaste y durabilidad
Se han realizado ensayos de desgaste Los Ángeles, Micro Deval húmedo y
coeficiente de Friabilidad para evaluar el posible aprovechamiento del material
extraído de la excavación del túnel en mina.
Los resúmenes de estos ensayos se muestran en la siguiente tabla:
Página
151
Tabla nº 101: GRUPO 6. Resumen de valores de ensayos de desgaste y
durabilidad.
Microdeval (%) Coeficiente de
Friabilidad F (%)
Coeficiente de Los
Ángeles DLA (%)
Slake Durability
Index SDT (%)
Nº de valores 3 2 5 3
Promedio 28,0 11,3 35,8 98,4
Máximo 47,0 22,4 58,0 99,5
Mínimo 11,0 0,2 27,0 96,8
Desviación estándar 18,1 15,7 12,7 1,5
De las 5 muestras ensayadas, dos presentan un coeficiente de Los Ángeles
dentro del rango indicado en el Pliego de ADIF para las capas de forma y
subbalasto (DLA<30% y DLA<28% respectivamente). En cuanto a cimiento
drenante (DLA<35%) cumplen todas a excepción de una, con un coeficiente de
los ángeles de 58. Únicamente esta muestra no cumple las condiciones para su
empleo como pedraplén (DLA<50%).
El valor medio en el ensayo de Microdeval ha sido de 28%, lo que cualifica al
material como no apto para su empleo en capas de sub-balasto o capa de forma
(MDE<22% y MDE<25% respectivamente). Sólo una muestra ha dado un valor de
11% que cumpliría para su empleo como subbalasto.
Los dos ensayos de friabilidad disponibles se encuentran dentro del rango
adecuado para su empleo en pedraplenes (F<25%), al igual que para material
drenante de cimientos de terraplén (F<50%).
Se han recibido 3 resultados del ensayo Slake, con valores que se clasifican,
según Gamble (1971) como materiales de durabilidad alta a muy alta. En la tabla
siguiente se presenta el criterio de clasificación de Gamble:
Página
152
Tabla nº 102: Criterio de clasificación de los macizos rocosos según su
durabilidad
GAMBLE (1971)
Índice ID2 Durabilidad al desmoronamiento
> 98 Muy alta
95 – 98 Alta
85 – 95 Media – alta
60 – 85 Media
30 – 60 Baja
< 30 Muy baja
En este caso, ambos valores superan los requerimientos del Pliego para su
empleo como pedraplén y cimiento de terraplén drenante.
Ensayos de abrasividad y perforabilidad
Se dispone de 16 ensayos de abrasividad Cerchar en materiales de este grupo
geotécnico, con un valor medio de 3,5 (0,1 mm). Los valores obtenidos en los
ensayos efectuados han dado los siguientes valores medios, máximos y mínimos.
Tabla nº 103: Resumen de Índice de abrasividad Cerchar
GRUPO 6
Nº de valores 16
Promedio 3,5
Máximo 4,7
Mínimo 2,1
Desviación estándar 0,7
El rango de valores de para la clasificación de abrasividad Cerchar se incluye
en el siguiente cuadro resumen:
Página
153
Tabla nº 104: Criterio de clasificación en función de la abrasividad Cerchar
CLASIFICACIÓN CERCHAR, ÍNDICE DE ABRASIVIDAD
ÍNDICE DE ABRASIVIDAD CERCHAR (0,1 mm) DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA
< 1,2 Extremadamente poco abrasiva
1,2 – 2,5 Ligeramente abrasiva
2,5 – 3,5 Abrasividad media
3,5 – 4,0 Moderadamente abrasiva
4,0 – 4,25 Abrasiva
4,25 – 4,5 Altamente abrasiva
> 4,5 Extremadamente abrasiva
Atendiendo a los valores medios, las rocas del GRUPO 6 se clasifican, dentro
de este criterio, como rocas moderadamente abrasivas. No obstante, el rango de
resultados abarca las categorías de ligeramente abrasiva a abrasiva.
A continuación se muestran los resultados de los valores estadísticos de los
ensayos de dureza Cerchar:
Tabla nº 105. Resumen de Índice de dureza Cerchar
GRUPO 6
Nº de valores 8
Promedio 245,5
Máximo 463,9
Mínimo 97,4
Desviación estándar 116,3
Los criterios para clasificar la roca según su dureza son los siguientes:
Página
154
Tabla nº 106. Criterio de clasificación en función de la dureza Cerchar
ENSAYO DE DUREZA CERCHAR
ÍNDICE CERCHAR DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA
0 – 20 Roca blanda
21 – 40 Roca poco dura
41 – 80 Roca dura
81 – 120 Roca muy dura
> 120 Roca extremadamente dura
Los valores de dureza Cerchar obtenidos de los ensayos clasifican a la roca
entre roca muy dura y extremadamente dura.
Los valores estadísticos de los ensayos Schimazek se presentan en la tabla
siguiente, para el grupo geotécnico 1:
Tabla nº 107. Índice Schimazek F (kN/m)
GRUPO 6
Nº de valores 20
Promedio 3,4
Máximo 12,3
Mínimo 0,1
Desviación estándar 3,5
Los valores de índice Schimazek clasifican a la roca en función de su
rozabilidad de muy buena a muy mala, como sigue:
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155
Tabla nº 108. Criterio de clasificación de la rozabilidad en función del índice
Schimazek
CLASIFICACIÓN ÍNDICE SCHIMAZEK
ÍNDICE SCHIMAZEK F (kN/m) DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA
< 0,3 Rozabilidad muy buena
0,3 – 0,4 Rozabilidad buena
0,4 – 0,5 Rozabilidad moderada
0,5 – 0,6 Rozabilidad regular
0,6 – 0,8 Rozabilidad mala
0,8 – 1,0 Rozabilidad muy mala
Los valores de índice Schimazek en granitos han dado valores muy dispersos.
Han resultado en su mayor parte superiores a 0,8, por lo que se trataría de una
roca de rozabilidad muy mala, según la clasificación de este índice.
A través del ensayo Schimazek también se conocen los contenidos de cuarzo
de las muestras ensayadas, lo que tiene influencia también en la dificultad de
excavación.
En la siguiente tabla se presentan los valores estadísticos de los contenidos
en cuarzo de esta formación geotécnica:
Tabla nº 109. Resumen de contenidos en cuarzo (%)
GRUPO 6
Nº de valores 16
Promedio 34
Máximo 56
Mínimo 15
Desviación estándar 14,5
Página
156
Los porcentajes de cuarzo son elevados, lo que puede repercutir en un
elevado desgaste de los útiles de corte, sin embargo, son inferiores a los
contenidos de cuarzo obtenidos en las otras formaciones.
Se han realizado ocho ensayos DRI (Drilling Rate Test) para la caracterización
de la perforabilidad de los materiales del grupo 6. Este índice se obtiene a través
de dos ensayos de laboratorio:
Ensayo de caída (drop test), que proporciona una medida indirecta de la
energía necesaria para triturar la roca. El valor obtenido S20 representa el
porcentaje de material que pasa por un tamiz de 11,2 mm de abertura,
después de 20 impactos.
Ensayo de perforación (Siever’s miniature drill test) que da una medida
indirecta de la dureza de la superficie de la roca, representativa de la
resistencia a identación. El valor obtenido (SJ) se define como la
profundidad del taladro, medido en décimas de milímetro, después de 200
rotaciones efectuadas por una pequeña barrena sometida a un empuje de
20 kg.
El cálculo del índice de perforabilidad se realiza introduciendo en la gráfica
siguiente cada par de valores obtenidos de ambos ensayos.
Figura nº 54. Gráfica para la determinación del Drilling Rate Index
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157
En consecuencia, los rangos de valores en los que se establece el parámetro
DRI son:
Tabla nº 110. GRUPO 6. Resumen de valores de ensayos Drilling Rate Index
(DRI)
DRI
Nº de valores 8
Promedio 49,9
Máximo 68,0
Mínimo 37,0
Desviación estándar 9,9
Los valores medios de DRI se encuentran dentro de los valores esperados
para los granitos, como se desprende de la siguiente figura:
Figura nº 55. Valores del Drilling Rate Index según la litología
Página
158
Tabla nº 111. Criterio de clasificación en función de DRI.
Categoría perforabilidad DRI
Extremadamente baja < 25
Muy baja 26 - 32
Baja 33 - 42
Media 43 - 57
Alta 58 - 69
Muy alta 70 - 82
Extremadamente alta > 83
Tomando en consideración los valores medios de los ensayos de laboratorio
del índice DRI el grupo 6 se integran dentro de la categoría de perforabilidad
media. El resto de valores se engloban entre las clases de perforabilidad baja y
alta.
Las conclusiones derivadas de estos resultados parecen no concordar con las
esperadas, ya que a priori se presume que los granitos presentan una abrasividad
mayor que las rocas metamórficas ordovícicas. En cualquier caso, estos
resultados demuestran que pueden esperarse abrasividades importantes no sólo
en los granitos sino también en las rocas metamórficas, asociadas generalmente
a la presencia de niveles areniscosos con elevados contenidos de cuarzo.
Página
159
3.2.7. GRUPO 7: Granitos meteorizados y suelo residual procedente de los
granitos (jabres). Formación GRA (GM. IV-V) y QJ.
Estos materiales se presentan en la zona final del trazado, en el emboquille
oeste del túnel de Prado. Se han reconocido espesores de jabre del orden de 9,0
a 20,0 m en los sondeos ST-33 y SD-34.
A continuación se muestran los resúmenes de los ensayos realizados sobre
las muestras de suelo.
Se han ensayado tres muestras de granito meteorizado a grado IV-V y jabres,
presentando una densidad seca media de 22,4 kN/m3. La densidad aparente
media ha resultado ser 22,8 kN/m3 para humedades variables entre 0,7% y 3,3%.
En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, aparente y
humedad obtenidos en las muestras de los sondeos para estos suelos:
Tabla nº 112. GRUPO 7. GRA (GM IV-V) y QJ Resumen de ensayos de
identificación.
Densidad seca
(kN/m3)
Densidad aparente
(kN/m3)
Humedad (%)
Nº de valores 3 3 3
Promedio 22,4 22,8 2,1
Máximo 23,9 24,1 3,3
Mínimo 21,5 22,2 0,7
Desviación estándar 1,3 1,1 1,3
Se dispone de ensayos granulométricos en 4 muestras extraídas en sondeos.
El porcentaje de grava/arena/finos medio es de 9/68/23. Todas las muestras han
sido no plásticas en los ensayos de límites de Atterberg.
En los cuadros siguientes se muestran los resúmenes de resultados de los
ensayos de granulometría.
Página
160
Tabla nº 113. GRUPO 7. Resumen de ensayos de granulometría
RET. # 10 >2,00 mm
(Grava)
PASA #10 - RET. #200
(Arenas)
PASA # 200
<0,074mm
(Finos)
Nº de valores 4 4 4
Promedio 9 68 23
Máximo 12 73 27
Mínimo 6 61 16
Desviación estándar 3,2 5,3 5,1
Según la clasificación del PG-3, este material se puede clasificar como
tolerable.
Todas las muestras se clasifican como arenas limosas SM, según la
clasificación USCS. Según la clasificación americana AASHTO las muestras se
han clasificado en las dos categorías siguientes: A-2-4(0) y A-1-b(0).
A continuación se muestran los resultados de los ensayos químicos realizados
en las muestras de suelo coluvial:
Tabla nº 114. GRUPO 7. Resultados de ensayos químicos
M.O.
(%)
CO3Ca
(%)
SO3
(%)
Sales solubles
(%)
Nº de valores 4 4 4 -
Promedio 0,4 0,3 0,0 -
Máximo 0,5 0,4 0,0 -
Mínimo 0,3 0,2 0,0 -
Se dispone de 3 resultados de ensayos de resistencia a compresión simple en
estos materiales, con los siguientes resultados:
Página
161
Tabla nº 115. GRUPO 7 Resumen de ensayos de resistencia a compresión
simple
Resistencia a compresión simple (MPa)
Nº de valores 3
Promedio 5,3
Máximo 10,4
Mínimo 2,1
Desviación estándar 4,5
Al igual que en las rocas metamórficas, para los granitos alterados se emplean
valores de la roca intacta correspondientes a los rangos inferiores obtenidos en
las muestras de grado GM-III fundamentalmente. Estas muestras corresponden a
los granitos más alterados (Grupo 6B).
Figura nº 56. Correlación de Hoek y Brown GRUPO 6B
Página
162
De donde se obtiene:
mi = 9,7
ci = 47,1 MPa
El valor de la resistencia a compresión simple así obtenido es ligeramente
superior a la media de los valores de ensayo, mientras que el valor de mi resulta
muy inferior a los valores habituales para este tipo de roca.
A continuación se presenta la parábola de Hoek y Brown para un caso
general, obteniendo de esa forma los parámetros resistentes del macizo con
GSI=30 para los granitos (GM. IV-V) del grupo 7.
El análisis de los parámetros de los macizos rocosos aplicados a túneles se
realizará en el apartado de Geotecnia de túneles, donde se particularizan los
resultados para las monteras y calidades geomecánicas del macizo presente en
los túneles.
Página
163
Figura nº 57. GRUPO 6. Parábola de Hoek y Brown GSI = 30
Tabla nº 116. GRUPO 7. Valores de parámetros de roca intacta y macizo rocoso
GSI
General Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso
3,max
(MPa) ci mi Ei (Mpa) mb s a c
(MPa) º
tm
(MPa) cm
(MPa)
Em (MPa)
30 11,75 47 9,7 15.000 0,796 0,0004 0,522 1,63 24 0,025 0,81 1.220
De los ensayos realizados para los materiales del grupo 6, teniendo en
consideración los resultados de los ensayos realizados sobre las muestras más
alteradas, se estima una resistencia a compresión simple para los materiales del
Grupo 7 de 50 MPa y un módulo de deformación de 15.000.
Página
164
Se considera del lado de la seguridad para los cálculos de estabilidad de
taludes en estos suelos, emplear un valor más conservador. De este modo, se
adoptan en la hipótesis de desmonte, los siguientes parámetros resistentes,
resultantes de la bibliografía existente:
Tabla nº 117. Parámetros geotécnicos para taludes en roca meteorizada
Litología Densidad aparente
ap (kN/m3)
Cohesión
c(kN/m2)
Ángulo de
rozamiento
(º)
Jabres QJ 21,0 10 30
Granito alterado (GM. IV) 21,0 50 30
3.2.8. Resumen de parámetros
En las tablas siguientes se muestra el resumen de los valores medios, de los
principales ensayos, así como el posible aprovechamiento de los materiales
excavados y sus condiciones de excavabilidad,
A continuación se muestran los valores de los parámetros adoptados en los
cálculos de desmontes, derivados de los ensayos de laboratorio, tal como se ha
indicado a lo largo de la caracterización geotécnica.
Tabla nº 128. Resumen de valores de ensayos en rocas
Página
165
FORMACIÓN
GEOTÉCNICA
Densid
ad seca
(kN/m3)
Densid
ad
aparent
e
(kN/m3)
Resist.
a
compr.
simple
ci(MP
a)
Ei (MPa)
Triaxiales Parámetros en
juntas
Posibilidad de
Aprovechamie
nto
Excavabilid
ad
Módul
o
Young
E
(MPa)
Módul
o dilat
Edil
(MPa)
1
(MPa)
3
(MPa)
Cohesión (Mpa)
Ángulo roz.
(º)
GR
UP
O 1
Nº
ENSAYOS 52 52 28 6 4 6 9 9 18 18
Todo-uno (cimiento,
coronación y núcleo) y en
falsos túneles
Voladuras
PROMEDI
O 26 26,3 24,8 21.39
6 4.693 0,2 35,4 1,8 0,331 31
PROMEDI
O GM-I-II 25,8 26,5
28,3 18.18
5 5.566 0,2 35,4 1,8 0,409
34
PROMEDI
O GM-III 26,2 25,8 12,1
27.81
6 2.076 0,2 - -
0,269 28
MÁX 25,4 28,4 104,4 51.359
11.731
0,4 64,3 4,1 0,801 48
MÍN 23 23,8 4,7 4.274 825 0,1 7,1 0,6 0,053 12
VALOR
ADOPTAD
O 25 26 22
16.000
(*) 0,25
- - 0 30
GR
UP
O 2
Nº
ENSAYOS 22 21 95 12 8 12 5 5 30 30
Todo-uno (cimiento,
coronación y núcleo) y en
falsos túneles
Voladuras
PROMEDIO 26,3 26,7 14,3 21.117 7.242 0,2 15,4 2,1 0,556 26
PROMEDIO
GM-I-II 26,4 26,8
15,0 22.692 7.242 0,2 15,4 2,1 0,556 26
PROMEDIO
GM-III 25,8 26,3 9,1 3.789
- 0,2 - - - -
MÁX 27,8 28 100,7 54.863 26.863 0,6 23,3 2,7
0,842 41
MÍN 24,1 25 0,3 1.552 500 0,0 11,5 1,6
0,345 14
VALOR
ADOPTADO 26 27 21 22.700 (*) 0,25
- -
OP-S 0 30
OP-J 0 28
SFA S-J
0 35
GR
UP
O 6
Nº
ENSAYOS 61 61 39 10 10
Todo-uno (cimiento,
coronación y núcleo) y en
falsos túneles
Voladuras
PROMEDIO 26,0 26,1 65,1 43.080 12.009 0,2
74,0 2,2 0,6 35,5
PROMEDIO
GM-I-II 26,1 26,2
60,5 5.113 13.974 0,2 81,4 2,7
-
-
PROMEDIO
GM-III 25,6 25,9
40,3 10.950 10.043 0,1 51,6 0,5
-
-
MÁX 27,2 27,3 143,1 79.990 19.585 0,2
83,7 4,3 0,9 49,0
MÍN 23,7 23,9 7,4 2.377 7.635 0,1
51,6 0,5 0,3 16,4
VALOR
ADOPTA
DO
26 26 81,79 27.000 (*) 0,2 - - 0 30
Página
166
(*)Estos valores se particularizarán para los túneles en función de sus condiciones geotécnicas
reales.
Tabla nº 129. Resumen de valores de ensayos en suelos
FORMACIÓN GEOTÉCNICA
Densidad seca (kN/m3)
Densidad aparente (kN/m3)
Humedad (%)
WL (%)
WP (
%)
IP (
%)
RET.
# 10 >2,0 mm (Grava)
PASA
#10 RET
. #20
0 (Arenas)
PASA #
200 <0,074m
m (Finos)
Clasif.
USCS
Clasif.
PG-3
Resist. a
compr.
simple
ci(MPa)
Módulo
Young Ei
(MPa)
Posibilidad de
Aprovechamiento
Excavabilidad
GRUPO 3/4
Nº ENSAY
OS 13 13 13 8 8 8 8 8 8
GM -
SC
Tolerable/ Adecuado
4 - -
Terraplén (cimiento,
coronación y núcleo) y en falsos túneles
Ripable-Excavabl
e
PROMEDIO
22,1 24,1 8,9 31
22
10
52 28 20 1,89 - -
MÁX 25,0 27,5 22,8
4
4
2
8
1
6 87 49 42 2,71 - -
MÍN 18,5 20,2 3,3
2
4
1
6 7
9 8 5 1,28 - -
VALOR ADOPT
ADO 22 24 - - - - - - - 8,86 9.000 0,25
GRUPO 5
Nº ENSAY
OS 11 11 11
11
11
11
11 11 11
GM-GC
Tolerable/ Adecuado
-
Terraplén (cimiento,
coronación y núcleo) y
falsos túneles
Ripable-Excavabl
e
PROMEDIO
21,3 24,1 14,4 34
25
9,5
37 32 31 -
MÁX 25,9 27,6 26,7 44
37
12,6
57 75 58 -
MÍN 15,8 19,2 4,6 28
21
6,7
7 18 18 -
VALOR ADOPT
ADO 22 24 - - - - - - - 9,06 9.000 0,25
GRUPO 7
Nº ENSAY
OS 3 3 3 4 4 4 4 4 4
GM-GC
Tolerable
3
Terraplén (cimiento,
coronación y núcleo) y
falsos túneles
Ripable-Excavabl
e
PROMEDIO
22,4 22,8 2,1 NP
NP
NP
9 68 23 5,3
MÁX 23,9 24,1 3,3 N
P NP
NP
12 73 27 10,4
MÍN 21,5 22,2 0,7 N
P NP
NP
6 61 16 2,1
VALOR ADOPT
ADO 21 22 - - - - - - - 50
15.000
0,25
Página
167
Tabla nº 130. Resumen de parámetros empleados en los cálculos de desmontes en
roca.
FORMACIÓN GEOTÉCNICA
Densidad aparente (kN/m
3)
Resist. a compr. simple (MPa)
Parámetros en juntas
Tipo de discontinuidad
Cohesión (Mpa)
Ángulo roz. (º)
GRUPO 1 26 22
S y J 0 30
GRUPO 2 27 21
OP - S
0
30
OP - J 28
SFA - S y J 35
Tabla nº 131. Parámetros geotécnicos para taludes en roca meteorizada.
Litología
Densidad aparente
ap (kN/m3)
Cohesión
c(kN/m2)
Ángulo de rozamiento
(º)
Jabre QJ 19,0 10 30
Granito alterado
(GM. IV) 19,0 50 30
Página
168
Tabla nº 132. Valores de parámetros de roca intacta y macizo rocoso.
FORMACIÓ
N
GEOTÉCNIC
A
GS
I
Genera
l Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso (*)
3,max
(MPa) ci mi Ei
(Mpa) mb s a
c (MPa
)
º
tm
(MPa)
cm
(MPa)
Em (MPa)
GRUPO 1
60 5,45
21,8
2
7,2
3
16.00
0
1,73
3
0,011
7
0,50
3
1,181 31 0,15 4,15 8.320
50 5,45
21,8
2
7,2
3
16.00
0
1,21
2
0,003
9
0,50
6
0,986 28 0,07 1,34 4.915
40 5,45
21,8
2
7,2
3
16.00
0
0,84
8
0,001
3
0,51
1
0,828 25 0,03 0,72 2.555
GRUPO 2
60 5,23
20,9
4
7,5
4
22.70
0
1,73
3
0,011
7
0,50
3
1,145 31 0,14 4,05 11.80
0
50 5,23
20,9
4
7,5
4
22.70
0
1,26
4
0,003
9
0,50
6
0,958 28 0,06 3,19 6.973
40 5,23
20,9
4
7,5
4
22.70
0
0,84
8
0,001
3
0,51
1
0,806 25 0,03 0,69 3.624
GRUPO 6
70 20,45 81,7
9
7,0
2
27.00
0
2,40
4
0,035
7
0,50
1
2,776 47 1,213 20,25 19.78
5
50 20,45 81,7
9
7,0
2
27.00
0
1,17
7
0,003
9
0,50
6
1,195 44 0,269 12,09 8.294
40 20,45 81,7
9
7,0
2
27.00
0
0,82
4
0,001
3
0,51
1
3,07 25 0,126 9,60 4.310
(*)En el estudio geotécnico de túneles, estos parámetros se ajustarán a las condiciones de montera y calidad del
macizo rocoso especificas del túnel, asignado unos valores tipo a cada clase de terreno estudiada.
Página
169
Tabla nº133. Valores de parámetros de roca intacta y macizo rocoso en las rocas
alteradas.
FORMACIÓ
N
GEOTÉCNIC
A
GS
I
Genera
l Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso (*)
3,max
(MPa) ci mi Ei
(Mpa) mb s a
c (MPa
)
º
tm
(MPa)
cm
(MPa)
Em (MPa
)
GRUPO 3/4
30 2,21 8,8
6
6,3
9
9.000 0,56
5
0,000
4
0,52
2
0,265 21 0,007 0,772 732
20 2,21 8,8
6
6,3
9
9.000 0,36
7
0,000
1
0,54
4
0,205 18 0,071 0,565 411
GRUPO 7 30 11,75 47 9,7 15.00
0
0,79
6
0,000
4
0,52
2
1,63 24 0,025 0,81 1.220
3.3. CRITERIOS DE APROVECHAMIENTO
En el Anejo de Materiales se presentan los criterios adoptados para el
aprovechamiento de los materiales excavados en la traza. En el siguiente cuadro
se presenta un resumen del empleo de dichos materiales, indicando el grupo
geotécnico y su posible aprovechamiento.
Página
170
Tabla nº 134. Resumen posibles aprovechamientos
Litología Aprovechamiento
GRUPO 1
Cuarcitas y filitas del Invernadeiro OQP, OQF,
Fe y OQE, OQEC (GM-I-II-III)
Todo-uno (cimiento, coronación y núcleo) y en
falsos túneles
GRUPO 2
Pizarras y filitas.OP y OE. (GM-I-II-III)
Todo-uno y terraplén (cimiento, coronación y
núcleo) y en falsos túneles
GRUPO 3
Cuarcitas y filitas del Invernadeiro.
OQP, OQF, Fe y OQE, OQEC (GM-IV-V)
Terraplén (cimiento, coronación y núcleo) y en
falsos túneles
GRUPO 4
Pizarras y filitas. OP y OE. ( GM-IV-V)
Terraplén (cimiento, coronación y núcleo) y en
falsos túneles
GRUPO 5
Formaciones cuaternarias Vertedero
GRUPO 6
Granitos GRA (GM-I-II-III).
Todo-uno (cimiento, coronación y núcleo) y en
falsos túneles
GRUPO 7
Arenas graníticas (jabres) (GJ)
Terraplén (cimiento, coronación y núcleo) y en
falsos túneles
NOTA: Los materiales rocosos, para su empleo en coronación, deberán pasar por un
proceso de machaqueo previo para obtener los tamaños requeridos
Página
171
En la tabla siguiente se resumen los posibles usos de los materiales excavados en la
traza, para las distintas necesidades de la plataforma ferroviaria:
Tabla nº 135. Posibles usos de materiales excavados en traza
GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3 GRUPO 4 GRUPO 5 GRUPO 6 GRUPO 7
PEDRAPLÉN NO NO NO NO NO NO NO
CIMIENTO DRENANTE
NO NO NO NO NO SÍ NO
CIMIENTO TERRAPLÉN O
TODO-UNO SI SÍ SI SÍ NO SÍ SÍ
NÚCLEO TERRAPLÉN O
TODO UNO SÍ SÍ SÍ SÍ NO SÍ SÍ
CORONACIÓN TERRAPLÉN O TODO-UNO
(1)
SI SÍ SÍ SÍ NO SÍ SÍ
RELLENO TÚNELES
ARTIFICIALES SÍ SÍ SÍ SÍ NO SÍ SÍ
CUÑAS TRANSICIÓN
ESTRUCTURAS (2)
NO NO NO NO NO NO NO
HORMIGONES NO NO NO NO NO SI SI
CAPA DE FORMA (2)
NO NO NO NO NO NO NO
SUBBALASTO NO NO NO NO NO NO NO
ZAHORRAS NO NO NO NO NO SI NO
RELLENOS DE CAMINOS Y
REPOSICIONES SI SI SI SI NO SI SI
CORONACIÓN CAMINOS Y
REPOSICIONES SI SI SI SI NO SI SI
(1) NOTA: Siempre y cuando se machaque y cribe el material procedente de la excavación de los
túneles para obtener tamaños < 10 cm.
(2) NOTA: Las cuñas de transición cumplirán las mismas condiciones que la capa de forma. No
obstante podría ser discutible su aprovechamiento, si el único factor por el que no cumple fuera el
Coeficiente de Los Ángeles (LA).
Página
172
3.4. COEFICIENTE DE PASO
En las tablas siguientes se resumen los valores de coeficientes de paso
adoptados:
Tabla nº 136. Coeficientes de paso. ROCA
Litología Grado de
aprovechamiento (%) Coeficiente de paso inicial
Coeficiente de paso
final
GRUPO 1 95 1,20 1,14
GRUPO 2 95 1,20 1,14
GRUPO 6 95 1,20 1,14
Vertedero - 1,30 -
Tabla nº 137.Coeficiente de paso. SUELOS
Litología Grado de
aprovechamiento (%)
Coeficiente de paso
inicial
Coeficiente de
paso final
QC 0 1,16 0,0
GRUPO 3 90 1,16 1,05
GRUPO 4 90 1,16 1,05
GRUPO 7 90 1 0,9
El valor 0,0 en la litología QC, indica que estos materiales no se aprovecharán
para las necesidades de la traza, sino que irán vertedero, debiendo aplicar el
coeficiente de paso de vertedero (1,30).
Estos coeficientes se han justificado en el Anejo de Materiales.
3.5. AGRESIVIDAD AL HORMIGÓN
Durante las campañas de investigación geotécnica y complementaria, se han
tomado un total de 14 muestras de agua en sondeos y otras 3 muestras en
manantiales, para comprobar su posible agresividad a los hormigones. Los tipos
de ensayos realizados en laboratorio, junto con las normativas UNE y EN, se
indican en el cuadro dado a continuación.
Página
173
Tabla nº 138. Tipos de ensayos en hormigones
Los resultados de los ensayos, se representan en la tabla dada a continuación.
(Tabla 139) Indican que la agresividad del agua varía, en general, entre No
Agresiva y un Grado Débil de agresividad. Existen cinco muestras que presentan
un grado de agresividad medio, con valores de residuo seco comprendidos entre
57,5 – 65,3 mg/l (según norma, Medio: 50 – 75 mg/l).
Tabla nº 139. Resultados de los ensayos en hormigones
Situación M - 2 M - 3 M - 7 ST - 25 ST - 26 ST - 27 ST - 28 ST - 30 ST - 31 ST - 33 ST - 35 ST - 47 ST - 48 ST - 415+300 ST - 49 ST - 416+700 SD - 34
pH 5,79 9,08 6,91 5,99 7,03 7,18 6,53 6,54 6,59 6,15 5,77 6,48 6,64 6,4 6,5 6,3 6,19
Amonio 1,5 1,1 1,8 0,4 2,2 0,6 3,5 28,2 16,9 28,2 13,4 1,1 10 3,6 0 0 0
Residuo seco 61,4 81,3 65,3 58,9 141,1 110,8 420,3 102,9 100,6 57,5 117,9 77,6 369,6 313 58,32 190 84
Sulfato 29 26 21 27 28 23 123 57 53 30 26 23 74 11,6 39,9 12,48 14,98
Magnesio 21,9 21,1 21,4 18,7 22,5 29,8 40,2 24,1 23,9 21,2 22,4 24,1 19,7 1,1 2,9 1 0,9
Diox. Carbono 11 3,3 7,7 6,6 4,4 3,3 11 20,9 15,4 4,4 28,6 4,4 24,2 - - - -
Olor Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora - - - -
AGRESIVIDAD MEDIA DEBIL MEDIA MEDIA DEBIL DEBIL NO AGRESIVA DEBIL DEBIL MEDIA DEBIL DEBIL DEBIL NO AGRESIVA MEDIA DEBIL DEBIL
TRAMO: TÚNEL DE PRADO. VÍA IZQUIERDA
Página
174
4. GEOTECNIA DE LAS OBRAS DE TIERRA.
4.1. ESTUDIOS DE DESMONTES
4.1.1. Introducción
La traza del ferrocarril discurre por un terreno muy abrupto, discurriendo en
túnel en toda su longitud. Tan sólo se estudian, por tanto, los desmontes de la trinchera
del emboquille oeste de los túneles de Prado.
El subtramo comprende la vía izquierda del túnel de Prado (PK 410+681 – PK
418+168) y el emboquille Oeste de los Túneles de Prado (PK. 418+159-418+277).
La trinchera de este emboquille tiene una altura máxima de 34,0 m y se excavará
en granitos. La ladera en la que está situado está muy vegetada, y no se han
observado afloramientos. En esta zona el granito se presenta meteorizado y
desarrolla suelos graníticos (jabres) de espesor estimado en torno a 8,0 m.
En la siguiente tabla se resumen las características geométricas de los
desmontes proyectados:
Tabla nº 140. Características geométricas de los desmontes proyectados
DESMONTE Altura máxima (m)
Litología Clave
P.K. a P.K. Longitud Izq. Frontal Der.
418+159 418+268 109
22,0
31,0
34,0 Granitos GRA
418+168 418+277 109 33,0
La campaña de investigación geotécnica y el levantamiento geológico-
geotécnico efectuado han permitido estimar, a través de un número importante de
puntos de lectura y de investigación geotécnica, la estructura del macizo rocoso
en los desmontes de los emboquilles, así como la profundidad de meteorización y
posición del nivel freático.
Este reconocimiento de la estructura y meteorización del macizo rocoso,
lógicamente no puede considerarse como definitivo y completo, ya que está
condicionado por el número, necesariamente limitado, de puntos de investigación.
Debe ser completado por tanto, durante la ejecución de las obras, a la vista de los
Página
175
nuevos datos facilitados por las excavaciones y del comportamiento real del
terreno.
4.1.2. Estudio de los desmontes existentes
Con objeto de ajustar los parámetros de diseño y predecir el comportamiento
de los taludes a proyectar en los desmontes del ferrocarril, se ha llevado a cabo
una toma de datos de los principales taludes y desmontes existentes en las
proximidades del tramo en estudio.
La existencia de desmontes, tanto de emboquille de túneles como de trazado,
en el ferrocarril existente, han permitido realizar un estudio detallado del
comportamiento de los taludes excavados en los materiales a atravesar por el
trazado.
Las observaciones realizadas se presentan al final del apartado, en una tabla
resumen con los datos obtenidos. Estos, han sido los siguientes: litología,
inestabilidades observadas, medidas de corrección y presencia de agua. La ficha
se acompaña de una fotografía del talud estudiado.
Todos los desmontes del ferrocarril, han sido excavados hace más de 50
años. El ángulo de excavación adoptado, su respuesta frente a la meteorización,
las inestabilidades producidas, las medidas correctoras adoptadas en algunos
casos y su comportamiento, así como la revegetación natural que presentan hoy
día, son factores muy útiles para el diseño de los futuros taludes de emboquille de
los túneles previstos.
El estudio de desmontes existentes afecta a las formaciones con
esquistosidad de la traza, OQF y OQP.
La principal característica de las formaciones de tipo pizarroso es la presencia
de superficies muy continuas, de bajo espaciado como la esquistosidad y, en el
caso de la formación OQP - OQF, además, la estratificación que presentan las
metareniscas y cuarcitas. La esquistosidad o la estratificación, por tanto,
condicionan fuertemente el comportamiento del talud según la dirección y el
ángulo con el que sean cortadas por el trazado.
Página
176
La dirección del trazado del ferrocarril actual es NO – SE y los ángulos de
excavación de los taludes oscilan entre 45º (1H:1V) y subverticales (1H:3V).
Según la dirección de intersección entre la esquistosidad – estratificación y el
trazado del ferrocarril, se pueden dar dos situaciones posibles:
Intersección con direcciones paralelas y subparalelas (FD–17 a FD–30):
En numerosas zonas del ferrocarril actual, la esquistosidad en filitas y la
estratificación en el caso de metareniscas y cuarcitas, son subparalelas al
trazado. Puesto que buzan constantemente hacia el NE, son descalzadas por
los taludes izquierdos y buzan hacia el interior del macizo rocoso en los
taludes derechos (según el avance de los P.K.). En el caso de la ficha FD-18,
el cambio de dirección del ferrocarril en ese punto, hace que el talud que
descalza la estratificación sea el derecho, produciéndose deslizamientos de
bloques planos de gran tamaño, con buzamientos variables de 50º - 55º.
En los taludes izquierdos, se han observado deslizamientos de bloques planos
a favor de la esquistosidad y la estratificación con buzamientos de 35º - 37º,
siendo estables los taludes con ángulos de excavación coincidentes con los
buzamientos. En los taludes derechos, la esquistosidad actúa como junta de
tracción, produciéndose caídas de cuñas y chineo de cantos a favor de los
sistemas de juntas (en general, 3 familias y la esquistosidad).
Intersección con direcciones perpendiculares (FD–15, FD–16 y FD-31):
En este caso, la dirección de esquistosidad y estratificación es perpendicular
a la del trazado. Por tanto, no constituyen una superficie inestable para los
taludes laterales, aunque sí para aquellos taludes frontales que miren hacia el
Este. Los taludes frontales que miran hacia el Oeste son bastante estables, ya
que la estratificación y la esquistosidad buzan hacia el interior del talud. No
obstante, pueden presentar pequeñas inestabilidades por combinación de
juntas. En los taludes izquierdo y derecho, se producen caídas de cuñas,
pequeñas en general, y chineos de cantos a favor de los sistemas de juntas.
Como medidas correctoras, se han observado mallas de triple torsión en
algunos taludes frontales, bulones en la corona de la boquilla en un caso solo,
y muros de hormigón de 1,5 m de altura. Los taludes laterales se mantienen
limpiando las caídas que afecten a las vías. Muchos de ellos están
revegetados de forma natural.
Página
177
Al final de la traza, se atraviesa el Granito de Alberguería (GRA). Se trata de una
litología bastante homogénea y sin direcciones estructurales preferentes. En este
caso se produce una tercera situación en el comportamiento geotécnico de los
taludes:
Intersección sin direcciones preferentes (FD-32 y FD-33): Se trata en este
caso de taludes excavados en rocas homogéneas (granito), en donde no hay
una discontinuidad preferente. Los taludes estudiados, no presentan
prácticamente inestabilidades en forma de cuñas o bloques, aunque sí se han
observado pequeños deslizamientos rotacionales y desprendimientos en masa
en los suelos de alteración (jabres) y en alguna brecha de falla.
Como medidas correctoras, se han observado mallas de triple torsión en
algunos taludes frontales, bulones en la corona de la boquilla de un túnel (un
solo caso), y muros de hormigón de 1,5 m de altura. Los taludes laterales se
mantienen limpiando las pequeñas caídas que afectan a las vías. Muchos de
ellos están revegetados de forma natural.
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178
Tabla nº 141. Características de desmontes existentes.
FICHA TALUD ALTURA (m) PENDIENTE LITOLOGÍA AGUA ESTRUCTURA INESTABILIDADES MEDIDAS CORRECTORAS
Izquierdo 6 80º
Derecho 12 76º
Izquierdo 8 75º
Derecho 12 75º
Izquierdo 8 72º
Derecho 10 72º
Izquierdo 12 74º
Derecho 8 85º
Izquierdo 12 61º
Derecho 6 70º
Izquierdo 12 62º
Derecho 6 72º
Izquierdo 11 65º
Derecho 6 70º
Izquierdo 12 63º
Derecho 7 70º
Izquierdo 10 61º
Derecho 7 12º
Izquierdo 9 66º
Derecho 7 72º
Izquierdo 13 67º
Derecho 7 72º
Izquierdo 11 70º
Derecho 9 72º
Izquierdo 10 54º
Derecho 10 53º
Izquierdo 10 56º
Derecho 13 63º
Izquierdo 20 73º
Derecho 6 62º
Izquierdo 10 73º
Derecho 10 72º
Izquierdo 20 54º
Derecho 9 76º
Izquierdo 15 71º
Derecho 8 74º
FD-31
FD-32
FD-33
FD-25
FD-26
FD-27
FD-28
FD-29
FD-30
FD-19
FD-22
FD-23
FD-24
FD-20
FD-15
FD-16
FD-17
Metareniscas y fi l itas
(OQF)Seco
Esquistosidad y estratificación,
con 2 - 3 familias de juntas.
Caidas de bloques pequeños y chineo de
cantos (T.I. y T.D.). Estable con buzamiento
favorable (T.F.).
No. Revegetación natural parcial
FD-18Metareniscas y fi l itas
(OQP)Seco
Esquistosidad y estratificación,
con 2 - 3 familias de juntas.
Caídas de bloques planos (T.I.). Caídas de
bloques y cuñas pequeñas (T.D.)No. Revegetación natural parcial
Metareniscas y fi l itas
(OQF)Seco
Esquistosidad y estratificación,
con 2 - 3 familias de juntas.
Caidas de bloques pequeños y chineo de
cantos (T.I. y T.D.). Estable con buzamiento
favorable (T.F.).
No. Prácticamente sin revegetar
Fil itas y esquistos
negros (OP)Seco
Esquistosidad y 3 familias de
juntas continuas.
Caídas de lajas planas (T.I.). Caídas escasas
de bloques y cuñas pequeñas (T.D.)No. Revegetación natural parcial
Metareniscas y fi l itas
(OQF)Seco
Esquistosidad y estratificación
con 3 familias de juntas
continuas.
Estable con chineo leve (T.I.). Caidas de
bloques métricos y lajas (T.D.). Caídas de
bloques y lajas (T.F.)
Malla de triple torsión en talud
frontal. Prácticamente sin revegetar.
SecoEsquistosidad y 3 familias de
juntas con continuidad baja.
Caídas de lajas planas (T.I.). Caídas de
bloques y cuñas pequeñas (T.D.)No. Revegetación natural parcial
Inestable. Caídas de lajas abundantes (T.I.).
Chineo de cantos leve (T.D. y T.F.)
Muro de hormigón de 1,5 m (T.I.).
Revegetación natural parcial.
Fil itas y esquistos
negros (OE)Seco
Esquistosidad y 3 familias de
juntas con continuidad baja.
Inestable. Caídas de lajas escasas y pequeñas
(T.I.). Chineo de cantos leve (T.D.)No. Sin revegetar prácticamente.
TABLA RESUMEN DE FICHAS DE DESMONTES EXISTENTES
Filitas y esquistos
negros (OP)Seco
Esquistosidad y 3 familias de
juntas continuas.
Fil itas y esquistos
negros (OE)
Fil itas y esquistos
negros (OE)Seco
Esquistosidad y 3 familias de
juntas con continuidad baja a
media.
Inestable. Caídas de lajas escasas y pequeñas
(T.I.). Chineo de cantos leve (T.D.)No. Sin revegetar prácticamente.
Fil itas y esquistos
negros (OE)Seco
Esquistosidad y 3 familias de
juntas con continuidad baja.
Inestable. Caídas de lajas pequeñas (T.I.).
Chineo de cantos leve (T.D.)
Sin medidas correctoras (T.I. y T.D.).
Bulones en la corona del emboquille.
Cuarcitas y fi l itas
grises (OQEC)Seco
Esquistosidad y estratificación,
con 2 - 3 familias de juntas.
Estable, con chineo escaso de cantos (T.I.).
Chineo leve de cantos (T.D.).
Desprendimientos pequeños (T.Frontal).
Muro de hormigón de 1,5 m (T.I. y T.D.).
Revegetación natural escasa.
Fil itas y esquistos
negros (OE)Seco
Esquistosidad y 3 familias de
juntas con continuidad baja a
media.
Caídas de cuñas grandes y lajas pequeñas
(T.I.). Chineo de cantos leve (T.D.)No. Sin revegetar prácticamente.
Granito (GRA).
Cuarcitas y esquistos
(OQEC)
Seco (T.D.).
Húmedo (T.I.)
Esquistosidad y estratificación,
con 4 familias de juntas (granito).Ambos taludes estables No. Revegetación natural
Cuarcitas y fi l itas
grises (OQEC)Seco
Esquistosidad y estratificación,
con 2 - 3 familias de juntas.
Caídas de bloques y lajas pequeñas (T.I.).
Chineo de cantos leve (T.D.)No. Revegetación natural parcial
Granito (GRA) Seco
3 - 4 familias de juntas
principales. 1 falla con brecha
arenizada 0,80 m.
Estable (T.I.). Despendimientos en masa en la
brecha arenosa de la falla. Deslizamientos
rotacionales en coluvial (T.D.)
No. Revegetación natural parcial
Cuarcitas y fi l itas
grises (OQEC)
Seco (T.D.).
Húmedo (T.I.)
Esquistosidad y 2 - 3 familias
juntas con continuidad baja a
media.
Caídas de bloques pequeños (T.I.). Caídas de
bloques planos (T.D.).
Muro de hormigón de 1,5 m (T.I. y T.D.).
Revegetación natural parcial.
Granito (GRA) Seco3 - 4 familias de juntas
principales, con continuidad
media.
Estable. Chineo muy leve de cantos (T.I.).
Estable, sin caídas (T.D.).No. Revegetación natural parcial
Cuarcitas y esquistos
grises (OQEC)Seco
Esquistosidad y estratificación,
con 3 familias de juntas.
Ambos taludes estables. Chineo muy
ocasionalNo. Revegetación natural parcial
Página
179
4.1.3. Condiciones de excavación
Los materiales que habrán de excavarse para las obras de explanación del
ferrocarril pueden clasificarse en tres categorías, en función de su facilidad de
extracción:
Materiales excavables, que se pueden extraer con maquinaria convencional:
retroexcavadora o pala cargadora, pudiendo requerir en ocasiones una
operación previa de ripado para su extracción.
Materiales ripables, que requieren el empleo de ripper para su excavación.
Materiales que requieren del uso sistemático de voladuras para su excavación.
Las condiciones de excavabilidad de los materiales afectados por el ferrocarril
se han determinado a partir de los datos obtenidos en la campaña de
investigación geofísica, mediante sísmica de refracción, así como en los sondeos,
calicatas y puntos de lectura de afloramientos próximos a la traza.
Para definir el grado de excavabilidad del macizo rocoso se han utilizado dos
criterios definidos por:
Caterpillar (1994)
Petiffer y Fookes (1994), a su vez basado en Franklin (1971)
El criterio propuesto por la empresa Caterpillar se basa fundamentalmente en
la velocidad sísmica del macizo, considerada para diferentes litologías, con los
que se establece el umbral en el que el ripado del macizo rocoso es viable. En el
gráfico adjunto Figura 58 se indican los rangos de valores recomendados para un
tractor D-10, publicados en 1994. En general estas tablas tienden a sobrevalorar
la capacidad de las máquinas. En fase de proyecto es conveniente adoptar como
límite para el ripado del macizo, valores algo menores, y considerar frente a la
opción de forzar el ripado, el empleo de voladuras de esponjamiento, como
criterio más conservador para definir la excavación del macizo rocoso.
Página
180
Figura nº 58: Criterio de excavabilidad propuesto por la empresa Caterpillar (1994)
Definir la excavabilidad del macizo, únicamente en función de la velocidad de
propagación de las ondas sísmicas, determinadas mediante sísmica de
refracción, puede conducir a errores, al no tener en cuenta aspectos como la
estructura del macizo y su grado y tipo de fracturación. En la bibliografía
geotécnica se encuentran diversas clasificaciones que definen la excavabilidad
del macizo en función de criterios como la resistencia de la roca, el espaciado de
las discontinuidades, el grado de meteorización y la abrasividad del material.
En 1971, Franklin et al. propusieron un gráfico en el que se definía la
excavabilidad en función de la resistencia de la roca, medida mediante el ensayo
de carga puntual y el espaciado de las discontinuidades.
Posteriormente Pettifer y Fookes (1994) propusieron una revisión de dicho
gráfico, basándose en más de 100 casos de estudio. Para el presente proyecto se
ha realizado la estimación de la excavabilidad basándose en este segundo criterio
de Petiffer y Fookes, más actual.
Página
181
En la siguiente figura se presenta el gráfico de referencia de Pettifer y Fookes
(1994), junto al propuesto por Franklin et al. (1971).
Figura nº 59: Criterio de excavabilidad de Pettifer y Fookes (1994), basado en
Franklin (1971)
Página
182
Para definir la excavabilidad de los materiales cortados en la traza en función
de los datos obtenidos, se ha tramificado considerando zonas de meteorización y
de características de excavación similares a lo largo de la traza. Para cada franja
de terreno en profundidad se ha definido el posible tipo de excavación según cada
criterio indicado, y finalmente se ha establecido una recomendación, tal y como se
indica en la tabla adjunta.
La tendencia actual se orienta a evitar forzar el ripado en desmonte. El ripado
de materiales que se encuentren próximos al límite en que se recomienda el uso
de explosivos da lugar a rendimientos bajísimos de producción. En consecuencia,
se ha recomendado el uso de explosivos en algún subtramo en el que la
aplicación estricta de los criterios citados hubiera dado como resultado
recomendar el ripado.
En el Apéndice 12 se muestra el espaciado de las discontinuidades en los
desmontes singulares. En la tabla nº 134, se resumen los gráficos incluidos en
este apartado. Los PK corresponden al ámbito en que se encuentra situado el
desmonte considerado.
De acuerdo con los resultados obtenidos, los terrenos por los que discurre el
ferrocarril pueden distribuirse de la forma siguiente:
Materiales excavables: Se considera que se pueden extraer con maquinaria
convencional (retroexcavadora o pala cargadora), pudiéndose requerir en
ocasiones una operación previa de ripado para su extracción, los siguientes
materiales:
Todos los suelos cuaternarios existentes.
Los tramos superficiales de roca alterada (grado de meteorización
III-IV) correspondientes a las Metareniscas y Filitas de
Invernadeiro.
La roca meteorizada GM.-V correspondiente a los granitos de
Alberguería (jabres).
Materiales que requerirán ripado: Se considera necesario el empleo de
ripper:
Página
183
Las pizarras y esquistos del Ordovícico moderadamente
meteorizadas (GM-III) y bajas velocidades sísmicas.
Las cuarcitas y filitas del Invernadeiro moderadamente
meteorizadas (GM-III)
La roca meteorizada (grado de meteorización IV) correspondiente a
los granitos de Alberguería.
Materiales que requerirán voladuras: Se consideran que requerirán
voladuras:
Las pizarras y esquistos sanos (GM- I-II) del Ordovícico.
Las Cuarcitas y filitas del Invernadeiro sanas (GM II)
Los granitos sanos (grado de meteorización II-III).
Los porcentajes de materiales excavables o que requerirán voladuras para su
excavación, se han obtenido aplicando los criterios de excavabilidad
mencionados. El proceso seguido para calcular dichos porcentajes ha sido el
siguiente:
Para cada uno de los desmontes proyectados, de acuerdo con los resultados
obtenidos en las prospecciones geotécnicas y geofísicas, se ha realizado una
tramificación en función de las clasificaciones adoptadas (Caterpillar, 1994;
Petiffer y Fookes, 1994 y Scoble y Muftouglu, 1984).
Para cada uno de los tramos homogéneos obtenidos, se han determinado las
profundidades a las que se estima que las condiciones de excavabilidad del
material varían. Es decir, se ha estimado la franja más superficial en la que se
considera que el material podrá ser excavado con medios mecánicos
convencionales, pudiendo requerirse en ocasiones el uso de ripper para su
excavación y, la zona que se estima que requerirá el uso de voladuras.
Los espesores considerados para cada franja de terreno, se utilizan en el
programa TRAZADO para calcular el movimiento de tierras. Con dicha
medición se calculan los porcentajes de cada tipo de terreno en cada tramo de
desmonte.
Página
184
TRAMO Prof.
Capa
Material
PARAMETROS DEL MACIZO
CRITERIOS
EXCAVABILIDAD
RECOMEN
DACIÓN PK A PK
(m)
Meteori
zación
Resist
encia
Esp.
Juntas
V.
Sísmi
ca
Sísmica
D10
Pettifer y
fookes
Grado MPa m m/seg
(Caterpilla
r, 1994) (1994)
418+159-
418+277
0-6,5 Jabre V <2 - 650 RIPABLE
Excavaci
ón fácil Excavable
6,5-15
Granito
alterado GM
IV IV 50
0,06-
0,2 1200 RIPABLE
Ripado
fácil Ripable
>15 Granito sano I-II 82 0,6-2 2600
NO
RIPABLE
Requiere
voladura Voladura
Tabla nº 142: Excavabilidad de los materiales atravesados por la traza.
En la guitarra del perfil geológico-geotécnico se resumen los espesores estimados
de material excavable, ripable y volable en cada tramo.
En la excavación de los desmontes en roca sana, se recomienda realizar precorte
para evitar alterar la zona superficial del talud final. Asimismo, se recomienda no forzar el
ripado. La excavación mediante voladura permite una mayor fracturación de los
materiales, y un mejor aprovechamiento para los rellenos. Para evitar disminuir la
resistencia del pie del talud se deberá evitar que los barrenos perforados próximos al
talud sobrepasen el pie del desmonte.
4.1.4. Condiciones de estabilidad. Taludes recomendados
En el presente apartado se describen las condiciones generales de
desmontes proyectados y los criterios adoptados para el análisis de estabilidad,
concluyendo con la definición de los taludes de diseño correspondientes.
Se consideran los siguientes tipos de rotura posibles:
Roturas por vuelco
Roturas por deslizamiento plano
Página
185
Roturas globales
Roturas por caída de cuñas y bloques.
Para que se produzcan roturas por vuelco son necesarias las siguientes
condiciones:
1) Buzamiento de estratos contrario a la inclinación del talud y dirección
sensiblemente paralela a éste. Goodman y Bray (1976) cifran en ±10º la
diferencia máxima entre ambos para que se produzca vuelco de estratos.
2) Buzamientos altos, iguales o superiores a los 70º.
Roturas planas: Para que se den este tipo de inestabilidades, son necesarias
las siguientes condiciones:
1) Buzamiento de estratos a favor del ángulo de talud y dirección paralela a
éste.
2) Discontinuidad de alta continuidad en dirección y buzamiento descalzada
por el talud.
Se presenta una roca masiva, sin una estructura que de lugar a orientaciones
preferentes (granito), por lo que no pueden producirse ni vuelco de estratos ni
deslizamientos planos.
Las roturas globales a través de la masa del macizo sólo pueden producirse
en macizos muy alterados o fracturados, y en suelos.
En taludes en roca sana las roturas más probables tendrán lugar a través de
los planos de discontinuidad, por combinación de juntas.
Estos aspectos se han tenido en cuenta al realizar el análisis de estabilidad en
los desmontes del emboquille oeste del túnel de Prado.
En resumen, para abordar el análisis de estabilidad de los desmontes
proyectados se ha considerado que el comportamiento de los materiales cortados
por la traza puede asimilarse a una de las agrupaciones siguientes:
Suelos y roca meteorizada. La roca alterada, grado V y IV en algunos casos,
tiene un comportamiento resistente tipo suelo, de manera que la rotura se
produce a través de la masa de material.
Página
186
Roca sana o moderadamente meteorizada. El talud de excavación está
condicionado por la disposición de las discontinuidades.
En los taludes del emboquille será necesaria la utilización de medidas de
refuerzo complementarias, consistentes en hormigón proyectado con fibras para
los taludes laterales y hormigón proyectado con mallazo y bulones para el talud
frontal.
Para el análisis de los desmontes se ha dispuesto de la información siguiente:
Sondeos mecánicos
Perfiles sísmicos de refracción
Levantamiento geológico-geotécnico de la traza, incluyendo una intensa
toma de datos estructurales.
Fichas de desmontes y taludes existentes.
En coronación de los desmontes del emboquille oeste de Prado se han
identificado suelos eluviales de alteración del granito (jabres) y roca meteorizada
que requieren un retaluzado de los taludes. Se han proyectado con taludes
tendidos, del 1(H):1(V). La profundidad de retaluzado se ha fijado en función de
los espesores de alteración predominantes en cada desmonte.
El retaluzado del talud frontal se ha forzado a un 1H:1V debido a la suave
pendiente de la ladera existente. Un talud menor originaría un movimiento de
tierras excesivo, aumentando considerablemente el volumen de tierra a excavar y
las necesidades de ocupación.
El cálculo de estabilidad para los desmontes excavados en suelos y roca
meteorizada se ha efectuado un primer análisis teniendo en cuenta las
formulaciones indicadas por Hoek y Bray1.
Esta situación se da en el caso del emboquille de salida de los Túneles de
Prado, ubicado en granitos, donde se alcanzan unos 8,0 m de jabres (granitos
GM-V) y hasta 15,0 m de granitos alterados a GM-IV. Se ha considerado la mayor
altura de estos desmontes en roca alterada, 15 m, y se han adoptado los
parámetros que se indican a continuación en la tabla siguiente, para los
materiales en los que se excavan estos desmontes.
1 HOEK y BRAY, 1977, Manual de Ingeniería de Taludes, , 1987, ITGE, Madrid
Página
187
Siguiendo las recomendaciones indicadas en Curso aplicado de
cimentaciones. Rodríguez Ortiz y Otros, se definen los parámetros geotécnicos
para taludes en roca meteorizada. Para la roca alterada a grado IV, se consideran
los parámetros de roca intacta del apartado de caracterización geotécnica,
particularizados para la situación de desmonte:
Página
188
Figura nº 61:Analysis of Rock Strength using Roc.Lab.
Página
189
Tabla nº 142. Parámetros geotécnicos para taludes en roca meteorizada
Litología Densidad aparente
ap (kN/m3)
Cohesión
c(kN/m2)
Ángulo de
rozamiento
(º)
Jabres QJ 19,0 10 30
Granito alterado (GM. IV) 19,0 50 30
Para este primer análisis se utiliza el ábaco nº 2 de Hoek y Bray, para rotura
circular con un talud parcialmente saturado que se incluye en la (figura 62). En la
tabla adjunta se resumen los factores de seguridad obtenidos del gráfico para el
talud estudiado.
Figura nº 62: Ábaco nº2 de Hoek y Bray para rotura circular. Desmontes
Página
190
En la tabla siguiente se muestran los resultados obtenidos para el caso de
cálculo:
Tabla nº 143. Factores de seguridad obtenidos del ábaco de Hoek y Bray
Litología Angulo de
talud Altura de talud
FS obtenido de
(tg/FS)
FS obtenido de
(c/.H.FS)
Jabres QJ 1H:1V 8 1,16 1,20
En estas condiciones, para un talud 1(H):1(V), considerando una altura
máxima de desmonte excavado en jabres de 8 m, se obtiene un factor de
seguridad inferior a 1,5, que se considera inadecuado.
En los taludes excavados en suelo o roca alterada, se ha efectuado un análisis
de estabilidad de estos desmontes considerando que se comportan como un
suelo. Este análisis se ha efectuado mediante el programa SLOPE/W de Geo-
Slope Internacional. Este programa permite definir el sostenimiento necesario en
caso que se presente inestabilidad en el talud. Se requiere para el talud frontal del
emboquille oeste de Prado una malla de bulones como refuerzo.
El área en el que se enmarca el trazado según la Norma de construcción
sismorresistente NCSE-02, se encuentra situada en una zona de sismicidad
media, por lo que la aceleración sísmica básica es: ab = 0,04g, donde g =
aceleración de la gravedad.
El desmonte calculados con SLOPE, ha sido recalculado para condiciones de
sismo, empleando una aceleración de cálculo de ac=0,042g. Se comprueba que,
el factor de seguridad de la sección reforzada frente a sismo (FS= 1,462), es
superior a 1,1, que es el coeficiente de seguridad en acciones accidentales. En el
Anejo Nº7.-Sismicidad se desarrolla el proceso para la obtención de este valor de
aceleración de cálculo.
Los cálculos realizados se han incluido en los Apéndices 12 y 13.
En los desmontes excavados en roca sana o moderadamente meteorizada,
para la altura de desmonte proyectada, la rotura únicamente puede tener lugar a
favor de los planos de discontinuidad, como son la estratificación, familias de
juntas y fallas. A cada litología se le ha asignado un ángulo de rozamiento interno
(φ) y una cohesión (c), asignados para cada litología mediante análisis
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191
retrospectivos en los taludes existentes. Se han adoptado valores conservadores.
Los parámetros utilizados en los cálculos se resumen en la tabla siguiente:
Tabla Nº 144: Parámetros adoptados para las discontinuidades
Litología Tipo de plano Cohesión
c(kN/m2)
Ángulo de rozamiento
(º)
Granitos de Alberguería (GRA) Junta 0 30
Cada uno de los desmontes singulares en roca se han estudiado mediante el
programa de cuñas y bloques CALEST (desarrollado por TYPSA). Este programa
permite, por un lado, obtener los polos medios de las discontinuidades medidas
en campo y analizar la estabilidad de los taludes de la traza a partir de la
combinación de las distintas discontinuidades presentes en un desmonte
determinado, obteniendo un factor de seguridad para cada una de ellas. Figura nº
63.
Figura nº 63: Programa de cuñas y bloques CALETS
Página
192
En el caso de que se detecten inestabilidades durante la excavación de los
taludes, se deberán prever medidas de refuerzo para evitar la caída de bloques.
El cálculo de estas medidas se realizaría mediante el programa SWEDGE.
Los cálculos de estabilidad se han realizado para coeficientes de seguridad
mayores de 1,5 aunque en las trincheras de los emboquilles del túnel, podrían
admitirse factores de seguridad menores por su carácter provisional. Dado que
son excavaciones importantes, que deberán estar abiertas durante toda la
ejecución de los túneles, con el consiguiente tránsito del personal de obra, se ha
estimado oportuno mantener el coeficiente de seguridad de 1,5, propio de taludes
permanentes.
En los taludes laterales de los emboquilles se ha adoptado el talud estable
resultante del análisis de bloques y cuñas para un factor de seguridad de 1,5. El
talud obtenido es del 1(H):2(V).
Para facilitar el emboquillado de los túneles, en el talud frontal se ha adoptado
sistemáticamente el talud 1(H):3(V).
4.1.5. Medidas complementarias de protección y drenaje
En los siguientes apartados se definen las medidas complementarias de
protección y drenaje y se analizan en detalle las condiciones de estabilidad de
cada uno de los desmontes singulares existentes a lo largo del tramo.
4.1.5.1. Introducción
El sistema de excavación de los desmontes influirá de forma notable, tanto en
la estabilidad y mantenimiento de los taludes, como en el aprovechamiento
posterior de los materiales obtenidos en la excavación.
Como primera medida, conviene no forzar la ejecución de los desmontes
mediante ripado, ya que produce taludes sucios, con bloques removidos e
inestables y tiende a producir granulometrías muy pobres de cara al
aprovechamiento de los materiales para relleno.
Se recomienda realizar la excavación de los desmontes mediante voladuras.
Únicamente, en los tramos donde aparezca muy meteorizado, puede procederse
a su ripado sin repercusión notable en la estabilidad de los taludes o en el
aprovechamiento de los materiales obtenidos de la excavación.
Página
193
Para evitar que las voladuras originen planos de discontinuidad adicionales en el
macizo rocoso, se recomienda realizar precorte sistemático en los taludes en roca
con grado de meteorización III o inferior.
4.1.5.2. Sostenimiento
Los taludes proyectados en los emboquilles, se han diseñado con medidas de
sostenimiento. En el talud frontal serán requeridas las medidas más importantes
de sostenimiento.
En los taludes laterales de emboquilles, se protegerá el talud mediante una
capa de hormigón proyectado con fibras. En el talud frontal la protección
consistirá en dos capas de hormigón proyectado con mallazo intermedio y una
malla de bulones.
Se ha previsto el gunitado sistemático de los taludes de los emboquilles, aún
siendo estables, para evitar que los desprendimientos de pequeñas cuñas lleguen
a la plataforma, con el fin de favorecer la seguridad de los trabajadores durante
las obras.
A continuación se indican las medidas de sostenimiento diseñadas para estas
excavaciones:
Tabla nº 145. Sostenimientos para los taludes del emboquille Oeste de Prado
Talud derecho Talud izquierdo Talud frontal
Sin bulonado Sin bulonado
-
de 3,0 x 3,0 m. Las longitudes de los
bulones varían de 16, 14 y 10 m.
- Protección del talud mediante
una capa de 10 cm de espesor
de hormigón proyectado con
fibras.
- Protección del talud mediante una
capa de 10 cm de espesor de
hormigón proyectado con fibras.
- Protección del talud mediante dos
capas de 5 cm de espesor de
hormigón proyectado con mallazo
intermedio 150x150x6 mm.
Los bulones se anclarán en su parte final, dejando una zona libre entre el
bulbo de anclaje y la cabeza. La longitud mínima del bulbo de anclaje será de 4 m
mínima. La justificación de esta longitud se incluye en el Apéndice 13. No
obstante, se recomienda que durante la ejecución de la obra se realicen ensayos
de tracción de bulones para determinar con precisión la longitud de bulbo
necesaria.
Página
194
Los bulones se tensarán, una vez colocados, al 75% de su carga admisible,
por tratarse de anclajes temporales, según recomendaciones de la Guía para el
diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera. Posteriormente
al tensado, y en toda su longitud, los bulones deberán inyectarse para evitar la
corrosión, disponiendo bulones de doble protección.
4.1.5.3. Bermas y cunetones de pie de talud
Para proteger la plataforma del ferrocarril de la caída de bloques es necesario
cuidar la terminación final del talud, saneando los taludes en roca y perfilando los
taludes en suelos, para evitar que queden piedras y bloques sueltos.
No se han proyectado cunetones Ritchie para los taludes del subtramo.
En los taludes del emboquille oeste del túnel de Prado se han dispuesto
bermas intermedias, de 2,5 m de ancho, entre el talud en roca y el retaluzado en
suelos, en todos los lados.
Las bermas proyectadas, dispondrán de una pequeña cuneta no revestida
como medida adicional de seguridad.
4.1.5.4. Cuneta de guarda
Para evitar que el agua de escorrentía que circula a lo largo de la ladera
ocasione erosión en los taludes temporales de los emboquilles, o incluso permita
llegar agua a la explanación, se han proyectado cunetas de protección en la
coronación tanto en el talud frontal como en los laterales, como protección
durante la ejecución de las obras.
Se indican a continuación los desmontes en los que se propone colocar
cunetas de guarda.
Tabla nº 146. Posición de las cunetas de coronación de desmonte.
Tramo PK inicio PK final Lado
Emboquille oeste Prado (PK. 418+159) Todos
NOTA: Los PK. se refieren a la vía derecha.
4.1.5.5. Drenes californianos y mechinales
No se ha previsto la disposición de drenes californianos, dado que no se prevé
la necesidad de drenar el macizo, al no haberse observado humedades en los
taludes.
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195
En cualquier caso, si fuese necesario, se dispondría una fila de drenes al pie
del talud, espaciados 10 m. la longitud del dren californiano sería entorno a 15 m.
El diámetro mínimo de la perforación de 10 cm, y el del tubo de PVC mínimo será
de 60 mm. El tubo dren se envuelve en un geotextil para evitar el arrastre de finos
y se perforarán con una pendiente ascendente mínima de un 10%. La boca de los
drenes se debe sellar con una lechada de cemento o bentonita-cemento hasta
una profundidad mínima de 25 cm, comprobando que no se sale agua por el
espacio comprendido entre el tubo dren y el taladro.
En el retaluzado de los taludes del emboquille Oeste de Prado se recomienda
colocar mechinales en una malla de 5 x 5 m. Se perforarán con una pendiente
ascendente mínima de un 10%.
Los mechinales atravesarán el hormigón proyectado, penetrando al menos 50
cm en el terreno natural. En la siguiente tabla se resumen los tramos de desmonte
en los que se ha previsto colocar mechinales.
Tabla nº 147. Emplazamiento de mechinales
Desmonte Mechinales
PK inicio PK final Longitud.
(m) Lado
Longitud
(m)
Espaciado
(m) Observaciones
Emboquille Oeste Prado
(PK. 418+159) Todos 2 5
Malla de mechinales en retaluzado,
separados 5,0 m
4.1.6. Desmontes singulares
En este apartado se describen las condiciones, características, análisis y
conclusiones elaboradas para los desmontes singulares del tramo. Se han
considerado como desmontes singulares los taludes del emboquille oeste del
túnel de Prado. Este apartado se complementa con la información recogida en la
tabla, “Cuadro de Desmontes. Tronco”.
Tanto en el perfil geológico-geotécnico como en la planta geológico-geotécnica
(Figuras – 2 y 3), se resumen las características geotécnicas del terreno y se
muestra la investigación realizada.
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196
En el emboquille oeste del túnel de Prado se ha efectuado un perfil longitudinal
y otro transversal geológico-geotécnicos de detalle, a escala 1:500.
Al final del subtramo, en el granito de Alberguería, se han desarrollado
potentes suelos eluviales de alteración (jabres) detectados con la investigación.
En el caso de los taludes excavados en roca muy meteorizada o suelos, la rotura
tendrá lugar a través de la propia masa del material.
Por el contrario, los taludes excavados en roca sana o ligeramente
meteorizada, podrán presentar roturas condicionadas por los planos de
discontinuidad. Los taludes de este emboquille, se excavarán en suelos eluviales
(jabres) y en una roca masiva, sin una estructura que de lugar a orientaciones
preferentes (granito). Por tanto, no pueden producirse ni deslizamientos planos, ni
vuelco de estratos.
Para la definición de los taludes se han tenido en cuenta todos estos aspectos,
tratando de proporcionar un talud con el que los desmontes sean estables a largo
plazo. En ocasiones, ha habido que adoptar medidas de refuerzo
complementarias (bulonado y hormigón proyectado).
En concreto, para analizar la estabilidad de los taludes se han empleado los
siguientes métodos:
Estabilidad de taludes excavados en suelos o roca meteorizada mediante
el programa SLOPE/W. En este caso se han presentado 15 m de roca
alterada.
Análisis de la caída de cuñas y bloques en macizos excavados en roca
sana, mediante el programa CALEST (desarrollado por TYPSA) y el
SWEDGE (en el caso de requerirse refuerzos).
El factor de seguridad de diseño a adoptar es FS = 1,5.
El área en el que se enmarca el trazado según la Norma de construcción
sismorresistente NCSE-02, se encuentra situada en una zona de sismicidad
media, por lo que la aceleración sísmica básica es: ab = 0,04g, donde g =
aceleración de la gravedad. Los desmontes de este tramo, correspondientes al
emboquille Oeste de Prado, calculados con SLOPE, han sido re-calculados para
condiciones de sismo, empleando una aceleración de cálculo, ac=0,042g. En el
Página
197
Anejo Nº7.-Sismicidad se desarrolla el proceso para la obtención de este valor de
aceleración de cálculo.
Dada la condición excepcional del sismo, y teniendo en cuenta que las
excavaciones de los emboquilles son situaciones provisionales, se considera que
un factor de seguridad igual o superior a 1,3 es perfectamente admisible. Dado
que son excavaciones importantes, que deberán estar abiertas durante toda la
ejecución de los túneles, con el consiguiente tránsito del personal de obra, se ha
estimado oportuno mantener el coeficiente de seguridad de 1,5, propio de taludes
permanentes.
El programa CALEST permite obtener los polos medios de las
discontinuidades medidas en campo y analizar la estabilidad de los taludes de la
traza a partir de la combinación de las distintas discontinuidades presentes en un
desmonte determinado, obteniendo un factor de seguridad para cada una de
ellas. Todos los casos se analizan para un talud de 80º de inclinación, de manera
que el programa también proporciona el talud necesario para la eliminación de
cada cuña, según el factor de seguridad establecido. En este caso, el factor de
seguridad establecido es de 1,5 para todos los taludes. En general, los taludes se
han diseñado estables, a excepción de los taludes frontales de los emboquilles,
en los que sistemáticamente se ha dispuesto un talud 1(H):3(V). Como criterio
general, no se han tenido en cuenta las combinaciones de juntas con un volumen
unitario inferior a 0,1, por ser despreciable.
En el caso de obtener alguna cuña o bloque inestable con una determinada
combinación de juntas, se analizará con el programa SWEDGE, calculando el
refuerzo de bulones necesario para sostenerlo, introduciendo en este caso el
talud de diseño adoptado. El programa forma las cuñas a partir de los datos
geométricos de las mismas y del talud.
En el Anejo Nº 3. Geología, se recogen dentro del Apéndice 2 “Puntos de
Lectura”, las descripciones litológicas y datos estructurales de las esquistosidades
y la estratificación de las distintas formaciones litológicas atravesadas por la traza.
En el Apéndice 9 del presente anejo “Estaciones Geomecánicas”, se muestran las
medidas tomadas en campo con las características de las discontinuidades y la
estructura del macizo rocoso.
Página
198
Los cálculos de estabilidad efectuados para los desmontes del emboquille, se
incluyen en el Apéndice 12 de este anejo. Los cálculos de los sostenimientos
requeridos en los taludes del emboquille, se incluye en el Apéndice 13.
A continuación se describen las características de los desmontes singulares
del emboquille oeste del túnel:
4.1.6.1. Emboquille Oeste del Túnel
Desmonte situado al final del tramo, entre los P.K. 418+159 – 418+268, vía
derecha y P.K. 418+168 – 418+277, vía izquierda. Corresponde al emboquille de
salida del Túnel. La altura máxima es de 22 m en el talud izquierdo, 34 m en el
talud derecho y 33 m en el talud frontal.
La investigación realizada, comprende las siguientes actuaciones:
Sondeos ST – 33 (50,40 m) y SD-34 (36 m)
Perfiles de sísmica de refracción: PS – 12 (120 m) y PS – 13 (60 m)
Puntos de lectura y estaciones geomecánicas: P-332, P-333, E-96, E-97 y E-
98
El emboquille se sitúa en una ladera muy cubierta, vegetada principalmente
por árboles de gran tamaño y monte bajo. Los afloramientos son muy escasos y
están restringidos a los taludes del ferrocarril existente y la carretera Prado –
Borrán. Las características del terreno son las siguientes. El suelo vegetal tiene
un espesor de 0,70 m. Se ha cortado en los sondeos un potente espesor de
suelos eluviales de alteración del granito (jabres) de 9,0 y 20,0 m. El espesor de
los suelos de alteración se confirma con los perfiles de sísmica, presentando un
espesor variable entre 6 – 11 m. El nivel de agua en los sondeos se presenta,
dentro de los jabres, a 6,0 y 8,70 m de profundidad.
El sustrato rocoso está constituido por un granito de dos micas (GRA) de
resistencia media. El suelo eluvial y la roca meteorizada con GM – V, presentan
un espesor de 6,0 a 8,50 m y una velocidad sísmica media Vp = 650 m/s. Por
debajo del jabre, el espesor de roca con GM – IV cortado en el sondeo y estimado
por los perfiles de sísmica es de 6 a 8 m, con una velocidad media Vp = 1200 m/s.
Inmediatamente debajo, se detecta una capa con una velocidad media Vp = 1.900
m/s, correspondiente principalmente a roca moderadamente meteorizada con GM
– III. La profundidad de esta capa en el sondeo llega a los 48 m. A partir de aquí,
Página
199
se corta roca sana con GM – II, correspondiente a una velocidad media Vp =
2.800 m/s.
La estructura de la roca es masiva, y está caracterizada por la presencia de
cuatro familias de juntas (J1 a J4) y una falla (F).
Los taludes de este emboquille, se excavarán en suelos eluviales (jabres) y en
una roca masiva, sin una estructura que de lugar a orientaciones preferentes
(granito). Por tanto, no pueden producirse ni deslizamientos planos, ni vuelco de
estratos.
Los polos medios de los principales sistemas de discontinuidades son los
siguientes:
Esquistosidad (S) / Juntas
(J) / Fallas (F)
Dirección de
buzamiento (º) Buzamiento (º)
F 340 75
J1 121 78
J2 219 70
J3 328 78
J4 359 31
Tabla nº 148: Discontinuidades
El análisis geométrico realizado con el programa CALEST, para cada uno de los
taludes de emboquille da las inestabilidades potenciales siguientes:
Talud izquierdo: La combinación de juntas da lugar a la formación de varias
cuñas inversas y una cuña directa. Los factores de seguridad oscilan entre
5,00 (estable) y 1,04 (crítico). Los taludes necesarios para la eliminación de las
inestabilidades varían entre 54º (si bien esta cuña da un volumen despreciable
y no se tendrá en cuenta) y 71º.
Talud derecho: La combinación de juntas da lugar a la formación de varias
cuñas directas y un bloque. Los factores de seguridad oscilan entre 2,41
(estable) y 0,21 (inestable). Los taludes necesarios para la eliminación de las
inestabilidades varían entre 68º y 70º.
Página
200
Talud frontal: La combinación de juntas da lugar a la formación de varias cuñas
directas y un bloque. Los factores de seguridad oscilan entre 2,41 (estable) y
0,46 (inestable). El talud necesario para la eliminación de las inestabilidades
estos oscila entre 63º (si bien con un volumen de cuña despreciable, por lo que
no se tiene en cuenta) y 77º.
Los taludes recomendados son:
Izquierdo Derecho Frontal Retaluzado
1(H):2(V) 1(H):2(V) 1(H):3(V) 1(H):1(V) Frontal
3(H):2(V) Laterales
Tabla nº 149: Taludes recomendados
El retaluzado del talud frontal se ha forzado a un 1(H):1(V). La pendiente de la
ladera existente es muy suave y cualquier talud menor originaría un movimiento
de tierras excesivo, aumentando considerablemente el volumen de tierra a
excavar y las necesidades de expropiación.
En este caso no ha sido necesaria la disposición de bulones en los taludes del
emboquille, tal como se indica a continuación:
Talud izquierdo: Según los resultados del CALEST, con un talud 1(H):2(V)
(63º), se eliminan todas las cuñas existentes, por lo que sólo se realizará un
gunitado de la superficie del talud con 10 cm de hormigón proyectado con
fibras como medida de protección durante la construcción.
Talud derecho: Según los resultados del CALEST, con un talud 1(H):2(V) (63º)
se eliminan todas las cuñas inestables. Para proteger el talud se ha previsto el
gunitado del talud con una capa de 10 cm de hormigón proyectado con fibras.
Talud frontal: Según los resultados del CALEST, con el talud 1(H):3(V) (72º) se
eliminan todas las cuñas inestables. Como protección del talud frontal, se ha
previsto la proyección de dos capas de 5 cm de gunita y un mallazo intermedio
de 150x150x6 mm.
Estas recomendaciones son válidas para la parte excavada en roca.
Para el estudio de la estabilidad de la parte excavada en suelos, esto es, el
retaluzado de 15 m de espesor máximo, se ha realizado un cálculo con el
programa SLOPE. Se considera una primera capa de aproximadamente 8 m de
Página
201
profundidad en jabres (QJ), y el resto, hasta los 15 m, granitos alterados (GM-IV).
de diámetro y longitudes de 16, 14 y 10 metros, dispuestos en una malla de 3 x 3
m. Como protección adicional, se ha previsto la proyección sobre el talud de dos
capas de 5 cm de gunita y un mallazo intermedio de 150x150x6 mm.
Con el sostenimiento definido, el factor de seguridad obtenido aumenta hasta
un valor de 1,580 y el cálculo frente a sismo (aceleración de cálculo 0,042g), da
un factor de seguridad de 1,462, considerados ambos estables.
Estos cálculos se incluyen en el Apéndice 13.
Se construirá cuneta de guarda en la coronación de los taludes para evitar la
circulación de agua por la cara del talud y recoger la escorrentía de la ladera.
Entre el talud en roca y el retaluzado se dispone de una berma de 2,5 m de
anchura.
El fondo de excavación apoya directamente sobre roca sana (Gr GM-II). La
capa de forma apoyará directamente sobre estos materiales.
Se considera que la excavación del talud se realizará con métodos mecánicos
hasta los 6,5 m de profundidad, hasta los 15,0 m será ripable y con voladuras se
excavará el resto del talud. El material excavado podrá aprovecharse para los
rellenos de los caminos.
En la figura 4 se incluyen un perfil geológico-geotécnico longitudinal y un perfil
transversal del desmonte en estudio.
4.1.7. Cuadro resumen de desmontes
Se adjunta a continuación la tabla resumen de los desmontes proyectados, en
el que se resumen las características y conclusiones de los mismos.
Tabla Nº 150. Cuadro resumen de desmontes.
EMBOQUILLE DESMONTE Altura máxima (m)
Tunel P.K aP.K. Longitud Izq. Frontal Derecha
Emboquille
Oeste_Vía
Derecha
418+159 418+268 109
22,0
Granitos
6y 7
Emboquille
Oeste_Vía
Izquierda
418+168 418+277 109
Página
202
EMBOQUILLE
Litología Grupo
Geotécnico
Investigación
Realizada
Profundidad
Media Roca Sana
(m)
Cota del nivel
Freático (m)
Espesor de Tierra
Vegetal
Túnel
Emboquille
Oeste_Vía
Derecha Granitos 6 y 7
ST-33
SD-34
PS-12;PS-13
E-95-E-96-E-97-
E98
15,0 8,7 0,7 Emboquille
Oeste_Vía
Izquierda
EMBOQUILLE TALUDES PROPUESTOS
P.K EMBOQUILLE
(1) Túnel IZQUIERDO DERECHO FRONTAL
TALUD
RETALUZADO PROF. H1(m)
Emboquille
Oeste_Vía
Derecha 1H:2V 1H:2V 1H:3V
1H:1V.-FRONTAL
3H:2V LATERALES 15
418+159,22
Emboquille
Oeste_Vía
Izquierda
418+168,13
EMBOQUILLE Berma L(m) Drenaje
Sostenimiento y medidas
correctoras Excavabilidad
Aprovechamiento de
materiales Túnel
Emboquille
Oeste_Vía
Derecha
2,5
Cuneta de guarda y cuneta
en berma
Mechinales en el retaluzado
en malla de 5.0x5.0m
TTF: Dos capas de 5cm de
espesor de hormigón
proyectado con mallazo
intermedio 150x150x6
mm.
Bulones en malla de 3x3
m y longitud L=16m,
L=14m y L=10m
TD YTI: Una capa de 10
cm de espesor de
hormigón proyectado con
fibra.
40% Excavable
45%Ripable
15%Voladuras
Rellenos de la traza y
rellenos de caminos Emboquille
Oeste_Vía
Izquierda
4.2. ESTUDIOS DE RELLENOS
4.2.1. Criterios generales
El trazado de este subtramo, se ha resuelto mediante túnel, y no incluye
ningún relleno propiamente dicho en el tronco.
Sin embargo, existe un relleno importante en el vertedero V-42 (PK412+000),
donde se llevarán los materiales sobrantes de la excavación del túnel de Prado.
Este gran vertedero, se ha dividido en tres zonas, cada una de las cuales acogerá
Página
203
el exceso de tierras de tres subtramos constructivos. Los materiales de este tramo
se llevarán al vertedero V-42D.
Para la realización del vertedero se ha previsto que el material que proviene de
las excavaciones del túnel, sea previsiblemente machacado y su puesta en obra
se ejecute como un relleno convencional.
Considerando la altura máxima prevista del vertedero proyectado en situación
definitiva, así como la naturaleza de los materiales previstos para su construcción,
el relleno podría ejecutarse con taludes relativamente fuertes. No obstante, se ha
considerado oportuno resolver el diseño del relleno empleando taludes suaves,
del 2(H):1(V) en ambos taludes.
4.2.2. Condiciones generales de estabilidad y asientos
No son previsibles asientos significativos en el vertedero, dado que apoyará
directamente sobre roca sana o moderadamente meteorizada (grado de
meteorización II o III). En todo caso, los asientos que puedan existir se producirán
en su mayor parte durante la fase de construcción.
4.2.3. Apoyo de rellenos: tratamiento y drenaje
En el apoyo del mencionado relleno del vertedero V-42D se deberán tener en
cuenta los siguientes aspectos:
Espesor y naturaleza de los suelos de apoyo
Captación y evacuación de las aguas de escorrentía
Drenaje de antiguos cauces
Captación de pozos y manantiales
Escalonamiento del apoyo
Espesor y naturaleza de los suelos de apoyo
Para garantizar un correcto apoyo de los rellenos se habrá de proceder en
primer lugar a la eliminación de la capa más superficial de tierra vegetal.
Se resumen en la siguiente tabla los espesores de tierra vegetal estimados por
tramos homogéneos a lo largo del trazado.
Página
204
Tabla Nº 151. Espesores de tierra vegetal.
Tramo Espesor
tierra vegetal (m) PK inicio PK final
410+682 410+700 0,30
418+160 418+290 0,70
Los suelos susceptibles de crear problemas de capacidad portante o
compresibilidad que se consideren inadecuados para apoyo de rellenos habrán de
ser retirados, procediendo al saneo y sustitución por material apto para cimiento
de terraplenes. En este subtramo no aparecen este tipo de materiales.
Captación de pozos y manantiales
Los pozos existentes a lo largo del trazado en ningún caso afectan a la zona
de apoyo de los rellenos proyectados. En cualquier caso, en el caso de existir
algún manantial o pozo no inventariado en una zona de relleno, será necesaria la
captación del agua y su conducción fuera de la zona del apoyo, extendiendo, en
una zona de unos 5 a 10 metros de radio, alrededor del punto de posible
surgencia, una capa de grava de machaqueo de 1,0 metro de potencia, con
tamaño de árido comprendido entre 1 y 5 cm, envuelta en geotextil. Las aguas
recogidas se deberán conducir fuera de la zona de apoyo a través de una zanja
de profundidad aproximada 0,5 m, rellena con grava, también de machaqueo y
envuelta en geotextil y evacuarán en un arroyo cercano.
Escalonamiento del apoyo
La morfología de la zona de estudio es muy abrupta, por lo que en algunos
casos la inclinación del terreno de apoyo de los rellenos puede superar el 20 %
En estos casos, la superficie de apoyo del relleno debe sanearse y escalonarse
en bermas horizontales, con objeto de estabilizar la superficie de debilidad que se
formaría caso contrario.
Esta medida se ha tomado en el apoyo del vertedero V-42
Página
205
Figura nº 64: Detalle del escalonado en el apoyo del relleno
4.2.4. Rellenos singulares
Se presenta a continuación la descripción detallada del único relleno del tramo
que requiere un análisis individualizado. Se trata del vertedero V-42.
Se han efectuado cálculos de estabilidad aplicando el método Spencer en el
programa SLOPE/W, comprobando el factor de seguridad del círculo de rotura
producido a través de la masa del terraplén.
Se han considerado, para el cálculo, las siguientes características geotécnicas
de los materiales del vertedero:
Tabla Nº 152. Características geotécnicas de los materiales del vertedero.
Densidad (kN/m3) 20
Cohesión (kPa) 5
Ángulo de rozamiento (º) 33
Debido a que los escasos suelos en el apoyo (cuyo espesor se estima entorno
a 1,0 m) serán retirados, el terraplén apoyará directamente en roca. No obstante,
se ha realizado un cálculo de estabilidad para el conjunto ladera-relleno,
demostrando la estabilidad global del conjunto, como cabía esperar.
El área en el que se enmarca el trazado según la Norma de construcción
sismorresistente NCSE-02, se encuentra situada en una zona de sismicidad
Página
206
media, por lo que la aceleración sísmica básica es: ab = 0,04g, donde g =
aceleración de la gravedad. También se ha realizado la comprobación para la
hipótesis de sismo, empleando una aceleración de cálculo de ac=0,042g.
En el Anejo Nº7.-Sismicidad se desarrolla el proceso para la obtención de este
valor de aceleración de cálculo.
4.2.4.1. Cálculo de estabilidad del vertedero V-42
El vertedero se localiza aproximadamente en el PK 412+000 sobre materiales
de la formación OE- Esquistos de Baldriz. Para este cálculo se ha considerado la
altura máxima de relleno en el vertedero en situación final.
Para el estudio del Túnel de Prado se ha perforado un sondeo (ST-27) y se
han cartografiado numerosos afloramientos, así como puntos de lectura, en el
área donde está ubicado el vertedero. En el sondeo, el espesor de roca alterada
ha resultado entorno a 1,5 m. El espesor de tierra vegetal se cifra en 0,2 m.
El apoyo del vertedero se realiza en una ladera con pendiente superior a 5:1,
por lo que se recomienda hacer un escalonado del apoyo, que ya implica la
retirada de la tierra vegetal y de los suelos coluviales y roca alterada superficial,
que se estima de espesor inferior a 1,0 m.
Los taludes recomendados en ambos lados son 2H:1V (27º).
El coeficiente de seguridad exigido se fija en función del documento
“Desarrollo técnico del Real Decreto 1481/2001, de 27 de diciembre, por el que se
regula la eliminación de residuos mediante depósito en vertedero (Anexos I y III)”
elaborado por la Subdirección General de Calidad Ambiental. Los coeficientes de
seguridad establecidos, en función de los riesgos generados por una posible
inestabilidad del vertedero y en situación estática son:
Tabla nº 153: Coeficientes de seguridad mínimos. Desarrollo técnico del R.D.
1481/2001
Página
207
Las situaciones de bajo riesgo son aquellas en las que una potencial
inestabilidad provocaría exclusivamente daños materiales sin consecuencias
significativas ambientales ni para la seguridad de las personas.
Por riesgo medio se entiende la situación de un vertedero cuya inestabilidad
provocaría daños significativos para el medio ambiente pero no para la seguridad
de las personas.
Las situaciones de alto riesgo son aquellas en las que se pueden provocar
daños a personas o bien impactos ambientales severos o irreversibles.
El vertedero V-42D se considera en situación de riesgo medio, en cuyo caso
se estipula un coeficiente de seguridad de 1,40. En periodos de fuertes lluvias,
en el caso de obturación de los drenajes existentes, el factor de seguridad se
rebaja en 0,10.
En situación dinámica, para el análisis de sismicidad, el coeficiente de
seguridad en vertederos de residuos inertes será como mínimo de 1,2.
El cálculo ha dado un factor de seguridad de 1,46 en estado seco. Se ha
considerando la presencia de agua en el vertedero en periodos de fuertes lluvias y
se ha realizado el cálculo de estabilidad del terraplén estimando un grado de
saturación del material de relleno del 10% (Ru=0,1). El factor de seguridad
obtenido en este caso es de 1,30.
Para la situación con sismo (aceleración de cálculo 0,042g) ha dado 1,35.
En todas las hipótesis los factores de seguridad resultan válidos.
También se ha realizado un cálculo de estabilidad del conjunto ladera-
vertedero, demostrando la estabilidad del conjunto, como era de espera, al estar
el vertedero apoyado directamente en roca sana.
Los parámetros del macizo rocoso empleados corresponden a los estimados
en el apartado de la caracterización geotécnica para el grupo geotécnico 2,
considerando un RMR conservador de 40:
Página
208
Tabla nº 154: Parámetros del macizo rocoso
Terreno g (kN/m3) cm (MPa) º
OE RMR = 40 27 0,806 25
De esta comprobación se ha obtenido un coeficiente de seguridad de 4,48.
A continuación se resumen los datos principales del vertedero:
Tabla nº 155. Cuadro resumen de rellenos.
4.3. RECOMENDACIONES DE TRAZADO EN CAMINOS Y VARIANTES DE
CARRETERAS.
Se ha observado que los desmontes de los caminos existentes se han
excavado con taludes de entre el 1(H):1(V) y el 1(H):2(V), al igual que en los
emboquilles de los túneles del ferrocarril existente.
Los taludes del camino entorno al PK 412+000 se excavan sobre filitas y
esquistos, y se adopta un talud de excavación del 1H:2V.
Los taludes de los caminos del final del tramo se excavan sobre materiales
alterados, jabres, y se ha adoptado sistemáticamente un talud de excavación del
1(H):1(V).
Atendiendo a los propios caminos y a los acondicionados para la ejecución de
la campaña de investigación geotécnica, se ha previsto que en la mayor parte de
los casos la excavación se llevará a cabo mediante medios mecánicos. Los
materiales procedentes de las excavaciones se podrán aprovechar en los propios
caminos.
En todos los casos, para la ejecución de los rellenos se adoptarán las
recomendaciones generales del tronco, esto es, taludes 2(H):1(V).
Der.Núcleo
Procedencia
Coronación
ProcedenciaIzquierdo Derecho
Vertedero V-42 412+000 37,0Esquistos de
Baldriz2 ST-47 P258, P269 A P273 1,5 0,2 - Traza Traza 2H:1V 2H:1V Escalonado del apoyo
RellenoGrupo
geotecnico
TALUDES
PROPUESTOSLitología del
terreno de
apoyo
Medidas de mejora del
apoyo y drenajeP.K.
Profundidad
nivel de agua
(m)
Altura
máxima
(m) Investigación
realizada
Espesor de
tierra vegetal
(m)
Profundidad
media roca
sana (m)
Estaciones
geomecánicas y
puntos de lectura
Materiales disponibles
Página
209
Aunque a priori no sería necesario, considerando que estos caminos están
destinados al paso de maquinaria de obra, se ha previsto para el camino del
PK 412+000 una sección de firme consistente en una doble tratamiento superficial
sobre una capa de zahorra y para los caminos del final de tramo se proyecta una
sección con firme de hormigón.
4.3.1. Camino de enlace 412+000
Este camino que bordea el lado este del vertedero V-42D.
Los taludes de este camino se excavan en Esquistos de Baldriz (OE), con una
altura máxima de talud de desmonte menor de 2 m. Se han proyectado las
excavaciones con taludes 1(H):2(V).
Como se observa en los perfiles transversales, en estos caminos no se han
proyectado rellenos singulares (aquellos cuya altura es superior a 10 m), por lo
que no se considera necesario realizar cálculos de estabilidad, recomendando
una inclinación de 2(H):1(V) para los mismos.
4.3.2. Caminos de enlace 418+280 y de servicio 418+280 y 418+280 giro a derechas
Estos caminos se localizan en el emboquille oeste de los túneles de Prado. El
camino de servicio 418+280 parte del camino de enlace. Este último tiene alturas
de desmonte menores de 5,0 m. En el camino de servicio 418+280, en cambio, la
máxima altura de desmonte encontrada es de 13,0 m.
Extendiendo los datos analizados de los reconocimientos del emboquille de
Prado, se considera que los desmontes de ambos caminos se excavarán en roca
meteorizada de grados GM-IV a V (jabres), por lo que el mecanismo de rotura del
talud se producirá a través de la masa de terreno y no a través de las
discontinuidades, como ocurre en la roca.
Se ha comprobado la estabilidad del talud de mayor altura del camino de
servicio mediante un cálculo con el programa SLOPE, para una altura de talud de
13,0 m de suelos en jabres y granito alterado a grado GM-V, y con nivel freático a
8,70 m de profundidad. El talud 1H:1V en estas condiciones ha resultado estable.
Dicho cálculo se incluye en el Apéndice 16.
Página
210
Como se observa en los perfiles transversales, en estos caminos no se han
proyectado rellenos singulares (aquellos cuya altura es superior a 10 m), por lo
que no se considera necesario realizar cálculos de estabilidad, recomendando
una inclinación de 2(H):1(V) para los mismos.
En la tabla siguiente se presenta un resumen de las características
correspondientes a los desmontes singulares de los caminos estudiados.
Tabla nº 156. Características de los desmontes singulares
CAMINO
Desmonte Altura
máxima (m) Secciones
analizadas
Grupo geotécnic
o
Estaciones
geomecánica
s
Taludes propuestos
Sostenimiento
Excavabilidad
Aprovechamiento de materiales
P.K. Inicio
P.K. Final
Longitud
Izq Der Izquierdo
Derecho
Observacione
s
CAM_enlace_418+280
0+260
0+360 100 4 1 - 7
E-95;E-96;E-97;E-
98
1H:1V
1H:1V
100%
Excavable
Rellenos de la traza y rellenos de
caminos
CAM_servicio_418+280
0+120
0+300 180 9 13 SLOPE 6-7
E-95;E-96;E-97;E-
98
1H:1V
1H:1V
50% Excavable
50% Ripable
Rellenos de la traza y rellenos de
caminos
4.4. CAPA DE FORMA
La plataforma puede estar formada por el propio terreno, cuando se trata de un
desmonte, o por suelos de aportación, cuando se trata de un relleno. La
plataforma queda rematada por una capa de terminación, llamada capa de forma.
El espesor de la capa de forma se establece en función de la calidad del
material soporte, ya sea coronación de terraplén o fondo de desmonte, de
acuerdo con los criterios incluidos en el cuadro adjunto:
Página
211
Tabla nº 157. Material soporte tipo suelo (Recomendaciones ADIF; IGP 2008
v1.11)
Espesor de la
capa de forma
(cm)
Características del material soporte (suelo)
0 Material soporte con menos del 5% de finos, o excepcionalmente hasta
el 15% de finos no plásticos
40 Material soporte con un máximo de un 15% de finos plásticos, con LL<40
60 Material soporte con un máximo de un 40% de finos plásticos, con LL<40
En el caso en que el terreno de apoyo sea roca, se ha adoptado el criterio
siguiente:
Tabla Nº 158. Material soporte tipo roca (adaptado UIC y N.R.V.)
Espesor de la
capa de forma
(cm)
Características del material soporte (roca)
0 Material soporte con desgaste de Los Ángeles inferior a 30 y Microdeval
húmedo inferior a 25.
40 Material soporte con desgaste de Los Ángeles inferior a 40 y Microdeval
húmedo entre 25 y 40.
60 Material soporte con desgaste de Los Ángeles superior a 40 y Microdeval
húmedo superior a 40.
En el presente Proyecto, el fondo de desmonte se verificará en todos los casos
en roca moderadamente meteorizada a sana. En la sección en vía en placa no se
dispone capa de forma en desmontes, sin embargo en la sección vía en balasto,
considerando las especificaciones anteriores para los materiales existentes, las
Normas de Vía de Renfe recomiendan un espesor de 60 cm. Esta sección
coincide con la proyectada en el tramo siguiente.
Esta sección se aplica en los tramos de vía en balasto, que en el presente
tramo se ha proyectado en los siguientes puntos:
Página
212
Tabla Nº 159. PP.KK. y longitudes vía en balasto
Vía derecha Vía izquierda
Comienzo vía en balasto P.K. 418+265,258 P.K. 418+280,858
Final vía en balasto P.K. 418+273,484 P.K. 418+289,084
5. GEOTECNIA DE LAS CIMENTACIONES DE ESTRUCTURAS
5.1. CONDICIONES GENERALES DE CIMENTACIÓN
En el presente apartado se definen los criterios a seguir en el diseño de las
cimentaciones de las estructuras existentes, de cara a establecer la tipología de
cimentación más adecuada en cada caso.
Debido a la profundidad de los taludes de los emboquilles, la cimentación de
falsos túneles en todos los casos se realiza en roca sana o moderadamente
meteorizada (GM-I a III), que permite dimensionar las cimentaciones para cargas
de diseño altas.
Para el arrastre de la tuneladora al interior del túnel de Prado, es necesaria la
ejecución de una losa de hormigón armado, que después servirá como
cimentación de los falsos túneles.
5.1.1. Relación de estructuras
En las tablas siguientes se presentan las estructuras proyectadas en el tramo
denominado Vía izquierda túnel de Prado:
Tabla nº 160. Relación de falsos túneles
EMBOQUILLE Vía P.K. Inicio P.K. Final Longitud
(m)
EMBOQUILLE OESTE PRADO
Derecha 418+159,21 418+268,08 108,87
Izquierda 418+168,19 418+277,06 108,87
Página
213
5.1.2. Coeficientes de balasto vertical y horizontal
Para el caso de cimentaciones con losa en roca, se requiere determinar el
coeficiente de balasto vertical Kv,30. Dado que no se dispone de ensayos de
carga con placa se han considerado valores de este coeficiente basados en la
experiencia y en datos bibliográficos (Naval Facilities Engineering Command,
Jiménez Salas, Rodríguez Ortiz et al, CTE.).
Tabla nº 161. Valores de Kv30.
Fuente consultada Rango de valores de kv30
(kp/cm3)
Valor adoptado (kN/m3)
Naval Facilities Engineering Command. Design
Manual 7.02
Arcilla muy rígida 1120
500.000
Curso aplicado de cimentaciones. Rodríguez Ortiz
y Otros. Roca 800-30000
Código Técnico de Edificación CTE >500
JIMENEZ SALAS GYC III Cap1 Granito sano 1700-3600
JIMENEZ SALAS GYC III Cap1 Granito meteorizado 30-900
Como se observa, los valores que aparecen en la bibliografía son muy
elevados, tomando para estar del lado de la seguridad, valores más
conservadores.
Para el empuje horizontal que ejerce el relleno en los hastiales de los falsos
túneles, se requiere determinar el coeficiente de balasto horizontal, variable con la
profundidad, según la siguiente formulación:
Kh= f·z/D
siendo
Kh: coeficiente de balasto horizontal (kN/m3)
Z: profundidad (m)
D: ancho de la zona cargada, para obra lineal = 1m
f: coeficiente (kN/m3)
Página
214
Los valores empleados en los cálculos se presentan en la tabla siguiente:
Tabla nº 162. Valores de f.
Fuente consultada Rango de valores de f (kN/m3) Valor adoptado f (kN/m
3)
Naval Facilities Engineering Command.
Design
Suelos granulares gruesos-Denso a
muy denso
11.200-16.500
5.000 - 10.000
Curso aplicado de cimentaciones.
Rodríguez Ortiz y Otros.
Arenas compactas
10.000 – 32. 000
Como se observa, los valores que aparecen en la bibliografía son muy
elevados, tomando para estar del lado de la seguridad, valores más
conservadores.
5.1.3. Conclusiones.
Los falsos túneles se cimentan sobre granitos (GRA). El plano de cimentación
se ha situado sobre rocas de grado de meteorización GM-III o inferior.
Para el arrastre de la tuneladora al interior del túnel de Prado, es necesaria la
ejecución de una losa de hormigón armado, que después servirá como
cimentación de los falsos túneles. Los parámetros de cálculo se han descrito en el
apartado anterior.
5.2. CIMENTACIÓN DE ESTRUCTURAS SINGULARES.
En este apartado se definen los tipos de cimentación y unas primeras
recomendaciones sobre las profundidades de cimentación.
El objetivo es destacar aquellos aspectos que, desde el punto de vista
geotécnico, pueden condicionar la elección de tipologías estructurales y el diseño.
En la redacción de cada uno de los informes, se sigue el esquema general
siguiente:
Página
215
Introducción
Investigación disponible
Características del terreno
Recomendaciones y conclusiones
Toda la investigación geotécnica efectuada, así como los ensayos de
laboratorio se presentan en los Apéndices 1 a 10 de este mismo Anejo.
5.2.1. Falsos túneles
5.2.1.1. Falsos túneles emboquille oeste
Introducción
En el emboquille oeste de los túneles de Prado se han proyectado dos falsos
túneles de longitud 108,87 m en la vía derecha y en la vía izquierda.
La sección interior de cada falso túnel coincide con la sección interior de túnel.
El diámetro interior de la sección de túnel es de 8,50 m. Se ha previsto que la
excavación de los túneles se acometa desde este emboquille.
Investigación disponible
En la zona donde se ubica el emboquille oeste de los túneles de Prado no se
ha podido realizar investigación geotécnica, debido a la espesa vegetación
arbórea y las dificultades de acceso para las máquinas de sondeos, aunque sí se
han podido realizar dos perfiles de refracción (PS-12 y PS-13), el primero con 120
m paralelo al eje del ferrocarril, y el segundo, con 60 m, perpendicular al mismo.
En este emboquille no se han encontrado apenas afloramientos de granitos
sanos, por lo que los puntos de lectura y estaciones geomecánicas se encuentran
algo alejados del propio emboquille.
Tabla nº 163. Estaciones geomecánicas y puntos de lectura próximos al
emboquille Oeste de los túneles.
Página
216
Estaciones geomecánicas Puntos de lectura
E-95 P332
E-96 P333
E-97 P354
E-98 P355
P356
P357
P358
Próximos al emboquille se han perforado los sondeos ST-33 y SD-34, que se
han tenido en cuenta a la hora de estudiar el emboquille.
Se propone una campaña de investigación complementaria, con la finalidad de
completar la investigación de las estructuras en los apoyos inaccesibles durante la
fase de proyecto.
Esta investigación podrá realizarse durante la fase de obra una vez que se
hayan ejecutado los accesos y las plataformas para la construcción de los apoyos
de las estructuras.
La relación de las calicatas propuestas se incluye en la siguiente tabla:
Tabla nº 164. Relación de sondeos propuestos para fase de obra
Calicata P.K. Litología Objeto
CC-3 418+080 QJ Jabres y
granitos meteorizados
Caracterización
CC-4 418+260 QJ Jabres y
granitos meteorizados
Caracterización
Las estaciones geomecánicas se incluyen en el Apéndice 9 de este mismo
Anejo y los puntos de lectura se han incluido en el Apéndice 2 del Anejo de
Geología. Los perfiles de sísmica se encuentran en el Apéndice 4. Los registros
de sondeo se encuentran en al Apéndice – 2 del presente anejo.
Características del terreno
Página
217
La ladera presenta abundante vegetación arbórea, y no se han observado
afloramientos. El material del sustrato es el Granito de Alberguería (GRA), que en
esta zona se presenta muy meteorizado y desarrolla suelos graníticos (jabres),
localmente de gran espesor. El sondeo ST-33, ha cortado cerca de 9,0 m de
jabres y granito muy alterado GM-IV antes de alcanzar el sustrato granítico, que
se presenta en general sano. El sondeo SD-34, ha perforado hasta 20 m de
arenas graníticas (jabre), con alguna intercalación de granito muy meteorizado
GM-IV.
La alteración del granito, también se ha confirmado con los perfiles de sísmica
de refracción PS-12 y PS-13. Se ha detectado una capa de jabre de espesor entre
6 y 8 m, con velocidades del orden de 650 m/s. Por debajo, existe una capa de
granito meteorizado en grado GM–IV hasta los 13 – 15 m de profundidad con
velocidades de 1.200 m/s, que afecta prácticamente a todo el talud superior del
emboquille. Sin embargo, los falsos túneles apoyarán en granitos relativamente
sanos con GM-III, en los que la sísmica ha dado velocidades de 1.900 m/s.
En la roca más sana, el grado de fracturación es variable, con RQD
comprendidos entre 40 – 100% en los sondeos. Se han atravesado varias
fracturas y fallas, con valores del RQD cercanos a 0 - 10%. El granito se presenta
en estas fallas muy fracturado y arenizado, así como muy meteorizado con GM-IV
y V.
El nivel freático medido en los sondeos se presenta dentro de la capa de
jabres, a 8,70 m y 9,1 m de profundidad, algo por encima del contacto de los
suelos con la roca en el sondeo.
Recomendaciones y conclusiones
Para la extracción de las tuneladoras por la boquilla este del túnel de El Corno,
es necesaria la ejecución de una losa de hormigón armado.
Esta losa, con un módulo de balasto KV30 de 500.000 kN/m3, servirá como
cimentación de los falsos túneles cuando éstos se ejecuten al finalizar los túneles
en mina. La losa de cimentación garantizará que la sección de los túneles
artificiales no se cierre en la zona inferior de los hastiales.
Los rellenos del falso túnel serán ejecutados con material procedente de la
excavación del túnel y deben tener características similares o mejores que los
Página
218
materiales que se emplean en la traza para núcleo de terraplén al menos hasta
1,5 m por encima de la cota de clave. Podrán adoptarse los siguientes parámetros
representativos del relleno:
Densidad aparente: 21 kN/m3
Módulo de balasto horizontal variable con la profundidad: KH = f·z/D con
f= 5.000-10.000 kN/m3 y D: 1 m
Ángulo de rozamiento interno: 33º
Las recomendaciones anteriores se resumen en la tabla siguiente:
Tabla nº 165. Recomendaciones de cimentación. Falsos túneles Oeste.
Tipología Profundidad mínima
cimentación bajo explanación
CIMENTACION DIRECTA
LOSA
Kv,30 (kN/m3)
Directa Sobre la cota de explanada 500.000
Página
219
Tabla nº 166 Recomendaciones de relleno. Falsos túneles oeste Prado
RELLENO
Material Talud Módulo de balasto horizontal
Kh (kN/m3)
kN/m3) º)
Material apto para
núcleo de terraplén 2H:1V
Variable con profundidad según la ley:
Kh= f·z/D
f = 5.000 -10.000 kN/m3
z:profundidad
D: ancho de la zona cargada, para obra lineal = 1m
21 33
6. GEOTECNIA DE TÚNELES
6.1. INTRODUCCIÓN
Este apartado tiene por objeto la obtención y procesado de los datos básicos
para el diseño de los túneles. En concreto, se ha obtenido información relativa a
los siguientes aspectos:
Litología y estructura del macizo rocoso atravesado.
Posición del nivel freático a lo largo de los túneles.
Permeabilidad del macizo rocoso y de las zonas de falla.
Estimación de la calidad del macizo rocoso, clasificación geomecánica y
tramificación de los túneles.
Características geotécnicas de los materiales.
En el trazado denominado vía izquierda Túnel de Prado, se ha definido un
túnel: Prado. Este túnel tiene una longitud de 7.595,36 m y una pendiente máxima
del 15 %. En el Anejo nº 11. Túneles se contemplan los métodos constructivos y
los sostenimientos recomendados para cada sección diseñada.
El estudio del túnel comprende tanto su definición geométrica, la sección de
excavación y los posibles métodos constructivos, evaluando las medidas de
protección especiales que se puedan requerir, así como la descripción del sistema
de drenaje e impermeabilización y, finalmente, el establecimiento de los criterios
generales para la construcción de los emboquilles.
Página
220
En dichas recomendaciones se han tenido en cuenta los aspectos geológicos y
geotécnicos de los terrenos atravesados por el túnel, derivados de la investigación
de campo y de los ensayos realizados, incluyendo un resumen de los aspectos
más relevantes y de los parámetros geotécnicos de las formaciones afectadas.
6.2. CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS
En los últimos años, las clasificaciones geomecánicas se han convertido en
una herramienta básica para el análisis de los problemas de mecánica de rocas,
particularmente en el diseño de túneles. La gran experiencia acumulada mediante
el uso de estas clasificaciones y su correlación con el comportamiento de obras
reales, permite un diseño cada vez más preciso y ajustado de los sostenimientos
de túneles.
Existen numerosas clasificaciones, desde la clásica de Terzaghi (1.946), hasta
las más recientes como son la de Barton Lien y Lunde (1.972, revisada en 1.992 y
1.994, y adaptada al trabajo con tuneladoras en 2.001) y la clasificación de
Bieniawski en función del RMR (1.973, modificada en 1.979 y 1.989).
Las clasificaciones más completas y elaboradas que se usan actualmente para
la estimación de los sostenimientos y de las presiones sobre los revestimientos
son las siguientes:
Índice RSR (Rock Structure Ratio), definido por Wickham, Tiedemann y
Skinner (1.972), basado en las hipótesis de Terzhagui y en el empleo de
cerchas metálicas.
Louis et al. (1.974), basada en la resistencia compresión simple de la roca y el
tamaño medio de los bloques en que se encuentra dividido el macizo por las
discontinuidades.
Bieniawski (1.973, 1.979 y 1.989) obtiene un índice RMR (Rock Mass Rating) a
partir de varios parámetros y condiciones del macizo, tales como el RQD,
resistencia a compresión simple, separación y estado de las juntas, presencia
de agua y orientación de las discontinuidades principales respecto del túnel. A
partir de este índice se ha propuesto una corrección de su valor, para los
casos de túneles a excavar con tuneladora que se denomina RMRTBM.
Recientemente (Romana, 2000) ha publicado una revisión y sistematización de
las recomendaciones de sostenimiento según la clasificación del RMR, basada
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221
en las excavaciones de túneles recientes, que presenta un mayor detalle y con
más subdivisiones que la publicada por Bieniawski.
Barton, Lien y Lunde (1.974, con valores revisados en 1.993 y en la última
versión del Norwegian Geotechnical Institute del año 2.003), que constituye el
sistema Q. A partir de valores del RQD, número de familias, estado de las
juntas, agua y el estado tensional del macizo rocoso, se obtiene el valor del
índice Q. Con el diámetro del túnel y el sistema constructivo esperado, así
como dicho valor de Q, pueden estimarse las necesidades de sostenimiento.
Índice de Resistencia Geológica (GSI), introducido por Heek, Kaiser y Bawden
(1.995), que proporciona un sistema para estimar la reducción de resistencia que
experimenta un macizo rocoso según se hacen más deficientes sus condiciones
geológicas.
Índice de Excavabilidad del Macizo Rocoso (RME), elaborado por Bieniawski (2006),
es eficaz para predecir la excavabilidad del macizo mediante tuneladoras para roca,
proporcionando una cuantificación del rendimiento (velocidades de avance) y
permitiendo escoger el método constructivo de un túnel empleando TBM. El índice, se
basa en 5 parámetros: RCS, DRI (perforabilidad), discontinuidades en el frente,
tiempo de autoestabilidad (en horas) y afluencia de agua (l/seg.).
En España, las clasificaciones más empleadas y contrastadas son el sistema RMR y
el sistema Q. Recientemente, Romana (2000) ha publicado una revisión y sistematización
de las recomendaciones de sostenimiento según la clasificación del RMR, basada en las
excavaciones en túneles recientes. Esta clasificación presenta un mayor detalle y un
mayor número de subdivisiones que la publicada por Bieniawski. La clasificación GSI ha
encontrado igualmente gran aceptación por su aplicación práctica para la determinación
de los parámetros resistentes del modelo de Hoek-Brown.
En el caso de las tuneladoras, los índices RME y RMRTBM, son los más utilizados.
A continuación se presenta un cuadro con la clasificación geomecánica de Bieniawski
(1989) empleada.
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222
Tabla nº 167:Clasificación Geomecánica RMR Bieniawski_1989)
6.3. TÚNELES
6.3.1. Estructura y tectónica
El Túnel de Prado (LTRAMO D.-túnel en mina y artificial= 7.595,36), atraviesa
en su trazado las formaciones litológicas siguientes: Cuarcitas y Filitas del
Invernadeiro (OQP), Pizarras de Luarca (OP), Esquistos de Baldriz (OE),
Cuarcitas y Filitas de Carraxo (OQEC), Metavulcanitas de Carraxo (OG) y el
Granito de Alberguería (GRA). Inicialmente, se cruzan a lo largo de 590 m las
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223
Cuarcitas y Filitas del Invernadeiro (litotipo OQP), que presentan buzamientos
altos a subverticales hacia el NE (50º - 75º). Las filitas son rocas de baja
resistencia con aspecto pizarroso y esquistosidad muy penetrativa de fase – 1. En
este tramo, próximo al contacto con las Pizarras de Luarca, los niveles de
metareniscas son muy delgados (centimétricos) y cada vez más escasos a
medida que nos acercamos al contacto entre ambas formaciones.
Posteriormente, el túnel entra en las Pizarras de Luarca (OP), atravesándolas
a lo largo de 590 m. Se caracterizan por la monotonía litológica. Se trata de filitas
y esquistos satinados grises, que intercalan ocasionalmente niveles de
metareniscas grises de grano muy fino, ambas de espesor centimétrico. Las filitas
y esquistos son rocas de baja resistencia. La roca está moderadamente alterada
en superficie, con meteorización en grados Gm – III y IV ocasionalmente. Pueden
presentar abundantes venas milimétricas y centimétricas de cuarzo blanco, tanto
paralelas a la esquistosidad como transversales a esta.
Posteriormente, la traza cruza la Falla de Laza, una importante
macroestructura compleja de fase – 3, rejugada posteriormente en fases tardías,
con una dirección NO – SE. Afecta principalmente a la formación Esquistos de
Baldriz (OE).
Estructuralmente, se caracteriza por presentar dos esquistosidades muy
penetrativas. Una de fase–1, plano – paralela y muy fina, y otra posterior de
cizalla que deforma a la primera con estructuras de tipo S - C. Los buzamientos
oscilan entre 50º y 80º hacia el NE y la dirección es oblicua a la traza proyectada.
La Falla de Laza, presenta también un plano de falla de tipo frágil (pk
411+730) desarrollado durante etapas más tardías. Asociadas a la falla dúctil de
Laza, se han cartografiado y detectado en sondeos, otras fracturas de tipo frágil
con rocas muy trituradas y brechas arcillosas. Son fallas de espesores métricos
relativamente importantes. Destaca la falla del pk 412+840, vista en afloramientos
y detectada en el sondeo ST-28, que pone en contacto los Esquistos de Baldriz
con las Cuarcitas de Carraxo.
Posteriormente, se atraviesan, a lo largo de 1560 m, las Cuarcitas y Filitas de
Carraxo (OQEC). Son rocas bien estratificadas, en capas decimétricas y
centimétricas, con filitas grises en alternancias. En este tramo intercalan capas
decimétricas a métricas de cuarcitas. Las metareniscas y filitas son rocas de baja
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224
resistencia, similares entre sí. Las cuarcitas son rocas de resistencia media – alta.
La meteorización observada en superficie es de grado medio en general (GM –
III).
Los buzamientos medidos son variables entre 45º y 65º hacia el NE. La
dirección de la esquistosidad y la estratificación es también oblicua al trazado.
Este tramo, pertenece al flanco oriental del Anticlinal de Carraxo, un macro-
pliegue de fase – 3, subvertical y con escala kilométrica, intruido por el Granito de
Alberguería.
Cerca del contacto con el granito de Alberguería, la formación OQEC sufre un
metamorfismo de contacto, desarrollándose litologías “mosqueadas”, y esquistos
muy micáceos. Los buzamientos de esta formación se disponen paralelos al
contacto intrusivo, oscilando entre los 30º y 60º hacia el exterior de la ladera. La
orientación también es subparalela al trazado del ferrocarril.
Posteriormente, el túnel atraviesa el Granito de Alberguería (GRA), con un
tramo con rocas metamórficas intercalado en el centro. El granito es una roca
homogénea, bastante masiva, de resistencia media - alta. En los bordes, presenta
una facies heterogénea, con grano muy variable y diques de pegmatitas y aplitas.
Puede presentar una estructura ligeramente foliada en los bordes, perteneciente a
la fase-3, pero nunca constituye un plano de discontinuidad. Se encuentra
afectada por 3 sistemas principales de juntas de continuidad media – alta.
También se han observado algunas fallas pequeñas.
El granito se atraviesa en dos tramos de 1.100 y 1.699 m, separados por un
tramo central de 1090 m correspondiente al “roof pendant” de Riobóo. Este tramo
de rocas metamórficas, está constituido por las formaciones Cuarcitas y Filitas de
Carraxo y las Metavulcanitas de Carraxo, por debajo de la anterior. Las cuarcitas
y filitas ya se han descrito. Pasamos a desribir, por tanto, las Metavulcanitas de
Carraxo. Estas últimas, están constituidas por gneises cuarzo-feldespáticos de
tonos grises, con foliación gneísica bien desarrollada, que intercalan
micaesquistos muy biotíticos, recristalizados, grises oscuros.
Para caracterizar geomecánicamente el macizo rocoso, se ha partido de los
datos obtenidos en el reconocimiento de superficie realizado y en los sondeos
efectuados.
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225
En el reconocimiento de superficie se han tomado Puntos de Lectura, en los
cuales se han tomado datos de litología y orientación estructural del macizo, y
Estaciones Geomecánicas, en las que se ha medido de forma sistemática, la
orientación de las distintas discontinuidades del macizo, su continuidad,
espaciado, rugosidad y relleno.
Se cuenta, además, con los datos de los sondeos perforados a lo largo de dos
campañas de investigación (ST-25 a ST-28, ST-30 a ST-33, ST-35, ST-47, ST-48,
ST-49, ST-415+300 y ST-416+700). En ellos se recoge, además de la descripción
litológica y la meteorización de la roca, el estado de fracturación del macizo (RQD,
nº de juntas y sus características). Con todos los datos recogidos en los puntos de
lectura y estaciones geomecánicas, se han calculado los polos medios,
determinando las familias dominantes.
A grandes rasgos, el plano principal en las formaciones OQP, Op, OE y
OQEC, corresponde a la esquistosidad (y la estratificación en el caso de las
metareniscas). La orientación predominante es oblicua a subparalela con respecto
al trazado de los túneles. Este plano principal, está acompañado por 3 a 4 familias
de juntas subverticales o de alto buzamiento, con continuidad baja a media (1 – 3
a 3 – 10 m), que se combinan con la esquistosidad o estratificación principal para
originar inestabilidades en roca. En los gneises de la formación OG, la foliación
gneísica, más soldada que la esquistosidad de las filitas, constituye un plano de
debilidad solo relativo, espaciándose considerablemente las fracturas originadas
por dicho plano respecto a la separación de la esquistosidad de las filitas. Esto
supone RQD más altos en los gneises con mayores valores de RMR.
En el caso del granito, no hay un plano principal que destaque entre las tres a
cuatro familias de juntas medidas.
El macizo atravesado se encuentra afectado por algunas fallas de pequeña
importancia reconocidas en los sondeos en tramos puntuales. En el perfil geológico-
geotécnico de los túneles (Figura - 3) al final de este anejo, se representan las fallas y las
zonas afectadas por el túnel.
Con los datos geomecánicos de superficie y sondeos, y las clasificaciones
geomecánicas obtenidas (RMR, Q, RME y RMRTBM), se ha tramificado el túnel en
tramos homogéneos geotécnicamente.
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226
Desde el punto de vista estructural, se han definido las familias de
discontinuidades existentes, por tramos homogéneos de túnel en cuanto al
número y orientación de juntas. Se trata de discontinuidades medias, que se han
obtenido a partir de las estaciones geomecánicas correspondientes en cada uno
de los tramos definidos. Estos planos y polos medios, se han calculado mediante
el programa de proyección estereográfica CALEST, desarrollado por TYPSA. Los
cálculos se presentan en el Apéndice – 19 de este anejo.
La tramificación, sigue el mismo esquema que el adoptado en el perfil
geológico – geotécnico del túnel, con la salvedad de que un tramo homogéneo
estructural, puede incluir varios tramos geotécnicos de túnel. El túnel de Prado, se
ha subdividido en seis tramos, que se identifican con el nombre del túnel y, a
continuación, con los números de los tramos geotécnicos de túnel que incluye.
La descripción de los tramos definidos es la siguiente:
TUNEL Tramos 1 – 4 (pk 410+697 – 411+700): Atraviesa la Unidad del
Invernadeiro (litotipo OQP) y las Pizarras de Luarca (OP) en toda su
longitud, terminando en la Falla de Laza. Se caracteriza por presentar una
foliación muy continua de fase – 1 (S1), y 6 familias de juntas principales,
que se recogen en el cuadro siguiente.
Tabla nº 168. Características discontinuidades
Esquistosidad (S) / Juntas
(J)
Dirección de
buzamiento (º) Buzamiento (º)
S1 068 55
J1 208 62
J2 248 53
J3 320 64
J4 161 77
J5 139 27
J6 201 18
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227
TUNEL_Tramos 5 – 9, Falla de Laza (pk 411+700 – 412+840): Este tramo
abarca en su totalidad la amplia banda de deformación dúctil de la Falla de
Laza, incluyendo también en su totalidad, a la formación Esquistos de
Baldriz (OE), perteneciente al Grupo de Santabaia. Se caracteriza por
presentar una foliación alabeada de fase – 1, con una dispersión muy
amplia respecto al resto del tramo (túneles de El Corno y Corga de Vela).
La dispersión de la esquistosidad, se debe seguramente, a la deformación
inducida por la Falla de Laza, lo que obliga a definir dos familias de
esquistosidad en la proyección estereográfica (S1 y S2). Además, se han
definido 6 familias de juntas principales. Se presentan en el cuadro adjunto.
Tabla nº 169. Características discontinuidades.
Esquistosidad (S) / Juntas
(J)
Dirección de
buzamiento (º) Buzamiento (º)
S1 061 66
S2 040 65
J1 220 44
J2 301 78
J3 149 88
J4 009 58
J5 126 46
J6 173 45
Tramos de túnel 10 – 16 (pk 412+840 – 414+370): Comprende totalmente
la formación Cuarcitas de Carraxo (OQEC), intercalada entre la banda de
cizalla dúctil de la Falla de Laza y el granito de Alberguería (GRA). Se
caracteriza por presentar una dispersión de la esquistosidad, que se
manifiesta en dos familias (S1 y S2), y por la presencia de la estratificación
(E1) también como discontinuidad principal muy continua. Además, se han
definido otras 5 familias de juntas principales. Se recogen en el cuadro
dado a continuación.
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228
Tabla nº 170. Características discontinuidades
Esquistosidad (S) / Juntas
(J) / Estrat. (E)
Dirección de
buzamiento (º) Buzamiento (º)
S1 082 30
S2 046 67
E1 063 52
J1 196 86
J2 218 43
J3 250 39
J4 304 85
J5 334 84
Tramo de túnel 17-GR (pk 414+370 – 415+480): Atraviesa el granito de
Alberguería (GRA). Se caracteriza por la ausencia de foliación como
discontinuidad, a diferencia del resto de formaciones del trazado. Presenta
3 familias principales de juntas (ver cuadro adjunto).
Tabla nº 171. Características discontinuidades
Esquistosidad (S) / Juntas
(J)
Dirección de
buzamiento (º) Buzamiento (º)
J1 211 29
J2 000 87
J3 045 69
Tramos de túnel 18 – 22. Roof-Pendant (pk 415+480 – 416+590): Este
tramo comprende totalmente el Roof-Pendant de Riobóo. Se trata de una
intercalación de metasedimentos, que separa dos tramos graníticos en el
trazado del túnel. Los materiales atravesados son cuarcitas y esquistos
micáceos (OQEC) y gneises cuarzo – feldespáticos (OG), ambos del Grupo
de Santabaia. Presentan numerosas intercalaciones de venas y diques
graníticos. Estructuralmente, se caracteriza por la presencia de la
esquistosidad de fase – 1, aunque con una orientación diferente al resto del
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229
trazado Cerdedelo – Porto. Además, se han definido otras 3 familias de
juntas principales. Se recogen en el cuadro dado a continuación.
Tabla nº 172. Características discontinuidades
Esquistosidad (S) / Juntas
(J)
Dirección de
buzamiento (º) Buzamiento (º)
S1 146 39
J1 223 86
J2 264 79
J3 319 80
Túnel_Tramos 23 – 27-GR (pk 416+590 – 418+159): Es el último tramo
atravesado por el túnel de Prado. Se cruza el granito de Alberguería (GRA)
en toda su longitud, aunque destaca un tramo de 40 m en zona de falla,
con granito muy alterado (jabre) entre los pk 417+140 a 417+180. La roca
es masiva y sin foliaciones. Se han definido hasta 6 familias de juntas
principales, que se muestran en el cuadro adjunto.
Tabla nº 173. Características discontinuidades
Esquistosidad (S) / Juntas
(J)
Dirección de
buzamiento (º) Buzamiento (º)
J1 219 70
J2 122 85
J3 330 80
J4 351 35
J5 032 32
J6 081 79
6.3.2. Hidrogeología
Los materiales del sustrato rocoso afectado por los túneles se consideran
prácticamente impermeables desde el punto de vista hidrogeológico.
En este tipo de rocas existe una permeabilidad primaria superficial en las
zonas alteradas (jabres). Estas últimas, adquieren un gran desarrollo en la boca
de salida del túnel, donde se han perforado en sondeos espesores de arenas
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230
graníticas y roca muy meteorizada (GM-IV a V), de 9,0 a 20,0 m. Este cuaternario
de jabres, presenta un nivel freático medido en los mencionados sondeos.
La permeabilidad en el sustrato rocoso es secundaria por fracturación,
afectando normalmente al tramo más superficial y descomprimido del macizo
rocoso, donde las juntas están más abiertas, e incluso alteradas por la
penetración de la meteorización a través de ellas.
En las zonas de falla, la permeabilidad es algo mayor, tanto por la mayor
meteorización de la roca como por la intensa fracturación asociada a estas zonas
de rotura. Es en estas zonas de falla donde se podrán dar los posibles aportes de
agua a la excavación del túnel. También puede encontrarse agua en los tramos
de emboquille, perforados en roca más alterada y próximos a los suelos de
recubrimiento.
Los datos de nivel freático medidos en los piezómetros instalados en los
sondeos, dan valores correspondientes a un nivel asociado a las zonas más
superficiales y con las juntas más abiertas del sustrato rocoso.
La Universidad de Oviedo, ha realizado una modelización hidrogeológica
preliminar del tramo Cerdedelo – Porto. Este documento se presenta íntegro en el
Apéndice 6 del anejo nº 3 Geología. En la zona más superficial se encuentran
pequeños acuíferos, ligados a los sedimentos aluviales y a las monteras coluvio-
eluviales, asi como a la zona de mayor fracturación del macizo rocoso (fisurales).
El informe indica que podría haber una pequeña afección a acuíferos fisurales. En
el caso del túnel de Prado, la mayor permeabilidad detectada en el “roof-pendant”
de Riobóo, debido a la alternancia de rocas folidas con un emjambre de diques
graníticos, podría dar lugar a aportes significativos de agua al túnel.
La siguiente tabla se muestran los niveles de agua medidos en los sondeos
perforados para los túneles de Prado:
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231
Tabla nº 174. Niveles freáticos medidos en los sondeos del túnel
SONDEO COTA (m) PROF.
SONDEO (m)
FECHA
TERMIN. N.F. (m)
COTA N.F.
(m)
ST-25 770 54,80 21-abr-09 9,32 760,68
ST-26 822 98,75 6-abr-09 10,62 811,38
ST-27 835 115,00 12-may-09 24,2 810,8
ST-28 852 145,20 3-abr-09 32,27 819,73
ST-30 811 120,00 10-may-09 Surgente 811
ST-31 850 170,00 2-jun-09 0,97 849,03
ST-32 828 169,40 24-abr-09 33,0 795,0
ST-33 680 50,40 13-may-09 8,65 671,35
ST-35 846 164,45 21-may-09 6,2 839,8
ST-47 812 80,35 17-jun-09 16,04 796
ST-48 828 192 21-jun-09 4,0 824,0
ST-49 809,3 150 23-jul-10 4,20 805,1
ST-415+300 894,4 225 5-ago-10 14,2 880,2
ST-416+700 765,7 115 22-jul-10 3,35 762,35
Destaca el nivel surgente del sondeo ST-30, asociado al flujo de agua ladera
abajo, a través del depósito coluvial próximo. No está asociado a una zona de
fractura, tal y como se observa en los testigos del sondeo.
Para determinar la evolución en profundidad de la permeabilidad del macizo
rocoso, se han realizado, en varios de los sondeos perforados, ensayos de
permeabilidad tipo Lugeon. La equivalencia aproximada de la unidad Lugeon (L)
con la permeabilidad (k), es la siguiente: 1 L = 10-5 cm/s. En el cuadro siguiente
se muestran los resultados de los ensayos de permeabilidad para las formaciones
afectadas por los túneles:
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232
Tabla nº 175. Resultados de ensayos de permeabilidad en los túneles
Sondeo Ensayo ref.
Tramo ensayado
Grupo geotécnico Permeabilidad
k (m/s) De (m) A (m) Prof.
media (m)
ST-27 Nº 1 90 94,55 92,27 GRUPO-2 5,00E-08
ST-27 Nº 2 105 110 107,5 GRUPO-2 4,80E-07
ST-27 Nº 3 109,5 114,5 112 GRUPO-2 1,00E-08
ST-33 Nº 1 25 30 27,5 GRUPO-6 6,00E-08
ST-33 Nº 2 35 40 37,5 GRUPO-6 4,00E-08
ST-33 Nº 3 44 49 46,5 GRUPO-6 0,00
ST-415+300 Nº 1 204 209 206,5 GRUPO-6 7,05E-09
ST-415+300 Nº 2 214 219 216,5 GRUPO-6 9,60E-10
ST-49 Nº 1 116 121 118,5 GRUPO-1 1,40E-07
ST-49 Nº 2 126,55 131,55 129,05 GRUPO-1 7,48E-08
ST-416+700 Nº 1 98,60 103,60 101,1 GRUPO-6 4,97E-09
ST-416+700 Nº 2 108 113 110,5 GRUPO-6 1,32E-09
Como puede observarse, todos los grupos ensayados se clasifican como rocas
Poco Permeables (acuitardos) a Impermeables (acuicludos), con valores de
permeabilidad de 10-7 a 10-10 m/s (10-6 cm/s). La permeabilidad más baja,
corresponde siempre al granito GRA sano (10-9 a 10-10 m/s). La baja
permeabilidad observada corresponde a la circulación de agua en las juntas. El
terreno admite más caudal de agua durante los escalones de subida de presión
que durante las bajadas, indicando un cierto relleno de los huecos. La
permeabilidad llega a ser cero en el ensayo nº 3 del sondeo ST-33, al taparse
totalmente las juntas impidiendo la admisión del caudal de agua.
En las zonas más fracturadas y las fallas no ha sido posible realizar ensayos
de permeabilidad, por lo que en base a la bibliografía consultada, se le asigna a
estos tramos una permeabilidad baja de 10-6 m/s, que está del lado de la
seguridad.
Página
233
En conclusión, en este tipo de materiales, casi impermeables, y que no tienen
acuíferos en un sentido hidrogeológico estricto, no existe un nivel freático como tal
que puede ser afectado por la excavación del túnel.
La previsión del caudal de infiltración en los túneles se realiza empleando las
formulaciones de El Tani y Goodman. Estos métodos no consideran los
elementos de impermeabilización del túnel, por lo que el caudal obtenido supone
una estimación muy conservadora. Se obtienen unos caudales de 126,91 y
211,23 l/s. El caudal real que circulará por el colector principal será una fracción
muy pequeña del estimado con estas formulaciones. El análisis de los caudales
de infiltración al túnel se encuentra en el Anejo nº 12 Túneles.
Respecto a la agresividad de las aguas al hormigón, ésta varía, en general,
entre No Agresiva y un Grado Débil de agresividad. Este aspecto se trata en el
apartado 3.5 de este anejo.
6.3.3. Tramificación
A partir de los datos obtenidos tanto en el estudio de superficie, basado en
estaciones geomecánicas como en la campaña de sondeos, se ha realizado una
clasificación del macizo rocoso, de acuerdo con los criterios de Bieniawski (RMR,
RME y RMRTBM) y Barton (Q). En los sondeos no se ha considerado el tramo
superior de roca alterado. Sí se han clasificado los tramos de roca
moderadamente meteorizada. Los resultados de cada valoración realizada se
recogen en los Apéndices 9 y 10. Fichas de Q y RMR de Estaciones
Geomecánicas y Fichas de Q y RMR de sondeos del Anejo de Geotecnia,
respectivamente.
Con los datos de ensayos disponibles se han estimado los parámetros
característicos para su empleo en el diseño de los túneles. Se han adoptado los
parámetros correspondientes a las clases de terreno establecidos en función de
los índices geomecánicos, a partir de los rangos indicados en las siguientes
tablas:
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Tabla nº 176. Clasificación del terreno según RMR (Túneles de Prado)
Clase de terreno Rango RMR Condiciones de la roca
A > 60 Roca sana y medianamente a poco fracturada
GM-I
B 50 – 60 Roca moderadamente sana y fracturada. GM-II
C 40 - 50
Roca moderadamente alterada y fracturada
GM-III
D 30 - 40
Roca alterada y fracturada, con comportamiento
similar al de un suelo. GM-IV
E < 30 Zona de falla, con comportamiento similar al de un suelo. GM-V
Los resultados de cada valoración realizada se recogen en los dos cuadros de
CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO, uno de ellos
correspondiente a estaciones geomecánicas y el otro a tramos de sondeos.
A continuación de los cuadros se presentan diversos gráficos que reflejan la
variación de los resultados obtenidos. Se presentan diferenciados los valores por
estaciones geomecánicas y por tramos de sondeos y se refleja la variación de la
Q de Barton, tanto en escala linear como logarítmica y la variación del valor del
RMR.Los RMR calculados son todos valores corregidos.
Se ha realizado una comparación de los valores de RMR y Q obtenidos, cuya
representación se presenta en el gráfico denominado COMPARACIÓN RMR-Q,
donde se representan en abscisas y ordenadas, los valores de los índices Q y
RMR, obtenidos en cada estación geomecánica y tramo de sondeo. Se observa
que en todos los casos, los valores de una y otra clasificación se corresponden,
dentro de los intervalos de confianza habituales, lo que se interpreta como una
prueba de consistencia entre los valores asignados a cada parámetro en las
clasificaciones.
Por otro lado, a partir de los valores obtenidos, se han realizado histogramas
que reflejan la distribución de los valores de cada parámetro. Se han realizado
dos grupos:
Parámetros obtenidos en estaciones geomecánicas de superficie: se han
realizado histogramas correspondientes a los parámetros de RQD, Q y RMR.
Página
235
- Parámetros obtenidos por tramos de sondeos. Estos valores se
encuentran representados en los histogramas de dos formas: la frecuencia
relativa y el porcentaje de cada tramo en relación a la totalidad de metros de
sondeo realizados. De este modo es posible contrastar las clases que tienen más
tramos con las clases que están más representadas en el macizo. En estos
gráficos se observa que los valores de Q y RMR correspondientes a las mejores
condiciones del macizo rocoso son claramente predominantes. Dichos
histogramas se presentan a continuación de los gráficos de comparación RMR -
Q.
Tras un análisis de los resultados de las clasificaciones geomecánicas, junto
con una revisión de los parámetros del macizo como litología, meteorización,
resistencia, grado de fracturación, abrasividad y presencia de agua, se han
establecido una serie de tramos del terreno afectado por la excavación del túnel.
La situación interpretada de los diferentes tramos, se representa en el Perfil
Longitudinal Geotécnico de la Figura – 3.3 incluida en el Anejo nº 12. Túneles.
Para definir los tipos de terreno con índices de calidad homogéneos existentes
en el macizo afectado por el túnel, se han considerado como más significativos
los parámetros deducidos a partir de los sondeos, por lo que se les ha dado más
peso en la interpretación. Los histogramas han facilitado la selección de los
valores más representativos de cada parámetro geomecánico, para la obtención
del valor de Q, correspondiente a cada tipo de terreno y la diferenciación por
rangos de valores del Q y RMR. Los valores considerados se han contrastado con
los observados en las estaciones geomecánicas. Los valores de RMR se han
comparado con los tipos de terreno observados, agrupándose posteriormente los
que representan terrenos con índices de calidad homogéneos.
Por otro lado, en el caso de túneles con tuneladora, se han calculado los
valores de RME y RMRTBM de Bieniawski. (Fichas de Cálculo de RME y
RMRTBM en Túneles). Estos valores se han comparado con los tipos de terreno
observados, agrupándose posteriormente los que representan terrenos con
índices de calidad homogéneos.
Página
236
Tabla nº 177: Clasificación Geomecánicas del Macizo Rocoso. Estaciones
Geomecánicas.
CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO. ESTACIONES GEOMECÁNICAS
TIPO CARACTERISTICAS DEL BARTON PARAMETROS DE CLASIFICACION BIENIAWSKI
DE FORMACIÓN PUNTO DE PUNTO DE LECTURA PARAMETROS GEOMECANICOS INDICE DE RESISTENCIA RQD COND. AGUA VALORACION
ROCA LECTURA METEOR. FRACTURACION Jv RQD Jn Jr Ja Jw SRF CALIDAD (MPa) VALOR VALOR (m) VALOR JUNTAS VALOR VALOR RMR
ESPACIADO Q VALOR
FILITAS Y METARENISCAS O1 E-75 III - IV CERRADAS 28 22,6 15 1,5 3 1 2,5 0,30 1-5 1 5-25 3 0,2-0,06 8 14 Seco 15 MEDIA -5 36
FILITAS Y METARENISCAS O1 E-76 III - IV MODERAD. ABIERTAS 24 35,8 9 1,5 3 1 2,5 0,80 5 - 25 2 25-50 8 0,2 - 0,6 10 14 Seco 15 MEDIA -5 44
FILITAS Y METARENISCAS O1 E-77 III MODERAD. ABIERTAS 25 32,5 15 1,5 3 1 2,5 0,43 5 - 25 2 25-50 8 0,2 - 0,6 10 16 Seco 15 MEDIA -5 46
FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-78 III MODERAD. ABIERTAS 23 39,1 15 1,5 2 1 2,5 0,78 5 - 25 2 25-50 8 0,2 - 0,6 10 19 Seco 15 MEDIA -5 49
FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-79 III (IV) MODERAD. ABIERTAS 25 32,5 12 1,5 2 1 2,5 0,81 5 - 25 2 25-50 8 0,2 - 0,6 10 19 Seco 15 MEDIA -5 49
FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-80 III MODERAD. ABIERTAS 23 39,1 15 1,5 2 1 2,5 0,78 5 - 25 2 25-50 8 0,2 - 0,6 10 16 Seco 15 MEDIA -5 46
FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-81 III MODERAD. ABIERTAS 23 39,1 12 1,5 2 1 2,5 0,98 5 - 25 2 25-50 8 0,2 - 0,6 10 21 Seco 15 MUY DESFAV. -12 44
FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-82 III MODERAD. ABIERTAS 22 42,4 15 1,5 2 1 2,5 0,85 5 - 25 2 25-50 8 0,2 - 0,6 10 21 Seco 15 MUY DESFAV. -12 44
FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-83 III ABIERTAS 20 49 15 1,5 2 1 2,5 0,98 5 - 25 2 25-50 8 0,6 - 2 15 19 Seco 15 MUY DESFAV. -12 47
FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-84 III MODERAD. ABIERTAS 24 35,8 15 1,5 2 1 2,5 0,72 5 - 25 2 25-50 8 0,2 - 0,6 10 16 Seco 15 MUY DESFAV. -12 39
FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-85 III (IV) MODERAD. ABIERTAS 23 39,1 15 3 2 1 2,5 1,56 5 - 25 2 25-50 8 0,2 - 0,6 10 21 Seco 15 MUY DESFAV. -12 44
FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-86 III ABIERTAS 25 32,5 15 3 2 1 2,5 1,30 5 - 25 2 25-50 8 0,6 - 2 15 20 Seco 15 MUY DESFAV. -12 48
FILITAS Y METARENISCAS O1 E-87 III MODERAD. ABIERTAS 20 49 12 1,5 2 1 2,5 1,23 25 - 50 4 25-50 8 0,2 - 0,6 10 19 Seco 15 MEDIA -5 51
FILITAS Y METARENISCAS O1 E-88 III CERRADAS 22 42,4 15 1 2 1 2,5 0,57 25 - 50 4 25-50 8 0,06 - 0,2 8 17 Seco 15 MUY DESFAV. -12 40
FILITAS Y METARENISCAS O1 E-89 III MODERAD. ABIERTAS 21 45,7 12 1 2 1 2,5 0,76 25 - 50 4 25-50 8 0,2 - 0,6 10 17 Seco 15 MUY DESFAV. -12 42
FILITAS Y METARENISCAS O1 E-90 III MODERAD. ABIERTAS 20 49 12 1 2 1 2,5 0,82 50 - 100 7 25-50 8 0,2 - 0,6 10 19 Seco 15 MUY DESFAV. -12 47
METARENISCAS Y ESQUISTOS O1c E-91 III - IV MODERAD. ABIERTAS 28 22,6 15 1 3 1 2,5 0,20 5 - 25 2 5-25 3 0,2 - 0,6 10 16 Seco 15 MUY DESFAV. -12 34
GRANITO DE DOS MICAS Gr E-92 II - III ABIERTAS 15 65,5 15 3 2 1 2,5 2,62 50 - 100 7 50-75 13 0,6 - 2 15 19 Seco 15 DESFAVOR. -10 59
METARENISCAS Y ESQUISTOS O1c E-93 III MODERAD. ABIERTAS 24 35,8 15 1,5 1 1 2,5 1,43 25 - 50 4 25-50 8 0,2 - 0,6 10 19 Seco 15 DESFAVOR. -10 46
GRANITO DE DOS MICAS Gr E-94 II ABIERTAS 10 82 12 3 2 1 2,5 4,10 50 - 100 7 75-90 17 0,6 - 2 15 16 Seco 15 DESFAVOR. -10 60
GRANITO DE DOS MICAS Gr E-95 III MODERAD. ABIERTAS 20 49 12 1,5 1 1 2,5 2,45 25 - 50 4 25-50 8 0,2 - 0,6 10 19 Seco 15 MEDIA -5 51
GRANITO DE DOS MICAS Gr E-96 III ABIERTAS 12 75,4 12 1,5 2 1 2,5 1,89 25 - 50 4 50-75 13 0,6 - 2 15 19 Seco 15 DESFAVOR. -10 56
GRANITO DE DOS MICAS Gr E-97 III ABIERTAS 13 72,1 12 1,5 2 1 2,5 1,80 25 - 50 4 50-75 13 0,6 - 2 15 19 Seco 15 DESFAVOR. -10 56
GRANITO DE DOS MICAS Gr E-98 III - IV MODERAD. ABIERTAS 17 58,9 12 1,5 2 1 2,5 1,47 25 - 50 4 50-75 13 0,2 - 0,6 10 14 Seco 15 DESFAVOR. -10 46
CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO. SONDEOS.
TIPO DE ROCA BARTON PARAMETROS DE CLASIFICACION BIENIAWSKI
METEORIZACIÓN PARAMETROS GEOMECANICOS INDICE DE RESISTENCIA RQD COND. AGUA ORIENTACION VALORACION
Jv RQD Jn Jr Ja Jw SRF CALIDAD (MPa) VALOR VALOR (m) VALOR JUNTAS VALOR VALOR RMR
Sondeo De: A: Longitud Q VALOR
ST-25 16,00 41,65 25,65 Metareniscas y Filitas (O1) II 80 9 1,5 2 0,66 2,5 1,76 25 - 50 4 75-90 17 0,2 - 0,6 10 18 Lig. Húmedo 10 MEDIA -5 54
ST-26 75,30 81,1 5,8 Filitas y Esquistos (O2) II 15 9 1,5 2 1 2,5 0,500 25 - 50 4 5-25 3 < 0,06 3 19 Lig. Húmedo 10 MEDIA -5 34
ST-26 81,10 84,1 3 Filitas y Esquistos (O2) II 80 9 1,5 1 1 2,5 5,333 25 - 50 4 75-90 17 0,2 - 0,6 10 24 Lig. Húmedo 10 MEDIA -5 60
ST-27 60,00 64,45 4,45 Filitas y Esquistos (O2) II 20 15 3 4 0,66 5 0,132 5 - 25 2 5 - 25 3 < 0,06 5 16 Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV. -12 24
ST-27 94,55 100,8 6,25 Filitas y Esquistos (O2) II - III 30 9 1,5 2 0,66 2,5 0,660 5 - 25 2 25-50 8 < 0,06 5 16 Lig. Húmedo 10 MEDIA -5 36
ST-28 120,80 130,4 9,6 Filitas y Metareniscas (O1) II 60 9 1,5 2 1 2,5 2,000 25 - 50 4 50-75 13 0,2 - 0,6 10 18 Lig. Húmedo 10 MEDIA -5 50
ST-30 79,20 86,3 7,1 Metareniscas y Esquistos (O1c) III 25 15 1,5 2 0,66 2,5 0,330 25 - 50 4 5 - 25 3 < 0,06 5 14 Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV. -12 24
ST-30 102,30 105,3 3 Metareniscas y Esquistos (O1c) III 60 9 1 2 0,66 2,5 0,880 25 - 50 4 50-75 13 0,2 - 0,6 10 17 Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV. -12 42
ST-30 105,30 110,6 5,3 Metareniscas y Esquistos (O1c) III 30 12 1 2 0,66 2,5 0,330 25 - 50 4 25-50 8 0,06 - 0,2 8 16 Húmedo 7 MUY DESFAV. -12 31
ST-35 138,55 143,6 5,05 Metareniscas y Esquistos (O1c) II 55 9 1 2 0,66 2,5 0,807 25 - 50 4 50-75 13 0,2 - 0,6 10 16 Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV. -12 41
ST-35 143,60 150,5 6,9 Metareniscas y Esquistos (O1c) II 60 9 1 2 0,66 2,5 0,880 25 - 50 4 50-75 13 0,06 - 0,2 8 16 Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV. -12 39
ST-31 110,00 140 30 Granito de dos micas (Gr) I 90 4 1,5 1 1 1,5 22,500 50 - 100 7 90-100 20 0,6 - 2 15 19 Seco 15 MEDIA -5 71
ST-32 145,30 156,2 10,9 Metareniscas y Esquistos (O1c) II - III 55 9 1,5 4 0,66 2,5 0,605 25 - 50 4 50-75 13 0,06 - 0,2 8 17 Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV. -12 40
ST-32 156,20 159,4 3,2 Metareniscas y Esquistos (O1c) II - III 20 15 1,5 4 0,66 2,5 0,132 25 - 50 4 5 - 25 3 < 0,06 5 16 Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV. -12 26
ST-33 15,30 45,3 30 Granito de dos micas (Gr) III 80 9 1,5 2 1 2,5 2,667 50 - 100 7 75-90 17 0,2 - 0,6 10 16 Lig. Húmedo 10 MEDIA -5 55
ORIENTACIONESP. JUNTAS
ESP. JUNTASTRAMO DE SONDEO
Página
237
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,001 0,01 0,1 1 10 100
RM
R (B
ien
iaw
ski. 1979)
Q (Barton et al. 1974)
COMPARACION RMR-Q. ESTACIONES GEOMECÁNICAS.
Correlación de Bieniawski Correlación de Barton
9LNQ+62
9LNQ+44
9LNQ+26
Página
238
Figura nº 66: Comparación RMR-Q. Estaciones Geomecánicas
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,001 0,01 0,1 1 10 100
RM
R (B
ien
iaw
ski. 1979)
Q (Barton et al. 1974)
COMPARACION RMR-Q SONDEOS
Correlación de Bieniawski Correlación de Barton
9LNQ+62
9LNQ+44
9LNQ+26
15LogQ+68
15LogQ+50
15LogQ+32
Página
239
Figura nº 67: Comparación RMR-Q. Sondeos
Figura nº 68: Variación Q de BARTON (Escala Líneal). Estaciones
Geómecanicas
0,30
0,80 0,43
0,78 0,81 0,78 0,98 0,85 0,98
0,72
1,56 1,30 1,23
0,57 0,76 0,82
0,20
2,62
1,43
4,10
2,45
1,89 1,80 1,47
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
E-75 E-76 E-77 E-78 E-79 E-80 E-81 E-82 E-83 E-84 E-85 E-86 E-87 E-88 E-89 E-90 E-91 E-92 E-93 E-94 E-95 E-96 E-97 E-98
Q
ESTACIONES GEOMECÁNICAS
VARIACIÓN Q DE BARTON (Escala lineal)
Página
240
Figura nº 69: Variación Q de BARTON (Escala Longitudinal). Estaciones
Geomecánicas.
0,30
0,80
0,43
0,78 0,81 0,78 0,98 0,85 0,98
0,72
1,56 1,30 1,23
0,57 0,76 0,82
0,20
2,62
1,43
4,10
2,45 1,89 1,80
1,47
0,00
0,01
0,10
1,00
10,00
E-75 E-76 E-77 E-78 E-79 E-80 E-81 E-82 E-83 E-84 E-85 E-86 E-87 E-88 E-89 E-90 E-91 E-92 E-93 E-94 E-95 E-96 E-97 E-98
Q
ESTACIONES GEOMECÁNICAS
VARIACIÓN Q DE BARTON (Escala logarítmica)
Página
241
Figura nº 70: Variación Q de BARTON (Escala Lineal). Tramo de sondeo.
Figura nº 71: Variación Q de BARTON (Escala Longitudinal). Tramo de
sondeo.
1,76
0,500
5,333
0,132
0,660
2,000
0,330
0,880
0,330
0,807 0,880 0,605
0,132
2,667
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
ST-2
5
ST-2
6
ST-2
6
ST-2
7
ST-2
7
ST-2
8
ST-3
0
ST-3
0
ST-3
0
ST-3
5
ST-3
5
ST-3
1
ST-3
2
ST-3
2
ST-3
3
Q
TRAMO DE SONDEO
VARIACION Q DE BARTON (Escala lineal)
1,76
0,500
5,333
0,132
0,660
2,000
0,330
0,880
0,330
0,807 0,880
22,500
0,605
0,132
2,667
0,00
0,01
0,10
1,00
10,00
ST-2
5
ST-2
6
ST-2
6
ST-2
7
ST-2
7
ST-2
8
ST-3
0
ST-3
0
ST-3
0
ST-3
5
ST-3
5
ST-3
1
ST-3
2
ST-3
2
ST-3
3
Q
TRAMO DE SONDEO
VARIACION Q DE BARTON (Escala logarítmica)
Página
242
Figura nº 72: Variación RMR. Estaciones Geomecánicas.
Figura nº 73: Variación RMR. Tramo de sondeo.
36
44 46
49 49 46
44 44 47
39
44
48 51
40 42
47
34
59
46
60
51
56 56
46
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 E
-7
5
E-7
6
E-7
7
E-7
8
E-7
9
E-8
0
E-8
1
E-8
2
E-8
3
E-8
4
E-8
5
E-8
6
E-8
7
E-8
8
E-8
9
E-9
0
E-9
1
E-9
2
E-9
3
E-9
4
E-9
5
E-9
6
E-9
7
E-9
8
RM
R
ESTACIONES GEOMECÁNICAS
VARIACION RMR
54
34
60
24
36
50
24
42
31
41 39
71
40
26
55
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
ST-2
5
ST-2
6
ST-2
6
ST-2
7
ST-2
7
ST-2
8
ST-3
0
ST-3
0
ST-3
0
ST-3
5
ST-3
5
ST-3
1
ST-3
2
ST-3
2
ST-3
3
RM
R
TRAMO DE SONDEO
VARIACION RMR
Página
243
Figura nº 74: RQD. Tramos de sondeos.
0
3 3
0 0
5
0
3
1
0 0,0
8,6
11,9
0,0 0,0
22,7
0,0
37,5
19,2
0,00
5
10
15
20
25
30
35
40
0
1
2
3
4
5
6
0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
Metr
os d
e so
nd
eo
s en
%
Nº d
e t
ram
os d
e s
on
deo
s
Clase
RQD. Tramos de sondeos
Frecuencia % en metros
Página
244
Figura nº 75: Q. Tramos de sondeos.
Figura nº 76: RMR. Tramos de sondeos.
0 0
10
3
1 1
0 0 0 0,0 0,0
37,1
41,8
1,9
19,2
0,0 0,0 0,00,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
0
2
4
6
8
10
12
0,001-0,01 0,01-0,1 0,1-1 1 - 4 4 - 10 10 - 40 40 - 100 100 - 400 400 - 1000
Metr
os d
e s
on
deo
en
%
Nº
de t
ram
os d
e s
on
deo
s
Clase
Q. Tramos de sondeos
Frecuencia % en metros
0 0
3
5
3 3
0
1
0 0 0,0 0,0
9,4
22,5
11,3
37,5
0,0
19,2
0,0 0,0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
1
2
3
4
5
6
0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
Metr
os d
e s
on
deo
en
%
Nº
de t
ram
os d
e s
on
deo
s
Clase
RMR. Tramos de sondeos
Frecuencia (%) en metros
Página
245
Tabla nº 178. Tramificación geotécnica túnel 1 de 2
410+697 410+747 411+150 411+530 411+700 411+800 412+180 412+240 412+800 412+840 413+380 413+420
410+747 411+150 411+530 411+700 411+800 412+180 412+240 412+800 412+840 413+380 413+420 413+900
D B C C E C D C E B E C
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
50 403 380 170 100 380 60 560 40 540 40 480
2-3 Ø 2-3 Ø > 3 Ø
PIZARRAS Y
ESQUISTOS
ESQUISTOS Y
CUARCITAS
Grupo geotécnico 3 1 2 2 4 2 4 2 4 1 3 1
III II - III II II III - IV II III II - III III II - III III II - III
II II III III V II - III III II - III V II - III V II - III
Perforabilidad DRI 65 - 80 50 - 65 65 - 80 50 - 65 65 - 80 50 - 65 65 - 80 50 - 65 65 - 80
Frente MIXTO HOMOG MIXTO HOMOG MIXTO HOMOG MIXTO HOMOG
Orientación familia principalOBLICUA A
PARALELA
1 3 3 3 1 3 1 3 1 3 1 3
30 - 40 50 - 60 40 - 50 40 - 50 < 30 40 - 50 30 - 40 40 - 50 < 30 50 - 60 < 30 40 - 50
RMRcorreg. (Valor medio) 36 54 49 47 25 46 36 44 27 51 25 44
0,2 - 0,5 1 - 2 0,5 - 1 1 - 5 0,05 - 0,2 0,5 - 1 0,5 - 1 0,5 - 1 0,2 - 0,5 1 - 2 0,05 - 0,2 0,5 - 1
0,2 1,76 0,78 2,9 0,10 0,8 0,66 0,91 0,30 1,23 0,10 0,75
RMRTBM - 60-70 50-60 50-60 40-50 50-60 40-50 50-60 40-50 50-60 40-50 50-60
RMRTBM (Valor medio) - 63 59 58 40 55 42 55 41 55 40 53
RME08 - 50-60 50-60 50-60 30-40 50-60 40-50 50-60 20-30 60-70 20-30 40-50
RME09 (Valor medio) - 55 55 55 32 55 49 55 27 61 21 40
9 22 21 21 9 21 9 21 9 22 9 22
700 5000 3000 3000 400 3000 700 3000 400 5000 400 2500
1 1 1 1 2 1 2 1 4 1 1 1
1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 1
Emboquille Zona de Falla Zona de Falla Zona de Falla Zona de Falla
Clasificación
Geomecánica
R. C. S. Roca Intacta (Mpa)
Q (Valor medio)
E m (MPa)
Tipo de dovela
CUARCITAS Y FILITAS
OE
Agua
Formación
65 - 80
ESQUISTOS
OP
HOMOG
OBLICUA
OQECOQP
RMRcorreg
Q
Meteorización
Fracturación
Tramo
Litología
Longitud Parcial
Clase de terreno
P. K.
PIZARRAS
Cobertera > 3 Ø
CUARCITAS Y FILITAS
Fluencia
OBSERVACIONES
Página
246
Tabla nº 179. Tramificación geotécnica túnel 2 de 2.
413+900 413+940 413+970 413+990 414+370 414+760 414+900 415+480 416+340 416+380 416+460 416+500 416+590 417+140 417+180 417+960 418+089
413+940 413+970 413+990 414+370 414+760 414+900 415+480 416+340 416+380 416+460 416+500 416+590 417+140 417+180 417+960 418+089 418+159
E D B C A B A C E D E D A E A B B
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
40 30 20 380 390 140 580 860 40 80 40 90 550 40 780 129 70
2-3 Ø
GRANITO GRANITO GRANITO GRANITO
Grupo geotécnico 3 3 1 1 6 6 6 1 3 3 3 3 6 7 6 6 6
III III II II I-II I-II I-II I-II III II - III III II I - II III-IV I-II III III
V III II II II II II II V II V II I V I I II
Perforabilidad DRI 50 - 65
Frente MIXTO MIXTO HOMOG MIXTO HOMOG MIXTO HOMOG
Orientación familia principal - - - -
1 1 3 3 3 3 3 3 1 3 1 3 3 1 3 3 1
< 30 30 - 40 50 - 60 40 - 50 > 60 50 - 60 > 60 40 - 50 < 30 30 - 40 < 30 30 - 40 > 60 < 30 > 60 50 - 60 50 - 60
RMRcorreg. (Valor medio) 25 36 53 40 71 55 62 45 26 35 < 30 35 77 25 77 55 55
0,2 - 0,5 0,5 - 1 1 - 5 0,5 - 1 > 20 1 - 5 5 - 10 0,5 - 1 0,1 - 0,5 0,5 - 1 0,05 - 0,2 0,5 - 1 > 20 0,05 - 0,1 > 10 1 - 5 1 - 5
Q (Valor medio) 0,30 0,6 2,5 0,82 22,5 4,44 7,55 0,6 0,4 0,6 0,13 0,6 22,5 0,07 20 2,67 2,67
RMRTBM 30-40 40-50 50-60 50-60 >70 50-60 >70 50-60 40-50 50-60 40-50 50-60 >70 40-50 >70 50-60 -
RMRTBM (Valor medio) 39 49 58 52 77 58 77 52 41 52 41 52 77 45 77 58 -
RME08 20-30 30-40 50-60 40-50 >70 50-60 >70 40-50 20-30 40-50 20-30 40-50 >70 30-40 >70 50-60 -
RME09 (Valor medio) 27 37 50 45 82 55 82 45 27 45 27 45 82 32 82 55 -
9 9 22 22 82 82 82 22 9 9 9 22 82 50 82 82 50
E m (MPa) 400 700 5000 2500 14000 8000 14000 5000 400 700 400 700 14000 700 14000 8000 8000
3 2 1 1 1 1 1 1 5 1 4 1 1 4 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 1 2 1 1 1
Zona de Falla Zona de Falla Zona de Falla Zona de Falla Emboquille
Fluencia
Tipo de dovela
OBLICUA A PARALELA
Litología
Formación
Longitud Parcial
Clasificación
Geomecánica
RMRcorreg
R. C. S. Roca Intacta (Mpa)
CUARCITAS Y FILITAS
65 - 80
OBSERVACIONES
Meteorización
Fracturación
Agua
Q
GRA GRA
P. K.
Tramo
Cobertera
Clase de terreno
> 3 Ø
HOMOG
CUARCITAS, ESQUISTOS Y GNEISES CORNEANIZADOS
OBLICUA A PERPENDICULAR
50-65 40-5040-50
OQEOQEC
Página
247
6.4. TENSIONES NATURALES.
Las tensiones naturales constituyen un estado propio de los materiales del
macizo rocoso como consecuencia de su historia geológica, y el cálculo de las
mismas es fundamental para el diseño de excavaciones subterráneas, ya que las
cargas actuantes sobre el sostenimiento o revestimiento son precisamente la
relajación de estas tensiones naturales en el contorno del túnel.
Este aspecto es fundamental a la hora de realizar cálculos tenso-
deformacionales. El estado tensional inicial tiene poca importancia, si el terreno
una vez efectuada la excavación, se va a comportar elásticamente, pero si el
terreno plastifica los esfuerzos inducidos sobre los elementos estructurales del
sostenimiento y/o revestimiento dependen de forma muy importante del estado
tensional inicial.
Estas tensiones obedecen a distintas causas, siendo las principales las de
origen tectónico, las gravitacionales y las de origen no renovable.
Según L. González de Vallejo: las tensiones naturales no renovables, son
aquellas generadas por efectos térmicos, por flexiones o abombamientos en la
corteza, o como consecuencia de cambios en el radio de curvatura de una placa
tectónica.
Las tensiones gravitacionales se generan por efecto de una diferencia de
elevación topográfica, o por variaciones laterales en la densidad de los materiales.
La tensión vertical es debida a la carga de materiales y puede originar a su vez
grandes esfuerzos laterales al tender las rocas a expandirse en direcciones
perpendiculares o transversales con respecto a las cargas verticales, y estar
confinadas en dichas direcciones.
En la génesis de los macizos rocosos y en la posterior actividad tectónica que
sufren, generalmente la roca acumula tensiones en todas direcciones debido a
que los plegamientos intercambian a menudo los ejes horizontales con el vertical,
llegándose a un resultado en que el coeficiente K es aproximadamente la unidad.
Es la erosión posterior la que reduce significativamente la presión vertical,
manteniéndose la horizontal, motivo por el que son frecuentes en macizos
rocosos sanos valores de K superiores a 1. Por el contrario, cerca de la superficie
Página
248
y en terrenos poco competentes o en rocas muy meteorizadas y/o fracturadas, las
tensiones horizontales, en general, son inferiores.
Dado su origen geológico, el valor de K es una función de escala regional, es
decir, la función de variación de K con la profundidad es la misma dentro de una
región geológica. Es por ello que la variación de este parámetro se publica
habitualmente en el World Stress Map de la Universidad de Karlsruhe, a partir de
datos obtenidos de ensayos in-situ y de sismicidad.
Las tensiones in-situ, de un macizo rocoso pueden ser medidas
experimentalmente mediante diversos tipos de ensayos (overcoring, flat-jack,
hidrofracturación, etc.). Pero generalmente su coste es extraordinariamente caro y
los datos que suministran no siempre son útiles ni razonables. Por ello
generalmente se estima de manera aproximada, existiendo diversos criterios:
Criterio de Terzaghi y Richart (1952)
Criterios empíricos lineales
Criterio de Stacey y Page (1986)
Criterio de Sheorey (1994)
Terzaghi y Richart, sugirieron que un macizo rocoso sometido a cargas
gravitacionales y no deformado lateralmente durante la formación de las capas
suprayacentes, el valor de k0 es independiente de la profundidad, viniendo dado
por la expresión:
10k
Donde ν es el coeficiente de Poisson del macizo rocoso. Esta expresión ha
venido empleándose desde hace muchos años, pero la experiencia ha
demostrado que es inexacta. En el caso que nos ocupa, daría lugar a valores
entre 0,30 y 0,43 , ambos excesivamente bajos.
Diversos autores, han propuesto relaciones lineales entre σH (MPa) y la
profundidad z (m). Las más habituales son:
Página
249
Hast (1973) σH= 9.31+ 0.05 z
Herget (1974) σH= 8.3+ 00407 z
Worotnicki (1976) σH= 7.7+ 0.021 z
Haimson (1976) σH= 2+ 0.017 z
Orr (1975) σH= 6.5+ 0.015 z
Van Hereden (1976) σH= 6.7+ 0.012 z
Al tratarse de criterios lineales, puede realizarse una media aritmética con
ellos:
σH = 6.75+ 0.0259 z
En el caso que nos ocupa, para un recubrimiento máximo de 215 m, se
obtendría un valor de σH del orden de 16 MPa. En este caso resulta un K0 = 0,45
Stacey y Page proponen una fórmula para la estimación aproximada de k0,
para profundidades inferiores a 1.000 m:
50030
zk
Lo que se traduciría en un valor de 2,6 en este caso.
En los últimos años, se viene utilizando para la estimación de la k0, el criterio
de Sheorey. Este autor ha desarrollado un modelo elasto-estático-térmico de
esfuerzos en la corteza terrestre. Este modelo tiene en cuenta la curvatura de la
corteza terrestre y la variación de sus constantes elásticas, densidad y
coeficientes de expansión térmicos a través del manto y la corteza. Mediante esta
modelización Sheorey proporcionó una fórmula muy sencilla para estimar k0 en
función del módulo de deformación horizontal (en GPa) y la profundidad:
zEhk
1001.0725.00
Aplicando este criterio, considerando valores de Eh entre 500 MPa y 20.000
MPa, se obtienen valores de k0 muy variables, comprendidos entre 0,27 y 1,04.
Página
250
Como se observa existe una excesiva variación, dentro de una misma localidad,
que no sería representativa ni realista.
Como se ha indicado valores entorno a la unidad y superiores son frecuentes
en macizos rocosos, siendo habitual que estos valores disminuyan en suelos. De
forma conservadora, se considera razonable un valor de k0 1,3 para roca sana y
de 1,2 para roca alterada o falla, para tener en cuenta una cierta decompresión
del macizo y relajación de las tensiones horizontales.
6.5. CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO EN EL TÚNEL.
En la determinación de los parámetros característicos del macizo rocoso para
su aplicación en el cálculo de túneles intervienen diversos factores. Además de
los parámetros de roca intacta que se han determinado en el Apartado 3, de
Análisis de los Resultados de los Reconocimientos, es necesario tener en cuenta
las condiciones de calidad del terreno que atravesarán los túneles, estimadas a
partir de los índices geomecánicos, así como las tensiones de campo en el
macizo, que están relacionados con las monteras existentes en el túnel.
De este modo, el criterio de rotura del macizo se obtendrá minorando los
valores mi y s teniendo en cuenta el índice RMR del macizo y el estado tensional
a la profundidad del túnel, según las expresiones:
D
RMR
ib emm 1428
100
D
RMR
es 39
100
3/2015/ 6
1
2
1 eea RMR
La constante D es un factor que depende del grado de alteración al cual el
macizo rocoso ha sido sometido debido al procedimiento constructivo. Varía
desde 0 para macizos con mínima alteración, hasta 1 para macizos muy
alterados. En la figura adjunta a continuación se indican los valores usuales para
las situaciones más habituales. Se considera adecuado tomar el valor de D = 0.
Página
251
Como método de deducción de los parámetros deformacionales (módulo de
elasticidad) del macizo rocoso, se han empleado la correlación siguiente:
40
10
101002
1
GSI
ciDE
Esta formulación es válida para todo rango de GSI, pero que aplica solamente
para valores de σci inferiores a 100 MPa (Hoek, 2002).
Los valores de E obtenidos con estas fórmulas vienen expresados en
gigapascales (GPa).
Figura 77. Valores de D.
A continuación se presenta la parábola de Hoek y Brown para las monteras y
GSI representativos de cada clase de terreno, considerando que los valores de
GSI y los RMR son equivalentes. Para cada rango de terreno se ha adoptado la
hipótesis pésima en la combinación montera – índice de calidad GSI, en base a la
tramificación geotécnica expuesta. Los parámetros obtenidos en este análisis se
adoptan como parámetros característicos de cada una de las clases de terreno.
Página
252
Figura 78. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 1 GSI>60H=175m 3máx=
2,12MPa
Página
253
Figura 79. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 1 GSI =50-60H=175m 3máx=
2,10MPa
Página
254
Figura 80. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 1 GSI =40-50H=175m 3máx=
2,07MPa
Página
255
Figura 81. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 1 GSI =30-40H=160m 3máx=
1,64MPa
Página
256
Figura 82. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 3 GSI <30H=160m 3máx=
1,61MPa
Página
257
Figura 83. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 2 GSI >60H=135m 3máx=
1,66MPa
Página
258
Figura 84. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 2 GSI =50-60H=135m 3máx=
1,64MPa
Página
259
Figura 85. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 2 GSI =40-50H=135m 3máx=
1,62MPa
Página
260
Figura 86. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 4 GSI =30-40H=100m 3máx=
1,14MPa
Página
261
Figura 87. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 4 GSI <30H=100m 3máx=
1,43MPa
Página
262
Figura 88. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 6 GSI >60H=215m 3máx=
2,81MPa
Página
263
Figura 89. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 6 GSI =50-60H=215m 3máx=
2,77MPa
Página
264
Figura 90. Parábola de Hoek-Brown para GRUPO 7 GSI<30H=180m 3máx= 2,17MPa
Página
265
6.6. RESUMEN DE LOS PRINCIPALES PARÁMETROS GEOTÉCNICOS EN EL TÚNEL
En las siguientes tablas se presenta el resumen de los parámetros resistentes
representativos de los posibles terrenos tipo atravesados por los túneles del tramo:
Tabla nº 180. Parámetros resistentes para los grupos 1 y 3
GRUPO 1 Y 3
Rango RMR >60 50-60 40-50 30-40 <30
Clase de terreno A B C D E
Grado meteorización I II III IV V
g (kN/m3) 26 26 26 24 24
sCi (MPa) 21,82 21,82 21,82 8,86 8,86
Ei (MPa) 16.000 16.000 16.000 9.000 9.000
mi 7,23 7,23 7,23 6,39 6,39
H (m) 175 175 175 160 160
c (MPa) 0,70 0,60 0,50 0,20 0,15
f (º) 38 34 30 22 20
Em (MPa) 8.000 5.000 2.500 700 400
Página
266
Tabla nº 181. Parámetros resistentes para los grupos2 y 4
GRUPO 2 Y 4
Rango RMR >60 50-60 40-50 30-40 <30
Clase de terreno A B C D E
Grado meteorización I II III IV-V V
g (kN/m3) 27 27 27 26 26
sCi (MPa) 20,94 20,94 20,94 9,06 9,06
Ei (MPa) 19.000 19.000 19.000 9.000 9.000
mi 7,54 7,54 7,54 7,54 7,54
H (m) 135 135 135 100 100
c (MPa) 0,60 0,50 0,40 0,20 0,15
f (º) 40 38 34 27 24
Em (MPa) 10.000 6.000 3.000 700 400
Página
267
Tabla nº 182. Parámetros resistentes para los grupos 6 y 7
GRUPO 6
Rango RMR >60 50-60 <30
Clase de terreno A B E
Grado meteorización I III V - QJ
g (kN/m3) 26 26 21
sCi (MPa) 81,79 81,79 50
Ei (MPa) 27.000 27.000 15.000
mi 9 9 9
H (m) 215 215 180
c (MPa) 1,700 1,200 0,409
f (º) 48 46 33
Em (MPa) 14.000 8.000 700
7. RESUMEN Y CONCLUSIONES
A lo largo del trazado se presentan diversas litologías muy similares entre sí.
Para la caracterización geotécnica se han agrupado algunas de estas litologías
con comportamientos geotécnicos similares, distinguiendo a grandes rasgos las
formaciones más puramente pizarrosas y filiticas de aquellas que presentan más
contenido en cuarcita, aun conteniendo también filitas. En la práctica, se podrían
agrupar también estos dos grupos geotécnicos. Por otro lado, se han distinguido
los granitos, que afloran al final del trazado. La presencia de suelos cuaternarios y
residuales a lo largo de todo el trazado es muy escasa, a excepción de los jabres
en el tramo final del trazado, que presentan mayor entidad en algunas zonas.
La orografía de la zona es escarpada, presentando valles muy encajados en
los que afloran las formaciones cartografiadas. Ello ha provocado que el trazado
Página
268
discurra en túnel, sin haber proyectado apenas desmontes ni rellenos. Los
desmontes proyectados corresponden a los desmontes provisionales de los
emboquilles.
Desmontes
Toda la traza en este tramo discurre en túnel por lo que no se proyectan
desmontes en el tronco, aparte de la trinchera del emboquille del túnel. Las
litologías excavadas por los desmontes de la traza son granitos (GRA).
En el emboquille se ha proyectado el talud frontal con inclinación 1H:3V, que
requiere sostenimientos a base de bulones, mallazo y hormigón proyectado. En
los taludes laterales, 1H:2V, se ha dispuesto sistemáticamente una capa de
hormigón proyectado con el fin de proteger a los operarios de posibles chineos o
pequeñas caídas durante el transcurso de las obras.
Los desmontes se excavan mayoritariamente en roca alterada, por lo que se
excavarán principalmente mediante ripper y medios mecánicos, las excavaciones
en roca se realizaran con voladuras.
Rellenos
No se ha proyectado ningún relleno en el tronco principal. Como tal relleno se
ha diseñado el vertedero V-42D, donde se llevarán los sobrantes de excavación
de este tramo.
Para la realización del vertedero se ha previsto que el material que proviene
de las excavaciones, principalmente de los túneles, sea previamente machacado
y su puesta en obra se ejecute como un relleno convencional.
Las inclinaciones de los taludes del vertedero se han proyectado al 2(H):1(V)
en ambos taludes.
Para garantizar un correcto apoyo de los rellenos se habrá de proceder en
primer lugar a la eliminación de la capa más superficial de tierra vegetal. Los
suelos susceptibles de crear problemas de capacidad portante o compresibilidad
que se consideren inadecuados para apoyo de rellenos habrán de ser retirados,
para conseguir un apoyo en roca. También deberán captarse y drenarse las
posibles surgencias de agua que pudieran encontrarse en el apoyo.
Página
269
En pendientes pronunciadas, la superficie de apoyo del relleno debe sanearse
y escalonarse en bermas horizontales, con objeto de estabilizar la superficie de
debilidad que se formaría caso contrario.
Estas medidas se han adoptado en el relleno singular del vertedero.
Explanada y capa de forma
En el presente Proyecto, el fondo de desmonte se verificará en todos los casos
en roca moderadamente meteorizada a sana. En la sección en vía en placa no se
dispone capa de forma en desmontes, sin embargo en la sección vía en balasto,
considerando las especificaciones anteriores para los materiales existentes, las
Normas de Vía de Renfe recomiendan un espesor de 60 cm. Esta sección
coincide con la proyectada en el tramo siguiente
Estructuras
Todas las cimentaciones de los falsos túneles podrán resolverse trasladando
las cargas directamente a roca sana o moderadamente meteorizada, mediante
una losa.
Los falsos túneles se cimentan sobre granitos (GRA), y el plano cimentación
se ha situado sobre rocas de grado de meteorización GM-III o inferior. La
cimentación de los falsos túneles del emboquilles oeste del túnel de Prado se ha
planteado mediante losa de cimentación con un módulo de balasto vertical kv30
de 500.000 kN/m3.
Túneles
Para el estudio de la geotecnia de túneles se han estudiado fundamentalmente
los siguientes aspectos:
o Litología y estructura del macizo rocoso atravesado.
o Posición del nivel freático a lo largo de los túneles.
o Permeabilidad del macizo rocoso y de las zonas de falla.
o Estimación de la calidad del macizo rocoso, clasificación
geomecánica y tramificación de los túneles.
o Estudio del estado tensional
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o Características geotécnicas de los materiales.
En general, dada la poca entidad de los acuíferos superficiales colgados
existentes en el entorno de los túneles y la baja permeabilidad de las formaciones,
la afección a éstos no va a tener gran transcendencia. En las zonas de falla, la
permeabilidad es algo mayor, tanto por la mayor meteorización de la roca como
por la intensa fracturación asociada en estas zonas de rotura. Es en estas zonas
de falla donde se podrán dar los posibles aportes de agua a la excavación del
túnel. También puede encontrarse agua en los tramos de emboquille, perforados
en roca más alterada y próximos a los suelos de recubrimiento.
El Túnel (L = 7.595 m), atraviesa las formaciones litológicas siguientes:
Cuarcitas y Filitas del Invernadeiro (OQP), Pizarras de Luarca (OP), Esquistos de
Baldriz (OE), Cuarcitas y Filitas de Carraxo (OQEC), Metavulcanitas de Carraxo
(OG) y el Granito de Alberguería (GRA).
A grandes rasgos, el plano principal en las formaciones OQP, Op, OE y
OQEC, corresponde a la esquistosidad (y la estratificación en el caso de las
metareniscas). La orientación predominante es oblicua a subparalela con respecto
al trazado de los túneles. Este plano principal, está acompañado por 3 a 4 familias
de juntas subverticales o de alto buzamiento, con continuidad baja a media (1 – 3
a 3 – 10 m), que se combinan con la esquistosidad o estratificación principal para
originar inestabilidades en roca. En los gneises de la formación OG, la foliación
gneísica, más soldada que la esquistosidad de las filitas, constituye un plano de
debilidad solo relativo, espaciándose considerablemente las fracturas originadas
por dicho plano respecto a la separación de la esquistosidad de las filitas. Esto
supone RQD más altos en los gneises con mayores valores de RMR.
En el caso del granito, no hay un plano principal que destaque entre las tres a
cuatro familias de juntas medidas.
El macizo atravesado se encuentra afectado por algunas fallas de pequeña
importancia reconocidas en los sondeos en tramos puntuales. Destaca la falla de
Laza, una importante macroestructura compleja de fase – 3, rejugada
posteriormente en fases tardías, con una dirección NO – SE. Afecta
principalmente a la formación Esquistos de Baldriz (OE).
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Presenta también un plano de falla de tipo frágil (pk 411+730) desarrollado
durante etapas más tardías. Asociadas a la falla dúctil de Laza, se han
cartografiado y detectado en sondeos, otras fracturas de tipo frágil con rocas muy
trituradas y brechas arcillosas. Son fallas de espesores métricos relativamente
importantes. Destaca la falla del pk 412+840, vista en afloramientos y detectada
en el sondeo ST-28, que pone en contacto los Esquistos de Baldriz con las
Cuarcitas de Carraxo.
En el caso del túnel, la mayor permeabilidad detectada en el “roof-pendant” de
Riobóo, debido a la alternancia de rocas foliadas con un enjambre de diques
graníticos, podría dar lugar a aportes significativos de agua al túnel.
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8. BIBLIOGRAFIA
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273
8. BIBLIOGRAFIA Y APOYO TECNICO.
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