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520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
ANEJO Nº 8. TÚNELES
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
CONTROL DE LA DOCUMENTACIÓN DEL SISTEMA
4A7.5
TITULO DEL TRABAJO:
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO
DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
TITULO DEL
DOCUMENTO:
ANEJO Nº 8. TÚNELES
CODIGO:
Nº Trabajo
Sección
Tipo
Versión
520019
210102
A8
00
Fichero:
ANEJO 8 TUNELES Lugaritz-Easo
Fecha Edición:
24 de febrero de 2015
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ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
Fecha
520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
ÍNDICE
ANEJO Nº 8. TÚNELES ..................................................................................................... 1
1.
INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 2
2.
DESCRIPCIÓN GENERAL Y SECCIONES TIPO ...................................................... 3
3.
CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DEL TÚNEL.................................................... 5
3.1.
Introducción .......................................................................................................... 5
3.2.
Trabajos realizados .............................................................................................. 5
3.3. Entorno geológico del túnel: litotipos .................................................................. 16
3.3.1. Marco geológico general ............................................................................. 16
3.3.2. Litotipos ....................................................................................................... 17
3.4.
Unidades de Calidad Geomecáncia ................................................................... 20
3.5. Caracterización de las discontinuidades ............................................................ 23
3.5.1. Introducción ................................................................................................. 23
3.5.2. Dominios estructurales ................................................................................ 25
3.5.3. Caracterización estadística-probabilística de las propiedades
geomecánicas del macizo rocoso .............................................................................. 25
3.6. Parámetros geotécnicos del macizo rocoso ....................................................... 57
3.6.1. Macizos rocosos y efecto escala ................................................................. 57
3.6.2. Clasificaciones geomecánicas .................................................................... 58
3.6.3. Parámetros deformacionales....................................................................... 60
3.7. Estado tensional ................................................................................................. 65
3.7.1. Introducción ................................................................................................. 65
3.7.2. Correlaciones empíricas .............................................................................. 66
3.7.3. Conclusión ................................................................................................... 68
3.8.
4.
Predicción del comportamiento geotécnico de los túneles ................................ 68
PROCESO CONSTRUCTIVO ................................................................................... 70
4.1. Excavabilidad ...................................................................................................... 70
4.1.1. Generalidades ............................................................................................. 70
4.2. Parámetros geomecánicos que influyen en la excavabildiad............................. 70
4.2.1. Resistencias mecánicas .............................................................................. 70
4.2.2. Abrasividad .................................................................................................. 71
4.2.3. Fracturación de la roca ................................................................................ 73
4.3.
Previsión de la excavabilidad de los túneles ...................................................... 74
4.4. Previsión del sostenimiento ................................................................................ 76
4.4.1. Introducción ................................................................................................. 76
4.4.2. Cálculo de sostenimiento a partir del RMR ................................................. 77
4.4.3. Otros aspectos constructivos ...................................................................... 79
4.5.
Tratamientos especiales e instrumentación ....................................................... 79
5.
CONDICIONES GEOTECNICAS DE CAÑONES Y RAMPAS DE ACCESO .......... 82
6.
FIGURAS ................................................................................................................... 83
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
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1. INTRODUCCIÓN
En el presente documento se analizan los diferentes aspectos del túnel
referido del “Estudio informativo del metro de Donostialdea. Tramo: LugaritzEaso”.
Se trata de un tramo en túnel de 4.040 m de longitud, con una sección
única abovedada de unos 7 m de altura y 9 m de anchura, que se excavará
íntegramente en roca, con dos tipologías o litotipos diferentes: de calizas
arenosas, areniscas y argilitas (flysch detrítico calcáreo) y margocalizas
(Maastdaniense) del Cretácico superior y su tránsito al Terciario.
El contenido de este Anejo se ordena en los siguientes apartados:
Descripción general del tramo en túnel y de las secciones tipo
prevista (8.2), una caracterización geotécnica del macizo rocoso (8.3) que
constituye el grueso del Anejo, y en la que se realiza una descripción detallada
de los dos litologías existentes, de las tres Unidades de Calidad Geomecánica
distinguidas y de un estudio de caracterización estadística de las propiedades
geomecánicas del macizo rocoso que ha permitido la obtención del índice RMR
de Bieniawski.
A partir de ese punto se ha realizado una clasificación geomecánica
del macizo rocoso, y todo el análisis de datos para obtener las clases
geomecánicas de macizo rocoso.
En el apartado siguiente (8.4) se estudia el Proceso Constructivo del
túnel en cuanto a la excavabilidad (sistema, abrasividad,...) y el análisis del
sostenimiento, sistema de excavación y/o tratamiento especiales. En el apartado
8.5 se presentan las condiciones geotécnicas de los cañones y rampas de
acceso.
Finalmente, en el apartado de Figuras se incluye el perfil longitudinal
interpretado de todo el trazado, los perfiles interpretados de cañones y rampas
de acceso y secciones tipo de sostenimientos para el túnel de línea.
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2. DESCRIPCIÓN GENERAL Y SECCIONES TIPO
El trazado previsto para el metro en este tramo presenta una longitud de
4.200 m y de ellos 4.040 m discurren en túnel excavado íntegramente en roca, y
el resto entre pantallas y apoyado sobre suelos fluvio-mareales con el sistema de
cut and cover.
El trazado presenta desde la estación actual de Lugaritz tres estaciones
en caverna (Benta-Berri, Centro-La Concha y Easo). Para cada una de ellas se
han previsto los cañones de acceso siguientes:
BENTA-BERRI
•
Cañon C/ Xalbador
•
Cañon Plaza Bentaberri
CENTRO-LA CONCHA
•
Cañon Plaza Xabier Zubiri
•
Cañon C/ Loiola
•
Cañon San Bartolome
EASO
•
Cañon C/Autonomia
•
Cañon C/Azpeitia
Se ha previsto la ejecución en túnel de tres rampas de acceso al túnel de
línea para su construcción.
El criterio general, desde el punto de vista geotécnico, ha sido contar con
un recubrimiento de roca sobre la clave de al menos los 7 metros, que
corresponde a la altura de excavación para el túnel, por lo que en función del
terreno se ha realizado un trazado que, con los condicionantes geométricos en
curvatura y pendiente, respetase esta condición de recubrimiento mínimo. Existe
un punto que no cumple dicho criterio, en el paso bajo la calle Easo, en este
caso el recubrimiento de roca sobre la clave es del orden de 4 m.
El recubrimiento máximo de roca se da con 80 m en la zona central de la
traza sobre el PK 2+050, habiendo otro punto también de 70 m de recubrimiento
al inicio de la traza del túnel de línea, a la altura del PK 0+800.
En cuanto a la sección tipo del túnel de línea, ha venido prefijada por ETS
y viene definida en las figuras adjuntas.
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La sección interior corresponde a una bóveda definida por un radio de
4.10 m. Teniendo en cuenta el revestimiento previsto, la excavación del túnel
presenta una anchura máxima de 9,16 m y una altura desde la base de la
contrabóveda de unos 7 m. En la figura 6.1 de este anejo se presentan las
secciones geométricas del túnel de línea.
Las estaciones requieren excavaciones de cavernas de unos 16,5 m de
anchura máxima y 13 m de altura, comprendiendo los revestimientos. Las
secciones tipo de la caverna de estación, cañones de estación y rampas de
acceso se incluyen en el documento de Planos 4. Secciones Tipo.
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3. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DEL TÚNEL
3.1.
Introducción
En el presente apartado se describen las principales características
geotécnicas del trazado en túnel a partir de los datos obtenidos de los
reconocimientos, tanto superficiales (en las estaciones geomecánicas y otros
afloramientos) como en los reconocimientos realizados en profundidad mediante
sondeos y geofísica. También se parte de los datos obtenidos a partir de
ensayos realizados “in situ” o en laboratorio.
El estudio abordará los siguientes aspectos:
-
Propiedades geotécnicas de la matriz rocosa.
Estudio de fracturación.
Clasificaciones geomecánicas.
Propiedades geotécnicas del macizo rocoso.
Nivel tensional natural esperable.
Predicción de comportamiento geotécnico del terreno.
Al final del anejo se incluye el perfil longitudinal del túnel en el que se ha
interpretado la estructura geológica y en el que se resumen las principales
características geológico-geotécnicas del terreno atravesado.
3.2.
Trabajos realizados
Los trabajos de campo que han servido como punto de partida o se ha
utilizado para el estudio del túnel han consistido en:
-
Sondeos mecánicos.
Estaciones geomecánicas.
Reconocimiento geofísico.
Ensayos de permeabilidad en roca.
Ensayos presiométricos.
Los datos sobre estos trabajos se reflejan en las siguientes tablas:
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SONDEOS
Se han realizado un total de 68 sondeos mecánicos, contando los del
primer estudio informativo, los del constructivo y los del actual, sumando un total
de 2.215 m. Están situados en zonas próximas al trazado o en las que
interesaba conocer el espesor de suelos y la naturaleza del terreno en ese
punto.
TABLA SITUACION SONDEOS
(ESTUDIO INFORMATIVO METRO DONOSTIALDEA. TRAMO LUGARITZ-ANOETA 2010)
SONDEO
PROFUNDIDAD
X
Y
Z
PK
DIST.
EJE
MSS-1
25 m.
580776,65
4795472,17
6,35
0+818
40 m.
MSS-2
25 m.
580807,90
4795921,59
5,09
1+335
6 m.
MSS-3
20 m.
581033,92
4796240,29
16,20
1+820
52 m.
MSS-4
25 m.
581169,86
4796177,69
7,66
1+912
150 m.
MSS-5
25 m.
581195,23
4796349,69
6,88
1+990
14 m.
MSS-6
20 m.
581342,69
4796304,14
11,72
2+100
97 m.
MSS-7
25 m.
582189,88
4796505,26
10,22
2+980
56 m.
MSS-8
25 m.
582604,03
4796339,88
9,40
3+830
28 m.
MSS-9
20 m.
582348,62
4796631,99
9,21
3+260
64 m.
MSS-10
19,8 m.
582506,13
4796719,96
7,85
3+400
28 m.
MSS-11
19,9 m.
582629,85
4796667,87
6,82
3+515
48 m.
MSS-12
20 m.
582660,45
4796528,36
6,90
3+630
32 m.
MSS-13
69 m.
581263,65
4795494,73
58,97
0+322
12 m.
MSS-14
29 m.
580696,94
4795523,61
4,96
0+895
12 m.
MSS-15
55 m.
580696,36
4795703,96
35,10
1+070
13 m.
MSS-16
36 m.
581143,39
4796364,02
5,55
1+955
20 m.
MSS-17
NO PERFORADO POR IMPOSIBILIDAD DE EMPLAZAMIENTO
MSS-18
40 m.
582359,44
4796706,98
8,80
3+270
12 m.
MSS-19
37 m.
582630,68
4796402,45
6,80
3+752
8 m.
TOTAL PERFORADO: 535,7 m
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TABLA SITUACION SONDEOS
(PROYECTO CONSTRUCCION 2012: TRAMO LUGARITZ-LA CONCHA)
SONDEO
LONGITUD
X
Y
Z
PK
DIST. EJE
MLC-1
25 m
580709.80
4795550.73
5.92
0+885
22.8 m
MLC-2
30 m
580781.82
4795910.67
5.50
1+272
10.5 m
MLC-3
35 m
580815.22
4796038.33
7.10
1+408
23.0 m
MLC-4
37 m
580916.49
4796274.20
9.15
1+666
20.0 m
MLC-5
40 m
580992.96
4796274.20
13.80
1+726
23.0 m
MLC-6
33 m
581088.40
4796340.25
5.25
1+846
5.0 m
MLC-7
35 m
581088.40
4796340.25
5.25
1+999
10.0 m
MLC-8
24 m
580719.97
479562.82
6.36
0+890
7.50 m
MLC-9
10 m
580663.32
4795712.18
5.28
1+037
48.0 m
MLC-10
45 m
580743.52
4795712.18
38.40
1+037
48.0 m
MLC-11
15 m
580706.35
4795812.34
4.05
1+041
6.0 m
MLC-12
16 m
580696.81
4795821.61
3.90
1+050
8.0 m
MLC-13
22 m
580727.89
479836.86
3.90
1+175
18.5 m
MLC-14
27 m
580773.05
4795922.83
5.45
1+275
4.5 m
MLC-15
10 m
580848.34
4796168.57
18.00
1+543
0.0 m
MLC-16
15 m
580868.04
4796183.02
19.50
1+566
12.0 m
MLC-17
25 m
580909.97
4796207.98
16.20
1+601
30.0 m
MLC-18
40 m
581012.78
4796224.26
18.30
1+718
75.0 m
MLC-19
54 m
581037.25
4796123.99
37.20
1+660
173.4 m
MLC-20
20 m
580990.30
4796339.17
8.65
1+763
1.0 m
MLC-21
35 m
581695.57
4796415.81
18.40
0+332
3.0 m
MLC-22
15 m
581843.16
4796428.19
13.20
0+167
3.0 m
TOTAL PERFORADO: 608 m
TABLA SITUACION SONDEOS
(ESTUDIO INFORMATIVO ACTUAL: TRAMO LUGARITZ-EASO)
SONDEO
LONGITUD
X
Y
Z
PK
DIST. EJE
MLE-1
15 m
582.530,5007
4796674,65
7,85
3+170
55 m
MLE-2
14 m
582.557,5687
4796656,48
7,50
3+200
50 m
TOTAL PERFORADO: 29 m
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TABLA SITUACION SONDEOS
(PROYECTO CONSTRUCCION 2012: TRAMO LA CONCHA-MORLANS)
Sondeos a
Coordenadas
Rotación
Z (cota desde
boca de son-
Profundidad alcanzada
X
Y
deo)
SPC-01
581925,34
4796497,08
+2,31
30,80
SPC-02
582028,83
4796542,50
+3,15
33,40
SPC-03
582148,08
4796613,88
+3,22
34,2
SPC-04
582226,87
479685,49
+3,41
34,05
SPC-05
582444,30
4796680,05
+8,42
37,20
SPC-06
582592,32
4796588,73
+7,33
38,00
SPC-07
582628,47
4796489,64
+7,18
39,50
SPC-08
582625,60
4796275,52
+17,00
37,20
SPC-09
582639,44
4796240,00
+18,00
44,20
SPC-10
582601,93
4796113,20
+43,00
73,50
SPC-11
582638,65
476001,89
+37,50
63,00
SPC-12
582326,53
4796804,70
+3,26
34,70
SPC-13
582492,87
4796776,75
+8,06
39,00
SPC-14
582595,79
4796733,63
+7,00
35,70
SPC-15
582641,76
4796783,96
+6,92
50,60
SPC-16
582659,92
4796606,05
+6,65
46,20
SPC-17
582423,02
4796833,03
+8,34
33,00
SPC-18
582665,68
4795868,22
+10,00
31,15
SPC-19
582634,86
479360,41
+7,11
35,40
SPC-20
582670,44
4796272,09
+6,78
40,60
SPC-21
582662,61
4796159,98
+6,72
15,00
SPC-22
582270,41
4796771,474
+1,72
35,30
SPC-23
582676,60
4796575,28
+6,74
45,40
SPC-24
582629,04
4796542,02
+7,08
45,20
SPC-25
582662,20
4796572,23
+6,61
45,20
SPC-26
582654,74
4796594,67
+6,73
44,00
TOTAL PERFORADO: 1041,5 m
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ESTACIONES GEOMECÁNICAS
ESTACIONES GEOMECÁNICAS (P.C. Lugaritz- La Concha 2012)
ESTACIÓN Nº
LOCALIZACIÓN
LITOLOGÍA
1
LUGARITZ
FLYSCH
AZIMUT DE
DISCONTINUIDADES
E=307/31
J1=093/73
J2=152/76
J3=210/68
2
GURTZE
FLYSCH
3
AVDA. ZARAUZ-1
FLYSCH
E=313/32
J1=094/72
J2=151/65
E=325/35
J1=188/81
J2=133/61
J3=089/73
E=276/23
4
AIZKORRI-1
MAASTDANIENSE
J1=359/82
J2=105/80
J3=065/77
E=201/51
5
AIZKORRI-2
MAASTDANIENSE
J1=006/41
J2=265/78
J3=238/72
6
AVDA. ZARAUZ-2
MAASTDANIENSE
7
PIO BAROJA
MAASTDANIENSE
8
PICO DEL LORO
E=286/37
J1=331/87
J2=074/82
E=271/33
J1=184/76
E=322/51
J1=155/38
J2=084/58
MAASTDANIENSE
J2=322/51
J3=038/57
E=324/34
9
MIRACONCHA
FLYSCH
J1=140/48
J2=079/63
J3=183/69
ESTACIONES GEOMECÁNICAS (P.C. La Concha - Morlans 2012)
ESTACIÓN Nº
LOCALIZACIÓN
LITOLOGÍA
0
PICO DEL LORO
MAASTDANIENSE
AZIMUT DE
DISCONTINUIDADES
E=321/50
J1=038/58
J2=155/38
J3=188/69
E=325/34
1,2,3
MIRACONCHA
FLYSCH
J1=081/64
J2=138/47
J3=184/69
E=325/34
4
SAN BARTOLOME
FLYSCH
J1=081/64
J2=138/47
J3=081/64
E=322/39
5,6,7
C/AUTONOMIA
FLYSCH
J1=066/77
J2=140/47
J3=066/77
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
GEOFISICA
PERFILES SÍSMICA PASIVA REALIZADOS (E. I. 2010: LUGARITZ-ANOETA)
PERFIL
ORIENTACION
Nº ESTACIONES MASW
Perfil 1
Perfil 2
NE-SW
12
SW-NE
8
Perfil 3
SE-NW
9
Perfil 4
NW-SE
12
Perfil 5
SW-NE
11
Perfil 6
N-S
11
Perfil 7
NW-SE
14
Perfil 8
NW-SE
10
Perfil 9
NE-SW
6
Perfil 10
S-N
8
Perfil 11
S-N
11
Perfil 12
S-N
9
Perfil 13
S-N
11
Perfil 14
SW-NE
10
Perfil A
Perfil B
NE-SW
7
SW-NE
11
Perfil C
NW-SE
6
PERFILES DE GEOFISICA REALIZADOS (P.C. 2012: LUGARITZ- LA CONCHA)
Número de
Reconocimiento
Metros lineales totales
investigaciones
Sísmica Pasiva
5 perfiles
975 ml
tomografía eléctrica
2 perfiles
460 ml
PERFILES DE GEOFISICA REALIZADOS (P.C. 2012: LA CONCHA - EASO)
Número de
Reconocimiento
Metros lineales totales
investigaciones
Sísmica Pasiva
15 perfiles
2428 ml
Sísmica de Refracción
1 perfil
69 ml
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
ENSAYOS PRESIOMETRICOS
ENSAYOS PRESIOMETRICOS
Sondeo
Prof. (m)
MSS-13
MSS-15
Litología
(E. I. 2010: LUGARITZ-ANOETA)
Coef.
Ep (kp/cm²)
P.L.
Poisson
Inicial
Ciclo
(kp/cm²)
19
Flysch
0,30
2527
7755
72,0
25
Flysch
0,30
20791
58734
197,0
32
Flysch
0,30
17907
82825
>160,0
38
Flysch
0,30
2473
4639
114,0
44
Flysch
0,30
17151
47284
>180,0
50
Flysch
0,30
19756
25239
128,0
55
Flysch
0,30
12496
26533
192,0
61
Flysch
0,30
16614
27562
>180,0
67
Flysch
0,30
25438
81491
>160,0
31
Maastdaniense
0,30
14113
45402
>160,0
38
Maastdaniense
0,30
26120
56377
>150,0
43
Flysch
0,30
4458
20230
>122,0
48
Maastdaniense
0,30
21325
70656
>170,0
52
Flysch
0,30
35293
127883
>170,0
Cuadro Nº 7.1: Resultados obtenidos por los ensayos presiométricos realizados
ENSAYOS PRESIOMETRICOS
Sondeo
(P.C. 2012: LUGARITZ- LA CONCHA)
Coef.
Prof.
(m)
Litología (RQD)
23
Ep (kp/cm²)
P.L.
Poisson
Inicial
Ciclo
(kp/cm²)
Maast. (100%)
0,30
29376
133458
>150,0
28
Maast. (100%)
0,30
22942
47905
>190,0
33
Maast. (100%)
0,30
20477
29772
>190,0
38
Maast. (90%)
0,30
27021
55922
>190,0
MLC-5
(1 Mpa = 10 kp/cm²)
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
ENSAYOS PRESIOMETRICOS (E.I. 2010 y P.C. 2012: LA CONCHA - MORLANS)
VALORES EN
CARGA
SONDEO
SPC-01
SPC-01
SPC-02
SPC-02
SPC-03
SPC-03
SPC-04
SPC-04
SPC-05
SPC-05
SPC-06
SPC-06
SPC-07
SPC-07
SPC-07
SPC-08
SPC-08
SPC-09
SPC-09
SPC-10
SPC-10
SPC-11
SPC-11
PROFUND.
(m)
26,9027,50
22,9023,50
24,4025,00
28,4029,00
22,4023,00
26,0026,60
24,4025,00
27,4028,00
25,4026,00
29,4030,00
31,4032,00
34,4035,00
27,4028,00
29,4030,00
33,4034,00
26,4027,00
31,4032,00
32,4033,00
38,4039,00
62,9063,50
66,9067,50
52,4053,00
56,4057,00
UNIDAD
VALORES EN RECARGA
Módulo
Módulo
de
Módulo de
de def.
corte
corte G
Ep
G
(Mpa)
(Mpa)
(Mpa)
Módulo de
def. Ep
(Mpa)
P Límite
(bar)
P
Fluencia
(bar)
MC
810,76 2026,9
960,31
2400,78
>99,2
99,20
MC
804,69 2011,7
1133,63
2834,06
>99,2
99,23
MC
780,16 1950,4
825,11
2062,76
>99,1
99,18
MC
801,41 2003,5
954,92
2387,29
>99,2
99,22
MC
752,37 1880,9
851,55
2128,87
>99,1
99,15
MC
507,76 1269,3
676,41
1691,03
>99,2
99,22
MC
705,94 1764,8
737,37
1843,43
>99,0
99,07
MC
654,40 1635,9
873,37
2183,43
>99,1
99,14
MC
724,15 1810,3
2309,09
5772,72
>109,22 109,23
MC
830,09 2075,2
1415,67
3539,17
>109,22 109,23
FDC
313,13 782,83
621,33
1553,34
>109,25 109,25
FDC
990,65 2476,6
1044,03
2610,07
>99,27
99,27
FDC
143,23 358,06
383,76
959,40
>99,18
99,19
FDC
828,06 2070,1
1001,62
2504,04
>109,24 109,24
FDC
485,28 1213,1
1057,18
2642,95
>109
109,24
FDC
785,19 1962,9
1522,50
3806,25
>99,0
89,02
FDC
99,69
242,22
282,03
705,08
>99,03
79,03
FDC
694,36 1735,9
798,18
1995,46
>99,0
99,02
FDC
741,22 1853,0
905,36
2263,40
>94,06
79,07
FDC
260,87 652,19
630,48
1576,20
>119,13 119,13
FDC
259,44 648,60
692,98
1732,45
>119,16 119,16
FDC
417,30 1043,2
772,67
1931,68
>109,26 109,26
FDC
340,22 850,55
1190,44
2976,10
>109,22 109,22
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
VALORES EN
CARGA
SONDEO
SPC-12
SPC-12
SPC-14
SPC-14
SPC-16
SPC-16
SPC-18
SPC-18
SPC-19
SPC-19
SPC-20
SPC-20
SPC-23
SPC-23
SPC-24
SPC-24
PROFUND.
(m)
28,4029,00
31,7032,30
32,4033,00
27,9028,50
36,4037,00
43,9044,50
20,9021,50
25,4026,00
25,4026,00
29,4030,00
33,4034,00
29,6030,20
40,2040,80
42,7043,30
36,0036,60
39,4040,00
UNIDAD
VALORES EN RECARGA
Módulo
Módulo
de
Módulo de
de def.
corte
corte G
Ep
G
(Mpa)
(Mpa)
(Mpa)
Módulo de
def. Ep
(Mpa)
P Límite
(bar)
P
Fluencia
(bar)
98,97
MC
622,24
1555,
823,34
2058,34
>98,97
MC
369,21 923,02
603,28
1508,19
>100,02 100,02
FDC
355,42 888,54
462,96
1157,39
>99,16
99,16
FDC
35,76
89,40
28,72
71,80
>42,83
30,60
FDC
123,33 308,33
129,72
324,29
>99,06
99,06
FDC
349,45 873,62
418,60
1046,50
>99,17
89,18
FDC
1056,84
2642,11
>99,24
99,24
FDC
842,96 2107,4
2218,6
887,45
4
1091,23
2728,08
>99,24
99,24
FDC
291,39 728,47
408,19
1020,47
>99,1
49,20
FDC
326,81 817,03
440,62
1101,55
>99,1
99,17
FDC
159,19 397,98
196,55
491,37
>98,97
98,97
FDC
534,45 1336,1
473,46
1183,66
>98,9
98,91
FDC
210,63 526,57
241,41
603,53
99,05
69,13
FDC
337,39 843,48
890,38
2225,96
>99,1
99,18
FDC
622,34 1555,8
706,14
1765,36
>99,2
99,20
FDC
604,78 1511,9
788,95
1972,37
>99,2
99,23
(1 Mpa = 10 kp/cm²)
PERMEABILIDAD
RESULTADOS ENSAYOS LUGEON EN ROCA
TRAMO
SONDEO ENSAYADO
(m)
(E.I. Lugaritz-Anoeta 2010)
P.MAXIMA
LITOLOGIA
(Kg/cm2)
U.L
K (cm/s)
MSS-2
15-18
Margocaliza roja
3,5
5,5
5,5E-05
MSS-3
12.9-15,9
Margocaliza roja
3
4
4E-05
VALORACION OBSERVACIONES
Muy baja
permeabilidad.
Muy baja
permeabilidad.
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
GMII.
FRACTURACION
BAJA (RQD: 80%)
GMII.
FRACTURACION
BAJA (RQD: 80%)
Página 13 de 83
520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
MSS-7
17,5-20,5
Caliza arcillosa
Caliza arenosa
4
6,8
6,8E-05
Muy baja
permeabilidad.
MSS-8
9,8-12,8
Caliza arcillosa
Caliza arenosa
2,5
19,7
1,9E-04
Muy baja
permeabilidad.
MSS-14
21,5-24,5
Caliza arcillosa
5
21,3
2,1E-04
Muy baja
permeabilidad.
MSS-16 16,0 - 19,4
Caliza arcillosa
Caliza arenosa
4,5
1,9
1,9E-05
Muy baja
permeabilidad.
28,5-31,5
Caliza arcillosa
6,5
2
2E-05
Muy baja
permeabilidad.
GMII.
FRACTURACION
BAJA (RQD: 80%)
GMII.
FRACTURACION
MEDIA-ALTA(RQD:
50%)
GMII.
FRACTURACION
MEDIA-ALTA (RQD:
50%)
GM
II.FRACTURACION
BAJA (RQD: 80- 90
%)
GMII.
FRACTURACION
BAJA(RQD: 6080%)
MSS-18
* Permeabilidad estimada según HOEK y Bray, 1977)
RESULTADOS ENSAYOS LUGEON EN ROCA (OTROS INFORMES)
SONDEO
TRAMO
ENSAYADO
(m)
LITOLOGIA
SSM-1
39,50-41,70
Arenisca
Marga
2,3
SSM-1
40,90-43,10
Arenisca
Marga
3
SSM-2
28,80-31,00
Calizas
arenosas
2
P.MAXIMA
(Kg/cm2)
SSM-2
31,00-34,00
Calizas
arenosas
2,5
SSM-3
22,70-24,90
Caliza
arenosa
5
U.L
K (cm/s)
VALORACION
OBSERVACIONES
Muy baja per- Arenisca.GM III.
Marga GM IV(RQD:
32,6 3,26E-04 meabilidad.
65-75%)
Mal drenaje
0,9
9E-06
Muy baja permeabilidad.
Mal drenaje
GM III (RQD: 55%).
Recuperación 41,742,0m: 60 %.RQD:
0%
Muy baja per- GM II. (RQD:
60%).De 28,5-30m
40,28 4,0E-04 meabilidad.
RQD:0%
Mal drenaje
Muy baja permeabilidad.
29,01 2,9E-04 Alta a 31,0
m.Drenaje
libre.
0,10
1E-06
GM II. (RQD:
73%).De 31,5-32 m
RQD=0%(Absorción
alta). A 31,0 m Pérdida agua 100%
Muy baja per- GMII. (RQD: 7085%) A 18,80 m
meabilidad.
Pérdida agua 100%
Mal drenaje
* Permeabilidad estimada según HOEK y Bray,
1977)
ENSAYOS LUGEON DE PERMEABILIDAD EN ROCA (P.C. Lugaritz-La Concha 2012)
SONDEO
PROF. TRAMO
ENSAYADO
LITOLOGIA
MLC-1
21.80-25.10
Flysch
MLC-2
MLC-3
MLC-4
MLC-4
MLC-6
25.00-30.00
30.00-35.00
22.60-27.60
32.00-37.00
28.00-33.00
Maastd.
Maastd.
Maastd.
Maastd.
Maastd.
P.MAXIMA
(Kg/cm2)
5
6
7
4
7.5
6.5
U.L
K
(cm/s)
2.8
2,8 x 10
-7
80%
6,8 x 10
-7
80%
1,0 x 10
-7
90-100%
5,0 x 10
-7
95%
7,0 x 10
-8
60-100%
3,5 x 10
-7
80-100%
6.8
1.0
5.0
0.7
3.5
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
FRACTURACIÓN
(RQD)
Página 14 de 83
520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
16.30-19.60
MLC-7
Maastd.
30.00-35.00
MLC-7
Maastd.
18.80-23.80
MLC-8
Flysch
39.20-44.20
MLC-10
Flysch
10.30-15.30
MLC-11
Maastd.
10.40-15.40
MLC-12
Flysch
16.20-21.20
MLC-13
Maastd.
21.35-26.35
MLC-14
Maastd.
10.65-13.95
MLC-16
Maastd.
18.75-23.75
MLC-17
Maastd.
33.80-38.80
MLC-18
Maastd.
48.20-53.20
MLC-19
Maastd.
15.00-20.00
MLC-20
Maastd.
30.00-35.00
MLC-21
Maastd.
10.00-15.00
MLC-22
Maastd.
4.5
7.0
4.5
9
2
2
4
5.5
3
5
8
10.5
3.5
8.0
2.5
1.6
1,6 x 10-7
1.3
1,3 x 10
-7
60-80%
2,0 x 10
-7
60%
5,0 x 10
-8
75-80%
4,6 x 10
-7
40-75%
2,9 x 10
-7
55-60%
9,0 x 10
-8
60-80%
3,0 x 10
-7
45-60%
4,0 x 10
-7
75-80%
7,0 x 10
-8
100%
1,7 x 10
-7
100%
1,5 x 10
-7
75-80%
5,7 x 10
-7
85-95%
1,5 x 10
-7
95%
3,0 x 10
-8
80-90%
2.0
0.5
4.6
2.9
0.9
3.0
4.0
0.7
1.7
1.5
5.7
1.5
0.3
80%
ENSAYOS LUGEON DE PERMEABILIDAD EN FLYSCH (P.C. La Concha-Morlans 2012)
SONDEO
LITOTIPO
PREDOMINIO
FACIE
PROF.
ENSAYO
VALOR
LUGEON
(Ud.
Lugeon)
CLASIFICACIÓN
SPC-05
FDC/M
C
CM
31,8
3,2
BAJA
SPC-06
FDC
CM
38,0
1,2
BAJA
SPC-07
FDC
CM
39,5
0,8
MUY BAJA
SPC-08
FDC
CM
34,0
2,7
BAJA
SPC-09
FDC
CM
39,0
3,4
BAJA
SPC-11
FDC
C
60,0
2,4
BAJA
SPC-14
FDC
C
35,6
7,7
MODERADA
SPC-16
FDC
CM
46,2
2,5
BAJA
SPC-18
FDC
C
31,0
0,8
MUY BAJA
SPC-19
FDC
C
35,4
2,6
BAJA
SPC-20
FDC
L
40,5
8,7
MODERADA
SPC-23
FDC
CM
45,4
6,5
MODERADA
SPC-24
FDC
CM
45,2
1,2
BAJA
CONDICIÓN DE
LAS
DISCONTINUIDADE
S DEL MACIZO
diaclasas cerradas
diaclasas cerradas
diaclasas muy
cerradas
diaclasas cerradas
diaclasas cerradas
diaclasas cerradas
diaclasas parcialmente abiert
diaclasas cerradas
diaclasas muy
cerradas
diaclasas cerradas
diaclasas parcialmente abiertas
diaclasas parcialmente abiertas
diaclasas cerradas
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
RANGO DE
CONDUCTIVIDAD
HIDRAÚLICA
(cm/s)
1E-05 - 6E-05
1E-05 - 6E-05
< 1E-05
1E-05 - 6E-05
1E-05 - 6E-05
1E-05 - 6E-05
6E-05 - 2E-04
1E-05 - 6E-05
< 1E-05
1E-05 - 6E-05
6E-05 - 2E-04
6E-05 - 2E-04
1E-05 - 6E-05
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
ENSAYOS LUGEON DE PERMEABILIDAD EN MAASTDANIE. (P.C. La Concha-Morlans)
PROF.
ENSAYO
VALOR
LUGEON
(Ud.
Lugeon)
CLASIFICACIÓN
MC
30,8
0,2
MUY BAJA
L
33,4
0,4
MUY BAJA
C
37,0
1,9
BAJA
MC
34,0
0,9
MUY BAJA
CM
31,8
3,2
BAJA
CM
34,7
2,8
BAJA
C
37,0
1,9
BAJA
C
31,0
8,1
MODERADA
SONDEO
LITOTIPO
PREDOMINIO
FACIE
SPC-01
MC
SPC-02
SPC-03
SPC-04
SPC-05
SPC-12
SPC-13
MC
MC
MC
FDC/M
C
MC
MC
MC
SPC-17
3.3.
CONDICIÓN DE
RANGO DE
LAS
CONDUCTIVIDAD
DISCONTINUIDADE
HIDRAÚLICA
S DEL MACIZO
(cm/s)
diaclasas muy
cerradas
diaclasas muy
cerradas
diaclasas cerradas
diaclasas muy
cerradas
diaclasas cerradas
diaclasas cerradas
diaclasas cerradas
diaclasas parcialmente abiertas
< 1E-05
< 1E-05
1E-05 - 6E-05
< 1E-05
1E-05 - 6E-05
1E-05 - 6E-05
1E-05 - 6E-05
6E-05 - 2E-04
Entorno geológico del túnel: litotipos
3.3.1. Marco geológico general
Partiendo de la información geológica descrita en el mapa geológico del
EVE a escala 1:25.000 (Hoja 64-II de San Sebastián), desde el punto de vista
de la geología regional, la zona se encuentra en la terminación occidental de los
Pirineos, dentro de la Cuenca Vasco-Cantábrica y, más concretamente, en la
zona denominada Arco-Vasco, incluyendo parte del macizo paleozoico de Cinco
Villas.
Los materiales que afloran en esta hoja están comprendidos
(si exceptuamos el Cuaternario) entre el Paleozoico y el Eoceno inferior,
afectados fundamentalmente por varias fases de plegamiento de edad terciaría
(post-Eoceno), es decir, por la Orogenia Alpina.
Estructuralmente la zona de estudio se sitúa en la denominada Unidad de
San Sebastián, que comprende materiales cuyas edades oscilan entre el
Triásico y el Eoceno.
En la zona de estudio los materiales que aparecen abarcan el intervalo
comprendido entre el Cretácico superior y el Terciario, constituyendo una serie
de unidades normalmente concordantes, cuyas características se detallan en el
siguiente apartado.
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
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Esta unidad se encuentra al norte e incluida en el denominado Arco
Vasco, una megaestructura muy compleja caracterizada por un cambio de
dirección estructural muy marcado, de NW-SE en Zumaia-Zarautz a NE-SW en
San Sebastián-Hondarribia.
Esta disposición estructural condiciona el trazado de una falla de zócalo
que sigue el cauce del río Urumea denominada Falla del Orio-Urumea, así como
la existencia de una serie de fallas de cizalla que han sido reconocidas en la
zona de estudio.
Morfológicamente el rasgo más Influyente en la zona de estudio es la
extensa plataforma aluvial dejada por el río Urumea, sobre la que se emplaza la
mayor parte del casco urbano de San Sebastián.
Se trata de depósitos fluviales y fluvio-mareales recientes, de edad
Cuaternaria, que constituyen zonas llanas y bordean los cerros rocosos elevados
hasta 100 metros sobre el aluvial desde el Antiguo (Lugaritz) hasta Amara
(Anoeta) separados por las playas de Ondarreta y de la Concha.
3.3.2. Litotipos
A lo largo del trazado, el túnel intercepta con dos formaciones geológicas
diferentes, es decir, por unidades geológicas que a nivel sedimentario y
cartográfico son fácilmente distinguibles.
Dentro de estas formaciones existen a pequeña escala diferentes
litologías, es decir, niveles de arenisca, margocaliza, o caliza arcillosa de orden
decimétrico-centimétrico, y por tanto no cartografiables ni distinguibles en la
escala que se desarrolla el estudio.
Los túneles son obras cuyas secciones tipo generalmente presentan
diámetros superiores a los 5 metros. En estas circunstancias, no es práctico
establecer litotipos que se presenten en capas o paquetes de tamaño inferior al
indicado, ya que sus propiedades sólo reflejarían el comportamiento geotécnico
de zonas muy localizadas o puntuales de la sección tipo de los mismos. Lo más
útil de cara a la caracterización geotécnica del túnel, y a los cálculos de
dimensionamiento de sostenimientos y revestimientos, es el de caracterizar a
paquetes de roca homogéneos a una escala de varias veces el diámetro del
túnel, esto es, varias decenas de metros.
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
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En este caso, denominamos litotipo a aquellas litologías (o grupos de
ellas) que pueden ser estudiadas conjuntamente para ser caracterizadas
geotécnicamente.
Tal como se ha descrito extensamente en el Anejo nº 7 de geología y
geotecnia, las dos formaciones litoestratigráficas o litotipos que cruza el túnel
son el flysch detrítico-calcáreo y el Maastdaniense.
Ambas formaciones tienen características diferentes, aunque el contacto
entre ellas es gradual y por tanto los límites no se distinguen con claridad.
En términos generales, el flysch detrítico calcáreo es más antiguo
(Cretácico superior) y está formado por una alternancia de calizas arenosas,
calizas arcillosas y areniscas de orden cm a dm.
El denominado Maastdaniense está formado por margo calizas grises o
rosadas, masivas o bien estratificadas en niveles decimétricos a métricos, y es
un término estratigráficamente más moderno, del tránsito entre el Cretácico y el
Terciario.
Como herramienta principal para definir e interpretar las características
geotécnicas del túnel se ha realizado un perfil longitudinal en el que se ha
interpretado (en base a la investigación e información de superficie disponible) la
estructura geológica
El perfil longitudinal presenta como figura 6.2 compartimentado en 5 DIN
A-3 al final de este Anejo.
Así pues, las litologías distinguidas en el túnel son las siguientes:

LITOTIPO-1. Flysch detrítico-calcáreo
Esta formación es cruzada por el túnel, según la interpretación del perfil
longitudinal, en 2.240 ml, es decir, en un 55% de la longitud total prevista.
Está presente en los primeros 700 metros y en los últimos 900 metros del
trazado, apareciendo también intercalado entre la otra formación en un tramo de
longitud similar situado entre el PK 1+820 y el PK 2+560 (ver perfil longitudinal).
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
Se trata de una alternancia de calizas arenosas, calizas arcillosas y
areniscas, estratificadas en bancos centimétricos a decimétricos, de color
alternante gris claro y gris oscuro en estado sano.
Las areniscas y calizas arenosas son, por lo general de grano fino a muy
fino.
La meteorización reconocida en este litotipo es puntualmente de más de
15 metros en afloramiento, pero en profundidad (a cota del túnel) aparecerá
sano, si bien es zonas de falla puede encontrarse meteorizado.
La tramificación según PKs (aproximados) en los que aparecerá este
litotipo es la siguiente
PKs
L(m)
0+000-0+670
670
1+820-2+560
740
3+210-4+040
830
TOTAL =

2.240 ml
LITOTIPO-2. Maastdaniense
Aparecerá previsiblemente en un 44% de la longitud total del túnel, es
decir, en unos 1.800 ml según el perfil longitudinal.
Será cruzado en el tramo central comprendido entre el PK 0+670 y el
PK 3+210, aunque con un tramo intercalado de flysch.
Se trata de una formación que agrupa un conjunto de niveles margosos
que se sitúan en contacto gradual con el flysch.
En concreto son margas y margo calizas gris oscuro y gris claro en
niveles alternantes en contacto con el flysch, que se hacen más masivas de
tonos rojizos y más carbonatadas hacia el techo.
La tramificación según PKs (aproximados) en la que aparecerá este
litotipo es la siguiente:
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
PKs
L(m)
0+670-1+820
1.150
2+560-3+210
650
TOTAL =
1.800 ml
A continuación se resumen las características principales de cada litotipo
y su extensión en el túnel previsto.
DENOMINACIÓN
DESCRIPCIÓN
L. TÚNEL
LITOTIPO-1
Flysch detrítico- Alternancia (cm-dm) de caliza arenosa, 2.240 ml
calcáreo
caliza arcillosa y areniscas (Cretácico Superior)
LITOTIPO-2
Maastdaniense
Margocalizas y calizas arcillosas masivas 1.800 ml
y/o estratificadas grises y/o rosadas (Cretácico Superior-Terciario)
L. TOTAL TÚNEL = 4.040 ml
3.4.
Unidades de Calidad Geomecáncia
Con el fin de realizar una caracterización geomecánica del túnel más
ajustada a la realidad, se han definido las Unidades de Calidad Geomecánica
(UCG) que se han basado en dos criterios:
-
litotipo
grado de complejidad estructural (pliegues, fallas)
Con estos dos criterios se han diferenciado tres Unidades de Calidad
Geomecánica.
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
UCG -1
Flysch: alternancia areniscas, calizas arenosas y calizas arcillosas poco replegadas y poco falladas
UCG - 2 Maastdaniense: Margocalizas poco replegadas y poco falladas.
UCG - 3 Flysch y/o Maastdaniense en un tramo muy fallado y replegado
A continuación se describen la tramificación y la información disponible
en cada UCG.
UNIDAD
CALIDAD GEOMECÁNICA
PK TÚNEL
(TRAMO UCG)
SONDEOS
ESTACIONES
GEOMECÁNICAS
0+000-0+660 (A)
1+860-2+560 (B)
3+210-4+040 (C)
MSS-7-8
MSS-11 a 13
MSS-18-19
MLC-1
MLC-8
MLC-11-12
SPC-5 a16
SPC-18 a 21
SPC-23 a 26
ELC-1 (Lugaritz))
ELC-2 (Gurutze)
ELC-3 (Avda.Zarauz-1)
ECM-1,2,3 (Miraconcha)
ECM-5,6,7 (Autonomía)
UCG-2
(Maastdaniense)
0+720-0+980 (A)
1+160-1+800 (B)
2+560-3+210 (C)
MSS-3 a 6
MSS-9-10
MSS-16 a 18
MLC-2 a 7
MLC-13 a 20
SPC-1 a 5
SPC-12-13
SPC-17-22
ELC-5 (Aizkorri-2))
ELC-7 (Pio Baroja)
ELC-8 (Pico del Loro)
ECM-0 (Pico del Loro)
UCG-3
(Flysch+ Maast. fallado
y/o replegado)
0+660-0+720 (A)
0+980-1+160 (B)
1+800-1+860 (C)
MSS-1 y 2
MSS-14 y 15
MLC-1 y 2
MLC-9 y10
MLC-14
SPC-14,16 y19
ELC-4 (Aizkorri-1)
ELC-6 (Avda.Zarauz-2)
ECM-4 (S.Bartolomé)
UCG-1
(Flysch)
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
LONGITUD UNIDADES DE CALIDAD GEOMECÁNICA (UCG) POR TRAMOS
UCG-1
UCG-2
UCG-3
(Flysch)
(Maastdaniense)
(Flysch+ Maast. fallado y/o
replegado)
UCG-1(A) = 660 ml
UCG-2(A) = 260ml
UCG-3(A) = 60 ml
UCG-1(B) = 700 ml
UCG-2(B) = 640 ml
UCG-3(B) = 180 ml
UCG-1(C) = 830 ml
UCG-2(C) = 650 ml
UCG-3(C) = 60 ml
TOTAL = 2.190 ml
TOTAL = 1.550 ml
TOTAL = 300 ml
Como se observa en las tablas adjuntas, la UCG-1 se distingue en tres
tramos (A,B y C) de flysch poco fallado y/o poco replegado y la UCG-2 se ha
distinguido también en tres tramos (A,B y C) de Maastdaniense poco fallado y/o
poco replegado.
La UCG-3 aparece en 3 tramos (A,B y C) relativamente cortos, pero que
según los datos disponibles y la interpretación realizada, concentrará un mayor
número de fallas y pliegues tanto en el flysch como en el Maastdaniense, por
tanto se le reconoce y presupone una calidad geomecánica menor, en cuanto al
estado de las discontinuidades y de la propia calidad de la matriz rocosa.
A continuación se resumen las características geotécnicas de cada
litotipo, obtenidas a partir de los ensayos de laboratorio realizados (valores
medios) que se presentan en el apartado 4 del Anejo nº 7, así como en listado,
en el apéndice 6 del mismo anejo.
Evidentemente, en la UCG-3 intervienen los dos litotipos y por tanto será
una media en cuanto a sus características (si se presuponen en roca sana).
Para realizar la caracterización de la matriz rocosa, se han realizado una
serie de ensayos de laboratorio, que han mostrado los siguientes valores medios
de sus parámetros geotécnicos (ver apartado 4, Anejo 7).
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
FLYSCH DETRÍTICO-CALCÁREO
PARÁMETRO
VALOR
PROCEDENCIA DATO
2,60 t/m3
Ensayos Laboratorio
Resistencia a compresión simple
37,40 Mpa
Ensayos Laboratorio
Resistencia a tracción
4,60 Mpa
Ensayos Laboratorio
Módulo de deformación
46.652 Mpa
Ensayos Laboratorio
Coeficiente de Poisson
=0,159
Ensayos Laboratorio
0,88
Ensayos Laboratorio
F=0,108 KN/m
Ensayos Laboratorio
Densidad aparente
Abrasividad Cerchar
Índice Schimazek
MAASTDANIENSE (margocalizas)
PARÁMETRO
VALOR
PROCEDENCIA DATO
2,55 t/m3
Ensayos Laboratorio
Resistencia a compresión simple
21,15 Mpa
Ensayos Laboratorio
Resistencia a tracción
3,37 Mpa
Ensayos Laboratorio
Módulo de deformación
22.109 Mpa
Ensayos Laboratorio
Coeficiente de Poisson
=0.368
Ensayos Laboratorio
0.65
Ensayos Laboratorio
F=0.042 KN/m
Ensayos Laboratorio
Densidad aparente
Abrasividad Cerchar
Índice Schimazek
3.5.
Caracterización de las discontinuidades
3.5.1. Introducción
Los terrenos rocosos presentan en la mayoría de las ocasiones, planos
de estratificación o fracturación. Generalmente, estas discontinuidades provocan
la aparición de inestabilidades, por lo que es necesario la determinación de las
características geométricas y resistentes de las principales familias de
discontinuidades.
De forma general, se distinguen dos tipos de juntas en los túneles de este
trazado:
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
-
Estratificación de origen sedimentario (E)
-
Diaclasas o juntas por procesos tectónicos (J)
El plano que presenta mayor relevancia en cuanto a persistencia y
continuidad es la estratificación.
Para realizar el estudio de la fracturación se ha partido de dos tipos de
datos:
-
Datos obtenidos a partir de las estaciones geomecánicas
elegidas.
Datos obtenidos a partir del registro de los sondeos.
En ambos casos han podido obtenerse un gran número de datos sobre
los siguientes parámetros:

Espaciado de las juntas

Condición de las juntas: (rugosidad, continuidad, abertura, relleno,
meteorización de bordes, etc...)

RQD (sólo en sondeos)

Flujo de agua (estimado a partir de datos de túneles en las
mismas rocas)

Resistencia a compresión simple (valor medio, ensayos de
laboratorio)
Los datos estructurales (E y J) se han representado en un diagrama de
proyección hemisférica y obtenido su polo medio en cada estación geomecánica
con el programa DIPS.
El siguiente paso ha sido realizar una serie de Dominios Estructurales en
el túnel considerados en este caso como tramos con una orientación y
buzamiento de la estratificación E, similar respecto a la orientación del túnel del
metro.
Y por último, se ha realizado un estudio estadístico de los datos
obtenidos sobre las discontinuidades y sobre el RQD, representando en
histogramas de frecuencia todos los parámetros geométricos de las familias de
discontinuidades, lo que ha permitido obtener una caracterización geomecánica
probabilística sobre el Índice de calidad RMR en cada Unidad de Calidad
Geomecánica.
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
3.5.2. Dominios estructurales
En este caso, la tramificación del túnel en función de la orientación y
buzamiento de la estratificación respecto a la orientación del propio túnel , ha
resultado dificultosa debido al carácter curvilíneo del trazado en casi todo su
recorrido.
En cualquier caso, los dominios estructurales que se han distinguido son
los siguientes:
DOMINIOS ESTRUCTURALES:
ORIENTACIÓN Y BUZAMIENTO E
INTERVALOS
PKs
RESPECTO A ORIENTACIÓN TÚNEL
0+00-0+100 Repliegues (20º-50º)
0+100-0+200 Subparalela (10º-25º)
0+200-0+690 Oblícua-transversales (20º-30º)
0+690-1+000 subparalela (20º-40º)( Repliegues)
1+000-1+200 Transversal (45º-8º0) repliegues
1+200-1+420
1+420-1+800
1+800-2+100
2+100-2+700
2+700-3+000
3+000-3+200
3+200-4+000
Subparalela-oblícua (30º-35º)
Transversal-Oblícua (30º-35º)
Subparalele-oblícua (45º-55º)
paralela (30º-35º)
Oblícua (35º-55º)
Subparalela y oblícua (35º-40º)
Transversal (35º-45º)
La ventaja de tramificar las características estructurales (dirección y
buzamiento de E) respecto a la orientación del túnel, es la obtención directa de
la valoración propuesta por Bieniawski para obtener el índice de calidad RMR
corregido.
3.5.3. Caracterización estadística-probabilística de las propiedades
geomecánicas del macizo rocoso
El estudio de los parámetros para la obtención final del RMR se ha
obtenido haciendo un análisis probabilístico y no determinístico de los datos
(método de Montecarlo), tal como se explica a continuación:
Para determinar la función de distribución del RMR en cada Unidad de
Calidad geomecáncia (UCG), los pasos que vamos a seguir son los siguientes:
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
A.
Se confeccionan los histogramas de los distintos
sumandos que forman parte del RMR a partir de los datos
obtenidos de
geomecánicas.
los
sondeos
y
de
las
estaciones
B.
Se obtienen las funciones de distribución de los distintos
sumandos que forman parte del RMR a partir de los
histogramas anteriores con la ayuda del programa EasyFit.
C.
Aplicación del Método de Montecarlo. Este consiste en
generar distintas iteraciones de generación de números
aleatorios en cada una de las funciones de distribución de
las variables independientes de RMR.

Para cada iteración de generación de números
aleatorios los pasos a seguir son:
-
Se asigna a cada parámetro (RCS, RQD,
separación entre juntas, condición de las juntas,
presencia de agua,) un valor correspondiente a la
Clasificación Geomecánica de Bieniaswski.
D.
-
Se suman estos 5 valores correspondientes
a los distintos parámetros (RCS, RQD…) básico,
se obtiene el valor del RMR básico para esta
primera iteración correspondiente a una unidad de
calidad geomecánica determinada.
-
Repetimos el proceso para un total de 5000
iteraciones para cada uno de las tres unidades de
calidad geomecánica, resultando tres funciones de
distribución de RMR.
Aplicación del Método Montecarlo en cada uno de los
tramos de características geotécnicas homogéneas
(a cada tramo se le asocia una de las tres funciones de
distribución del RMR).
A continuación se detallan cada uno de estos pasos seguidos.
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
A.
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ELABORACIÓN DE LOS HISTOGRAMAS DE LOS PARÁMETROS DEL RMR
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 1 (FLYSCH): HISTOGRAMAS
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 1- METRO SAN SEBASTIÁN ESPACIADO DE DISCONTINUIDADES
140
124,14
120
100
LO
NGI
TU
D
85,66
80
60
40
25
15
20
0
0
<0,06
0,06-0,2
15
124,14
Longitud
0,2-0,6
0,6-2
>2
85,66
25
0
ESPACIADO (m)
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 1-METRO SAN SEBASTIÁN - RQD
50
43,6
45
40
35
35,1
33,8
Longitud
30
25
19,7
20
15
9,6
10
5
0
Longitud
<25
25-50
50-75
75-90
90-100
33,8
43,6
19,7
35,1
9,6
RQD (%)
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 1-METRO SAN SEBASTIÁN-PRESENCIA DE
AGUA
60
50
50
40
%
30
30
20
20
10
0
0
0
Fluyendo
Goteando
Húmedo
Lig. Húmedo
Seco
0
20
30
0
50
%
PRESENCIA AGUA
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 1- METRO SAN SEBASTIÁN CONTINUIDAD DE DISCONTINUIDADES
25
21
20
Nº
DA
TO
S
15
18
15
10
5
0
Nº DATOS
<1
1-3
15
18
0
0
3-10
10-20
>20
21
0
0
CONTINUIDAD (mm)
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 1 (FLYSCH): HISTOGRAMAS
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 1- METRO SAN SEBASTIÁN - ABERTURA
160
146
140
Nº DATOS
120
100
80
57
60
55
40
25
20
0
Nº DATOS
0
0
<0,1
0,1-1
1-5
>5
146
0
57
55
25
ABERTURA (m m )
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 1- METRO SAN SEBASTIÁN RUGOSIDAD
250
203
Nº DATOS
200
150
100
50
0
Nº DATOS
26
20
0
2
Muy Rugosa
(16-20)
Rugosa (12-16)
Ligeramnte
Rugosa (8-12)
Lisa (2-8)
Pulida (0-2)
0
2
26
203
20
RUGOSIDAD (m m )
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 1- METRO SAN SEBASTIÁN - RELLENO
70
61
60
Nº DATOS
50
44
37
40
30
20
20
15
10
0
Nº DATOS
Nulo
Duro (<5mm)
Duro (>=5mm)
61
37
15
Blando (<5mm) Blando (>=5mm)
44
20
RELLENO (m m )
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 1- METRO SAN SEBASTIÁN ALTERACIÓN
300
262
Nº DATOS
250
200
150
100
33
50
50
21
2
0
Nº DATOS
Sin alteración
Ligera
262
33
Moderada
Alta
Descompuesta
21
50
2
ALTERACIÓN (m m )
NOTA: Se ha considerado que la RCS alcanza valores comprendidos entre 15-75 MPa
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 2 (MAASTDANIENSE): HISTOGRAMAS
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 2-METRO SAN SEBASTIÁN - ESPACIADO
120
96,4
100
LONGITUD
80
60
45,6
37
40
15
20
0
0
LONGITUD
<0,06
0,06-0,2
0,2-0,6
0,6-2
>2
0
45,6
96,4
37
15
ESPACIADO (m )
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 2-METRO SAN SEBASTIÁN - RQD
60
55,8
50
42,2
Longitud
40
30
20
11,9
11,8
7,9
10
0
Longitud
<25
25-50
50-75
75-90
90-100
11,9
11,8
7,9
55,8
42,2
RQD (%)
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 2-METRO SAN SEBASTIÁN-PRESENCIA DE
AGUA
90
80
80
70
%
60
50
40
30
20
10
10
0
0
Fluyendo
Goteando
Húmedo
Lig. Húmedo
Seco
10
10
0
0
80
10
0
%
PRESENCIA AGUA
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 2- METRO SAN SEBASTIÁN CONTINUIDAD
35
31
30
Nº DATOS
25
18
20
15
10
5
0
0
Nº DATOS
<1
1-3
0
18
0
0
3-10
10-20
>20
31
0
0
CONTINUIDAD (m )
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 2 (MAASTDANIENSE): HISTOGRAMAS
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 2- METRO SAN SEBASTIÁN - ABERTURA
100
91
90
80
Nº DATOS
70
60
48
50
40
25
30
20
10
0
Nº DATOS
0
0
<0,1
91
0
0
0,1-1
1-5
>5
48
25
0
ABERTURA (m m )
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 2- METRO SAN SEBASTIÁN RUGOSIDAD
120
100
Nº DATOS
100
80
60
42
40
25
12
20
0
0
Nº DATOS
Muy Rugosa
(16-20)
Rugosa (12-16)
Ligeramnte
Rugosa (8-12)
Lisa (2-8)
Pulida (0-2)
0
42
25
100
12
RUGOSIDAD (m m )
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 2- METRO SAN SEBASTIÁN - RELLENO
50
44
45
40
Nº DATOS
35
30
24
25
20
15
10
8
5
5
0
0
Nº DATOS
Nulo
Duro (<5mm)
Duro (>=5mm)
8
44
5
Blando (<5mm) Blando (>=5mm)
24
0
RELLENO (m m )
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 2- METRO SAN SEBASTIÁN ALTERACIÓN
180
160
157
Nº DATOS
140
120
100
80
60
34
40
0
Nº DATOS
30
14
20
2
Sin alteración
Ligera
157
34
Moderada
Alta
Descompuesta
14
30
2
ALTERACIÓN (m m )
NOTA: Se ha considerado que la RCS alcanza valores comprendidos entre 7-20 MPa
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 3 (FSCH Y MAASTDANIENSE
TECTONIZADOS): HISTOGRAMAS
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 3-METRO SAN SEBASTIÁN - ESPACIADO
74,6
80
70
LONGITUD
57
55
60
50
40
30
20
10
0
LONGITUD
<0,06
0,06-0,2
55
74,6
0
0
0,2-0,6
0,6-2
>2
57
0
0
ESPACIADO (m )
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 3-METRO SAN SEBASTIÁN - RQD
70
60
58,5
Longitud
50
41,2
40
28,1
30
20
7
10
0
Longitud
7,2
<25
25-50
50-75
75-90
90-100
58,5
41,2
7
28,1
7,2
RQD (%)
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 3-METRO SAN SEBASTIÁN-PRESENCIA DE
AGUA
35
30
30
30
25
20
20
%
20
15
10
5
0
0
Fluyendo
Goteando
Húmedo
Lig. Húmedo
Seco
20
30
30
0
20
%
PRESENCIA AGUA
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 3- METRO SAN SEBASTIÁN CONTINUIDAD
16
14
14
Nº DATOS
12
10
9
8
8
6
4
2
0
Nº DATOS
0
<1
1-3
9
8
1
3-10
10-20
>20
14
0
1
CONTINUIDAD (m )
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 3 (FSCH Y MAASTDANIENSE
TECTONIZADOS): HISTOGRAMAS
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 3- METRO SAN SEBASTIÁN - ABERTURA
100
92
90
80
Nº DATOS
70
60
50
40
27
30
24
20
8
10
0
Nº DATOS
0
0
<0,1
0,1-1
1-5
>5
92
0
27
24
8
ABERTURA (m m )
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 3 - METRO SAN SEBASTIÁN RUGOSIDAD
120
98
Nº DATOS
100
80
64
60
40
15
20
13
2
0
Nº DATOS
Muy Rugosa
(16-20)
Rugosa (12-16)
Ligeramnte
Rugosa (8-12)
Lisa (2-8)
Pulida (0-2)
2
64
15
98
13
RUGOSIDAD (m m )
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 3- METRO SAN SEBASTIÁN - RELLENO
35
32
30
Nº DATOS
25
20
15
15
10
6
5
5
0
0
Nº DATOS
Nulo
Duro (<5mm)
0
32
Duro (>=5mm)
Blando (<5mm) Blando (>=5mm)
6
15
5
RELLENO (m m )
UNIDAD CALIDAD GEOMECÁNICA 3- METRO SAN SEBASTIÁN ALTERACIÓN
160
144
140
Nº DATOS
120
100
80
61
60
40
14
20
0
Nº DATOS
Sin alteración
Ligera
144
14
9
4
Moderada
Alta
Descompuesta
9
61
4
ALTERACIÓN (m m )
NOTA: Se ha considerado que la RCS alcanza valores comprendidos entre 25-50 MPa
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
B.
OBTENCIÓN DE LAS FUNCIONES DE DISTRIBUCIÓN DE LOS
PARÁMETROS DEL RMR
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 1: ESPACIADO
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 1: RQD
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 1: PRESENCIA DE AGUA
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
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UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 1: CONTINUIDAD
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 1: ABERTURA
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 1: RUGOSIDAD
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 1: RELLENO
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 1: ALTERACIÓN
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
Página 37 de 83
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 2: ESPACIADO
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 2: RQD
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 2: PRESENCIA DE AGUA
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
Página 38 de 83
ANEJO Nº 8. TÚNELES
520019 -210102 -A8-00
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 2: CONTINUIDAD
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 2: ABERTURA
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 2: RUGOSIDAD
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 2: RELLENO
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 2: ALTERACIÓN
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 3: ESPACIADO
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 3: RQD
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 3: PRESENCIA DE AGUA
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
520019 -210102 -A8-00
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 3: CONTINUIDAD
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 3: ABERTURA
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 3: RUGOSIDAD
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 3: RELLENO
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 3: ALTERACIÓN
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
C.
520019 -210102 -A8-00
APLICACIÓN DEL MÉTODO DE MONTECARLO A CADA UNO DE
LOS PARÁMETROS DEL RMR
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
520019 -210102 -A8-00
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 1: GENERACIÓN DE NÚMEROS ALEATORIOS
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
520019 -210102 -A8-00
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 2: GENERACIÓN DE NÚMEROS ALEATORIOS
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
520019 -210102 -A8-00
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 3: GENERACIÓN DE NÚMEROS ALEATORIOS
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
D.
520019 -210102 -A8-00
APLICACIÓN DEL MÉTODO DE MONTECARLO EN CADA UNIDAD
DE CALIDAD GEOMECÁNICA
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
520019 -210102 -A8-00
En cada iteración de generación de números aleatorios los pasos a seguir
son:

Se asigna a cada parámetro (RCS, RQD, separación entre juntas,
presencia de agua…) un valor correspondiente a la Clasificación
Geomecánica de Bieniaswski tal y como muestra la tabla:

Se suman las valoraciones correspondientes a estos parámetros
mencionados obteniéndose el valor del RMR para esta primera
iteración correspondiente a una unidad de calidad geomecánica
determinada. Todo esto queda reflejado en el esquema que se
presenta a continuación.
A continuación se vuelve a realizar una simulación numérica mediante la
técnica de muestreo del Método de Montecarlo. Se generan números aleatorios
en cada una de las funciones de distribución del RMR:
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
ESPACIADO
RQD
ALTERACIÓN
CONTINUIDAD
RELLENO
RMR
RUGOSIDAD
ABERTURA
PRESENCIA
AGUA
RCS
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 1: RMR 1
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Página 51 de 83
520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 2: RMR 2
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
Página 52 de 83
520019 -210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
UNIDAD DE CALIDAD GEOMECÁNICA 3: RMR 3
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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520019-210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
GENERACIÓN DE NÚMEROS ALEATORIOS EN CADA FUNCIÓN DE
DISTRIBUCIÓN DE RMR:
UCG-1
RMR 1
Media
Error típico
Mediana
Moda
Desviación estándar
Varianza de la muestra
Curtosis
Coeficiente de asimetría
Rango
Mínimo
Máximo
Suma
Cuenta
Nivel de confianza(95,0%)
52,6846
0,108939791
53
52
7,703206522
59,33939072
-0,309205129
-0,067921035
50
25
75
263423
5000
0,213569771
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
UCG-2
RMR 2
Media
Error típico
Mediana
Moda
Desviación estándar
Varianza de la muestra
Curtosis
Coeficiente de asimetría
Rango
Mínimo
Máximo
Suma
Cuenta
Nivel de confianza(95,0%)
59,8652
0,09137459
60
60
6,461159205
41,74657828
0,035458245
-0,219196226
46
34
80
299326
5000
0,179134272
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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520019-210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
UCG-3
RMR 3
Media
Error típico
Mediana
Moda
Desviación estándar
Varianza de la muestra
Curtosis
Coeficiente de asimetría
Rango
Mínimo
Máximo
Suma
Cuenta
Nivel de confianza(95,0%)
44,4198
0,110131646
44
41
7,787483351
60,64489694
-0,149472248
0,235063935
55
21
76
222099
5000
0,215906329
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
3.6.
520019-210102 -A8-00
Parámetros geotécnicos del macizo rocoso
3.6.1. Macizos rocosos y efecto escala
Hasta ahora se han caracterizado por un lado los diferentes litotipos
interceptados, y por otro lado las discontinuidades presentes en el terreno. Sin
embargo, estas caracterizaciones no son en sí suficientes para determinar los
parámetros que gobiernan el comportamiento del terreno. En efecto, hay que
evaluar como se comporta conjuntamente el sistema discontinuidades + matriz
rocosa, al que normalmente se le denomina Macizo Rocoso.
Un macizo rocoso es un medio heterogéneo y discontinuo, cuyas
propiedades mecánicas y resistentes no pueden ser medidas en laboratorio, y
deben de obtenerse in situ. La diferencia entre los valores de laboratorio y los
medios in situ es muy apreciable, siendo estos últimos más pequeños que los de
laboratorio. A esta diferencia se le denomina como Efecto Escala.
La justificación de la existencia de este efecto es sencilla, y radica en la
escala a la que se investiga en laboratorio y a la que luego se proyectan las
obras de ingeniería subterránea. En laboratorio se estudian probetas que, por lo
general, tienen como máximo algunas decenas de centímetros de tamaño, y que
están generalmente exentas de discontinuidades y heterogeneidades. Sin
embargo, a escala de un túnel (varias decenas de metros) la presencia de
fracturas y zonas alteradas rebaja el valor de las propiedades del terreno.
Las propiedades del macizo rocoso que más sufren el efecto escala son
el Módulo de Deformación y la Resistencia a Compresión Simple. Para valorar
estos dos parámetros se han propuesto una serie de correlaciones empíricas
basadas en la utilización de las clasificaciones geomecánicas y de los valores de
estos parámetros obtenidos en laboratorio. Para el caso del módulo de
deformación, se han realizado mediciones in situ (en sondeo), mediante
presiodilatómetro.
A continuación se obtendrán los valores de las clasificaciones
geomecánicas para, posteriormente, aplicarlas a la obtención del módulo de
deformación y la resistencia a compresión del macizo. Posteriormente se
expondrán y comentarán los valores para el módulo de deformación obtenidos in
situ.
Finalmente, se definirán los tipos de macizos rocosos, en base a las
clasificaciones geomecánicas.
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
Página 57 de 83
ANEJO Nº 8. TÚNELES
520019-210102 -A8-00
3.6.2. Clasificaciones geomecánicas
Para la caracterización geotécnica de los túneles del metro de San
Sebastián, se han aplicado las Clasificaciones Geomecánicas utilizadas con
mayor frecuencia. Se trata de algoritmos aritméticos que permiten asignar a cada
tipo de terreno un número que expresa su calidad geotécnica.
La clasificación geomecánica de los distintos materiales que se localizan
a lo largo del trazado resultarán muy útiles en la fase de Proyecto y a lo largo de
la obra, fundamentalmente para valorar y seleccionar los sostenimientos más
adecuados.
Se ha seguido la clasificación geomecánica de Bieniawski (1979 y
1989), a partir de la cual se obtiene el índice RMR del macizo rocoso, que varía
entre 0 y 100. se estima para cada Unidad de calidad geotécnica (UCG) el valor
conocido como “básico”, es decir, sin aplicar la corrección por orientación de las
diaclasas, y el “corregido”, que tiene en cuenta este parámetro.
RMR (Bieniawski)
Este autor ha desarrollado un sistema de clasificación de terrenos, en
base a más de 300 casos reales de túneles y minas. Actualmente se emplea la
edición de 1989.
Para determinar el índice de Bieniawski (RMR), se hace uso de seis
parámetros de terreno:

Resistencia a compresión simple de la roca.

Índice de fracturación RQD.

Espaciamiento de las discontinuidades.

Estado de las discontinuidades.

Presencia de agua.

Orientación de las discontinuidades.
El RMR se obtiene como suma de una puntuaciones que corresponden a
cada uno de los seis parámetros enumerados.
El valor del RMR se ha obtenido a partir de datos sobre discontinuidades
de las estaciones geomecánicas y de los sondeos. Con estos datos se ha
realizado un proceso estadístico y probabilístico a partir del cual se han obtenido
los histogramas de frecuencia del RMR para cada uno de las Unidades de
Calidad geomecánica consideradas en este proyecto.
ESTUDIO INFORMATIVO DEL METRO DONOSTIALDEA. TRAMO: LUGARITZ-EASO
Página 58 de 83
520019-210102 -A8-00
ANEJO Nº 8. TÚNELES
También se ha obtenido el valor del índice GSI, que se deriva del RMR.
Este nuevo índice resulta de calcular el RMR de la manera convencional,
asignando al agua el valor numérico 10 y no incluyendo el valor de corrección
por orientación de las discontinuidades con respecto al túnel.
Valores obtenidos
Se han determinado los valores de las clasificaciones geomecánicas a
partir de los datos recogidos en las estaciones geomecánicas, sondeos y
ensayos de laboratorio. A continuación se incluyen sendas tablas en las que se
justifican los valores adoptados. Así mismo, se incluyen las distribuciones
estadísticas de dichos valores, obtenidas a partir de datos procedentes de
sondeos.
En la tabla siguiente se presentan los datos obtenidos para cada UCG,
tanto del RMR básico como del corregido. Asimismo se indica la longitud en la
que aparece cada una de estas Unidades de calidad geotécnica.
VALORES RMR BÁSICO EN CADA UCG: CLASES DE MACIZO ROCOSO
UNIDADES DE CALIDAD
GEOMECÁNICA
(TRAMOS)
RMR BÁSICO*
A
UCG-1 (A, B, C)
B
52
CLASE/DESCRIPCIÓN DEL
MACIZO ROCOSO
CLASE III
MEDIO
C
A
UCG-2 (A, B,C)
B
60
C
A
UCG-3 (A,B,C)
B
44
C
CLASE III-II
MEDIO-BUENO
CLASE III (IV)
MEDIO-MALO
* RMR BÁSICO: Sin considerar orientación/buzamiento estratificación respecto a orientación del
túnel
UCG-1: Flysch detrítico calcáreo (alternan. calizas arcillosas y areniscas) poco fallado o fracturado
UCG-2: Maastdaniense (margocalizas grises y rojizas) poco fallado o fracturado
UCG-3: Flysch y Maastdaniense muy fallados y replegadas
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ANEJO Nº 8. TÚNELES
VALORES RMR CORREGIDO EN CADA UCG: CLASES DE MACIZO
ROCOSO
RMR
UNIDADES DE CALIDAD
GEOMECÁNICA (TRAMOS) CORREGIDO (PONDERADO)**
UCG-1 (A, B, C)
46-50
(48)
UCG-2 (A, B,C)
51-55
(52)
UCG-3 (A,B,C)
37
(37)
CLASE/DESCRIPCIÓN
DEL MACIZO ROCOSO
CLASE III
MEDIO
CLASE III
MEDIO
CLASE IV
MALO
** RMR FINAL: Considerando orientación/buzamiento estratificación respecto a orientación del
túnel
UCG-1: Flysch detrítico calcáreo (alternancia calizas arcillosas, arenosas y areniscas)
UCG-2: Maastdaniense (margocalizas grises y rojizas)
UCG-3: Flysch y Maastdaniense muy fallados y replegadas
3.6.3. Parámetros deformacionales
Para cada UCG, el módulo de deformación se ha estimado según el
criterio de rotura de Hoek-Brown (Edición 2002), con la expresión siguiente:
 D   ci
E m  1  
x10 ( CGSI10 / 40 ) , donde:
2  100

ci = resistencia a la compresión simple de la roca sana
GSI = “Geological Strenght Index”, adimensional.
D = factor de alteración, admensional. Se estima
D = 0. No hay alteración del macizo debido al método de excavación
Los parámetros resistentes definen el criterio de rotura de la roca. En este
proyecto, se utiliza el Criterio de Rotura de Mohr-Coulomb, cuyos parámetros
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fundamentales son la cohesión, c’ y el ángulo de rozamiento interno, ’. Este
criterio responde a la siguiente expresión:
a = c’ + .tg’, siendo:
a = resistencia al esfuerzo cortante
 = tensión normal
En determinados macizos, sin embargo, resulta más adecuada la
aplicación del criterio de rotura de Hoek-Brown (2.002), cuyos parámetros
fundamentales son la resistencia a compresión simple de la roca intacta, ci y
tres parámetros empíricos denominados m, s y a, según la expresión siguiente:
(1)
 '

 i'   '3   ci  m 3  s 
 

ci


a
 i' y  '3 = tensiones efectivas principales mayor y menor respectivamente.
La constante m es el valor reducido de la constante del material intacto,
mi. La relación entre ambos valores es:
 GSI  100 
m  m i exp
 donde
 28  14D 
mi = constante del material intacto, adimensional
GSI = “Geological Strenght Index”, adimensional
D = Factor de alteración, adimensional
Los valores de GSI y D ya han sido definidos anteriormente.
El valor mi se ha obtenido mediante la aplicación informática RocLab de
la misma forma en que se obtiene la resistencia a compresión simple,
habiéndose definido también en el apartado anterior.
Los parámetros a y s según el criterio de Hoek-Brown (2002) se obtienen
según las siguientes expresiones:
 GSI  100 
s  exp

 9  3D 
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

1 1 GSI / 15
 e
 e 20 / 3 donde:
2 6
a
a y s = constantes del material, adimensionales
GSI = “Geological Strenght Index”, adimensional
D = factor de alteración, adimensional
Por último , como el criterio escogido para la realización del cálculo es del
de Mohr-Coulomb, es necesario determinar los valores de c’ y ’. Para ello, el
criterio de Hoek-Brown (2002), propone realizar un ajuste de una relación lineal
media a la curva generada al resolver la expresión (1), para un rango de la
tensión principal menor t < 3 <
 '3máx .
El proceso de ajuste implica el balance de las áreas situadas por encima
y por debajo de la curva de Mohr-Coulomb. Las expresiones resultantes para la
obtención de ’ y c’ son las siguientes:
' 
sen -1
a 1


6ams  m  '3n 


a 1
 21  a 2  a   6ams  m 3' n  
 ci 1  2a s  1  a m  '3n s  m  '3n 
a 1
c' 
1  a2  a

1  6ams  m '3n 
a 1
/1  a2  a
donde:
c’ = cohesión, expresado en megapascales
m, a y s = constantes del material, adimensionales
Los resultados obtenidos son los siguientes:
Módulo de deformación
C’ kg/mc2
’
32.000
3,63
56º
15(*)
39.000
2,77
50º
15(*)
6000
1,32
45º
TIPO DE MACIZO
GSI
RCS MPa
UCG 1
52
37
UCG 2
60
UCG 3
40
(Kp/cm²)
(*) Valor medio de 21, se toma 15 para el cálculo
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Para obtener el módulo de Young y el coeficiente de Poisson de la matriz
rocosa, sin tener en cuenta la fracturación del macizo, se han realizado ensayos
de compresión simple con bandas extensométricas, obteniéndose los siguientes
parámetros medios para las dos litologías:
ENSAYOS DE DEFORMABILIDAD (MAASTDANIENSE)
SEGÚN ENSAYOS DE
MIN.
MÁX.
MEDIA
Nº VALORES
Módulo de Young E (Mpa)
1.865
60.665
22.109
29
Coeficiente de poisson ()
0,07
0,49
0,368
29
LABORATORIO
ENSAYOS DE DEFORMABILIDAD (FLYSCH)
SEGÚN ENSAYOS DE
MIN.
MÁX.
MEDIA
Nº VALORES
Módulo de Young E (Mpa)
4.183
126.435
46652
16
Coeficiente de poisson ()
0,108
0,48
0,159
16
LABORATORIO
Finalmente, en los ensayos presiodilatométricos se han obtenido los
siguientes valores medios para cada litología.
ENSAYOS DE DEFORMABILIDAD (MAASTDANIENSE)
SEGÚN ENSAYOS PRESIOMÉTRICOS
MIN.
MÁX.
MEDIA
Módulo presiométrico (EP) (Kp/cm²)
9.000
26.120
19.000
Coeficiente de poisson estimado ()
0,30
0,30
0,30
Presión límite obtenida P.L. (Kp/cm²)
>150
>170
---
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ENSAYOS DE DEFORMABILIDAD (FLYSCH)
SEGÚN ENSAYOS PRESIOMÉTRICOS
MIN.
MÁX.
MEDIA
Módulo presiométrico (EP) (Kp/cm²)
2.473
35.293
17.000
Coeficiente de poisson estimado ()
0,30
0,30
0,30
Presión límite obtenida P.L. (Kp/cm²)
72
>180
---
Se observan que los valores del módulo presiométrico son inferiores a los
obtenidos mediante el GSI y el criterio de rotura de Hoeck y Brown:
17.000 kg/cm2 frente a 32.000 kg/cm2 en flysch
19.000 kg/cm2 frente a 39.000 kg/cm2 en Maastdaniense
Se opta por tomar los siguientes parámetros deformacionales:
Em (kg/cm2

C’ (kg/cm2)
’
UCG 1 (Flysch)
25.000
0,20
3,63
56º
UCG 2 (Maastdaniense)
35.000
0,20
2,77
50º
UCG 3 (Zonas replegadas y
fract.)
6.000
0,20
1,32
45º
UNIDAD
Puede observarse que el fysch presenta parámetros resistentes más
altos que el Maastdaniense. Sin embargo, debido a la mayor fracturación del
flysch, en el conjunto del macizo rocoso, tomando en cuenta las
discontinuidades, el módulo de deformación del flysch es inferior al del
Maastdaniense
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3.7.
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Estado tensional
3.7.1. Introducción
Las tensiones que aparecen en las excavaciones de los túneles son
función de las tensiones naturales (tensiones in situ) que existían al excavar el
hueco. Por ello es muy importante, para el diseño de sostenimientos, la
determinación del estado tensional previo a la excavación.
Puede estimarse, con suficiente aproximación que, en un punto de un
macizo rocoso, la tensión vertical viene dada por:
v = .z
donde:
 = peso específico de la roca suprayacente.
z= profundidad del punto de estudio.
La tensión horizontal es mucho más difícil de estimar. Normalmente la
relación existente en un punto entre la tensión horizontal y la vertical, recibe el
nombre de coeficiente de empuje en reposo K0:
k0 
σ
H
σv
De este modo, la tensión horizontal será:
H = K0. v = K0. .z
Para un punto dado de un macizo rocoso, la constante K0 define su
estado tensional natural.
En general, las tensiones horizontales se ven afectadas por los esfuerzos
tectónicos que ha sufrido y sufre actualmente la corteza terrestre, mientras que
las tensiones verticales se pueden ver afectadas por las tensiones tectónicas
horizontales y por las irregularidades topográficas.
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Para estudiar las tensiones naturales in situ, lo más adecuado es emplear
mediciones en sondeo, tales como la hidrofracturación (Sonda Hydrofrac). Sin
embargo, esta técnica presenta el inconveniente de su altísimo coste económico.
A esta dificultad, que se añade a la necesidad de tener un sondeo en buenas
condiciones de estabilidad, ya que la técnica de medición requiere que el sondeo
no esté entubado, con el consiguiente riesgo de que un mínimo desprendimiento
de piedras a lo largo de la columna del sondeo deje atrapado al equipo de
medición.
Por ello, en la mayoría de los casos, el estudio de las tensiones se
realiza aplicando criterios empíricos, que dan una orientación de la magnitud de
la K0. De este modo se han valorado en este estudio.
3.7.2. Correlaciones empíricas
3.7.2.1. Criterio de Terzaghi y Richart
Estos autores sugirieron en el año 1952 que en 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:
k0 

1 
donde  es el Coeficiente de Poisson del macizo rocoso. Esta expresión
ha venido empleándose desde hace muchos, pero la experiencia ha demostrado
que es inexacta, por lo que actualmente rara vez se emplea.
3.7.2.2. Criterios empíricos lineales
Diversos autores han propuesto relaciones lineales entre H (MPa) y la
profundidad z(m). Las más habituales son:
Hast (1973):
H =9.31+0.05z
Herget (1974):
H =8.3+0.0407z
Worotnicki (1976):
H =7.7+0.021z
Haimson (1976):
H =2+0.017z
Orr (1975):
H =6.5+0.015z
Van Heerden (1976):
H =6.7+0.012z
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Al tratarse de criterios lineales, puede realizarse una media aritmética con
ellos:
H =6.75+0.0259z
3.7.2.3. Criterios de Stacey y Page
Estos autores proponen una fórmula para la estimación aproximada del
coeficiente de empuje en reposo. Su expresión para profundidades inferiores a
1000 metros es:
k0  3 
z
500
Donde:
z = profundidad en metros.
3.7.2.4. Criterio de Sheorey
Este autor ha desarrollado un modelo elasto-estático-térmico de
esfuerzos en la Tierra. 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 y la profundidad:

k 0  0.25  7E h  0.001 

1

z
Donde:
Eh = Módulo de deformación medido en dirección horizontal, en GPa.
z = Profundidad, en metros.
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3.7.3. Conclusión
Los valores aportados por estas expresiones deben ser tenidos en
consideración a modo indicativo. Aplicando cada criterio se obtiene una
dispersión de datos considerable.
Según el criterio de Sheorey, que es el más actual se obtiene un valor,
para una profundidad media de 30 m, de 0,971, por lo que se considera
apropiado tomar K0=1.
3.8.
Predicción del comportamiento geotécnico de los túneles
Los túneles serán excavados en rocas estratificadas de resistencia
media. El primer factor geotécnico a tener en cuenta es la red de fracturación del
macizo rocoso.
Para las coberteras limitadas, inferiores a 100 m, es de prever que, en la
mayor parte de la longitud del túnel las tensiones provocadas en el macizo
rocoso no superen la resistencia a rotura de la roca matriz, por lo que el
comportamiento del material permanecerá en régimen elástico, produciéndose
las deformaciones de forma instantánea. En estos casos el efecto que se
produce es el de un macizo rocoso separado en bloques aislados por sus
discontinuidades mecánicas, de las cuales se cerrarán los planos comprimidos y
abrirán los traccionados, actuando sobre ellos su propio peso. En estos casos,
las secciones de sostenimiento se definen para las cargas obtenidas a partir de
los cálculos clásicos de pirámides, bloques y cuñas delimitados por
discontinuidades.
Por este motivo es fundamental conocer la estructura del macizo rocoso y
la orientación y densidad de la red de fracturación.
Únicamente en zonas de falla, pueden producirse deformaciones
plásticas en el macizo. Se descartan, no obstante, grandes deformaciones por
fluencia (squeezing). De acuerdo al criterio de GOEL (1994), para que se
produzca este fenómeno es necesario, en el caso de coberteras máximas de 100
m, valores de calidad del macizo rocoso muy bajos, RMR<22 (squeezing ligero)
y RMR<12 8squeezing medio).
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Se descartan también que se produzcan fenómenos de estadillo de roca
(ROCKBURST), que requieren una acumulación de exceso de energía
deformacional elástica. El hecho de que los túneles se excaven en rocas
estratificadas hace que la fracturación disipe las tensiones, reduciéndose la
acumulación de energía.
Finalmente, otros comportamientos, como hinchamiento (swelling) o flujo
(floring) se descartan a priori, ya que el primero se asocia a deformaciones
volumétricas por absorción de agua, y el segundo a zonas de fallas cargadas de
agua o zonas kársticas con relleno blando.
Este último aspecto deberá ser comprobado con detalle en el Proyecto de
Construcción.
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4. PROCESO CONSTRUCTIVO
4.1.
Excavabilidad
4.1.1. Generalidades
La tecnología actual permite excavar los túneles de acuerdo a dos
sistemas básicos:

Excavación mediante voladuras.

Excavación mediante medios mecánicos, en especial tuneladoras (TBM) y
rozadoras.
Para la excavación de túneles en roca, el sistema más versátil es el de
voladuras. Sin embargo, este sistema no es el más rápido, ni el más eficiente en
terrenos de baja calidad geotécnica y muy problemático en zonas urbanas. En
efecto, con las tuneladoras pueden alcanzarse rendimientos hasta 5 veces
superiores que con la voladura, y mediante rozadoras pueden conseguirse
mejores efectividades en terrenos de bajo RMR, y menores afecciones en zonas
urbanas.
En el presente capítulo se va a desarrollar un estudio que permita
formular conclusiones preliminares sobre la aplicabilidad de las máquinas de
excavación mecánica a los túneles, asumiendo que la voladura no será
aconsejable para la ejecución de los túneles del metro.
Las propiedades de las rocas y macizos rocosos que más información
suministran sobre la elección del método más adecuado para excavar el terreno
son, su excavabilidad, las resistencias mecánicas y la abrasividad.
4.2.
Parámetros geomecánicos que influyen en la excavabildiad
4.2.1. Resistencias mecánicas
Las resistencias mecánicas han sido tradicionalmente muy empleadas
para valorar la excavabilidad de las rocas. De ellas, las que más influyen a la
hora de excavar un macizo rocoso son las resistencias a compresión y a
tracción.
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El valor de la resistencia a compresión constituye, en sí mismo, un criterio
de valoración de la facilidad de excavación de la roca. Para ello, la ISRM
(Asociación Internacional de Mecánica de Rocas) recomienda emplear la
siguiente clasificación, basada en la valoración de la resistencia a compresión:
Clase resistente
Resistencia c(MPa)
Muy débil
<1,25
Débil
1,25-5
Moderadamente débil
5-12,5
Moderadamente resistente
12,5-50
Resistente
50-100
Muy resistente
100-200
Extremadamente resistente
>200
Los túneles del metro se excavarán en terrenos moderadamente
resistentes.
Tanto la resistencia a compresión, como la resistencia a tracción, son
necesarios para aplicar y obtener otros índices y parámetros que estimen la
excavabilidad.
4.2.2. Abrasividad
Índice Schimazek
Este coeficiente viene siendo aplicado frecuentemente para estudiar la
excavabilidad de los materiales rocosos, desde que fuese definido por
Schimacek y Knatz en 1976. Según estos autores, la rozabilidad de las rocas
puede estimarse de acuerdo al Índice F, también conocido como Índice
Schimazek.
Fschim 
Q.d 50 .σ t
100
donde:
Fschim = Índice Schimazek (N/mm)
Q = Contenido en cuarzo equivalente en minerales abrasivos (%)
d50 = Diámetro medio del grano de cuarzo (mm)
t = Resistencia a tracción de la roca (N/mm2=MPa)
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Este índice se determina en laboratorio, a partir de un estudio
petrográfico, que proporcionará Q y d50, y ensayos brasileños de resistencia a
tracción, que proporcionará el valor de t.
Conviene señalar que Schimacek y Knatz calculan el diámetro medio del
grano de cuarzo, d50, por medio del método de intersección de líneas de Rosiwal,
donde se cuenta el número de intersecciones de las fronteras de los granos a
través de líneas paralelas de media observadas a través de microscopio. La
longitud de intersección media debe multiplicarse por un factor de 1,4 para
estimar el tamaño de grano medio. Esta corrección se hace con objeto de
contabilizar el grano de cuarzo de tamaño no visible a través del microscopio y
los laboratorios de ensayos nunca la aplican, resultando siempre unos valores de
Índice Schimazek muy bajos. Por lo tanto, debe multiplicarse el resultado de los
ensayos por un factor 1,4.
Una vez obtenido el valor de Fschim podrá evaluarse la abrasividad de la
roca, de acuerdo a la tabla que se incluye a continuación (Verhoef, 1997):
Índice Schimazek FSCHIM (N/mm)
<0,05
0,05-0,1
0,1-0,5
>0,5
Abrasividad
Roca de Baja Abrasividad
Roca de Media Abrasividad
Roca de Alta Abrasividad
Roca de Extrema Abrasividad
Abrasividad Cerchar
La Abrasividad Cerchar se mide directamente en laboratorio. Para ello se
hace recorrer lentamente sobre 10 mm de roca, una aguja de acero de forma
cónica, sometida a la acción de un peso de 7 kg. El Índice de Abrasividad
Cerchar CAI, es el diámetro de la superficie circular generada en la aguja de
acero, en múltiplos de 10-4.
En la tabla que se incluye a continuación, se valora la abrasividad de la
roca, en función del valor de CAI:
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Abrasividad Cerchar
(CAI)
Abrasividad
>4,5
Extremadamente Abrasividad
4,5-4,25
Altamente Abrasividad
4,25-4
Abrasiva
4-3,5
Moderadamente Abrasiva
3,5-2,5
Abrasividad Media
2,5-1,2
Poco Abrasiva
<1,2
Muy Poco abrasiva
El CAI es actualmente muy empleado para estudiar la excavabilidad
mecánica de túneles, ya que se ha comprobado que muestra un alto grado de
correlación con el consumo de útiles de corte en tuneladoras y rozadoras. Este
índice es empleado por Gehring (1997) en su conocido criterio de excavabilidad
en túneles.
4.2.3. Fracturación de la roca
Como es sabido, los macizos rocosos se encuentran generalmente
fracturados (diaclasas, estratificaciones, etc…). Estas fracturas (o juntas) afectan
de manera decisiva a los rendimientos que pueden conseguirse con la
maquinaria de excavación mecánica.
Para cada tipo de máquina, la influencia del tipo de junta será distinta.
Así, a las rozadoras le afectan más las microfisuras que las grandes
discontinuidades, sucediendo lo contrario para otras máquinas como las
retroexcavadoras.
Orientación, espaciado y Tamaño de bloque
Los parámetros relativos a la fracturación que más interesan de cara a la
excavación con equipos mecánicos son:

La orientación de las fracturas respecto del eje de excavación del túnel.

El espaciado de estas fracturas.

Las dimensiones de los bloques conformados por estas fracturas.
El espaciado de las discontinuidades se ha representado como
porcentaje de testigos de sondeo que superan los 10 cm, es decir, como RQD. A
partir de este valor puede obtenerse el Índice Volumétrico de Juntas Jv de
acuerdo a la expresión:
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Jv 
115  RQD
3.3
El valor de Jv permite estimar el tamaño de bloque que pueden presentar
cada uno de los litotipos presentes, de acuerdo a la siguiente tabulación:
Tamaño de bloque
3
Descripción
Volúmen (M )
Jv (Juntas/M3)
Bloques muy grandes o masivos
>20
Jv < 1
Bloques grandes
1-20
Jv = 1-3
Bloques medios
1-0.02
Jv = 3-10
0.02-0.001
Jv = 10-30
<0.001
Jv > 30
Bloques pequeños
Bloques muy pequeños
Espaciamiento entre juntas
Otro factor de fracturación que puede influir en la rozabilidad de una roca,
es la separación entre planos de fracturación, definido por el número de juntas
por metro lineal (). Éste parámetro se puede deducir a partir del RQD, por
medio de la ecuación de Priest y Hudson:
RQD=100(0,1+1)e-0,1
4.3.
Previsión de la excavabilidad de los túneles
A continuación se presentan los valores obtenidos en los ensayos de
abrasividad realizados en las dos formaciones geológicas atravesadas por los
túneles:
ENSAYOS DE ABRASIVIDAD (MAASTDANIENSE)
ENSAYOS DE ABRASIVIDAD
Abrasividad cerchar Índice AIN (0.1
mm)
Índice Schimacek F (KN/m)
MIN.
MÁX.
MEDIA
Nº
VALORES
0,01
2,0
0,65
13
0,0073
0,13
0,042
14
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ENSAYOS DE ABRASIVIDAD (FLYSCH)
ENSAYOS DE ABRASIVIDAD
MIN.
MÁX.
MEDIA
Nº
VALORES
Abrasividad cercar Índice AIN (0.1 mm)
0,02
2,0
0,88
9
0,0046
0,65
0,108
10
Índice Schimacek F (KN/m)
Como puede observarse, el Maastdaniense presenta una abrasividad
baja-media según Schimacek y se clasifica como muy poco abrasiva por la
abrasividad Cerchar. No obstante, se trata de rocas tenaces.
En el flysch se observan índices Schimacek de abrasividad muy
variables, desde abrasividad baja hasta alta-muy alta. La abrasividad Cerchar
indica que la roca es muy poco a poco abrasiva. La experiencia es que
localmente pueden aparecer estratos de arenisca (de grano fino-medio), con
abrasividad media-alta, entre paquetes de abrasividad baja.. Cuando la
estructura es paralela al túnel, se prevé que sea necesaria una rozadora mediapesada y se produzca un desgaste de picas medio, con el fin de excavar estos
estratos de abrasividad media.
En cuanto a la previsión de la excavación de los túneles del metro se
puede concluir lo siguiente:
-
Si el túnel se divide en tramos para su ejecución, se descarta la
excavación mediante tuneladora (TBM).
-
No parece aconsejable la excavación mediante voladuras sistemáticas en
zona urbana.
-
La excavación mediante rozadora parece la más aconsejable. Las
abrasividades son en general bajas, aunque existen dos factores que hace
que deba preverse, en esta fase de estudio, la utilización de una rozadora
media-pesada y con un desgaste de picas medio-alto:
o
La alta tenacidad del Maastdaniense.
o
La existencia de estratos de arenisca en el flysch que, en
ocasiones, se disponen paralelos al túnel.
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4.4.
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Previsión del sostenimiento
4.4.1. Introducción
En este apartado, teniendo en cuenta las conclusiones expuestas en los
apartados anteriores, se realiza una previsión del sostenimiento para el túnel y
las estaciones.
En principio el método de sostenimiento que se considera más apropiado
es el denominado Nuevo Método Austriaco NATM, a base de hormigón
proyectado, mallazo, bulones y cerchas. Además el sostenimiento se suplementa
con un revestimiento que asegura un mejor comportamiento del túnel a lo largo
del tiempo.
Los sostenimientos están concebidos para soportar y estabilizar por si
solos los empujes del terreno. Sin embargo, la durabilidad del sostenimiento no
supera generalmente el medio plazo, ya que tras su colocación sufren de
inmediato el efecto de la acción de las aguas subterráneas y de las
deformaciones del terreno. Por ello, para resistir adecuadamente a largo plazo,
al sostenimiento se le agrega un revestimiento definitivo de hormigón en masa
encofrado, HM-30.
Los sostenimientos empleados se basan en la aplicación de los
siguientes elementos:

HORMIGÓN PROYECTADO: se emplearán hormigones de alta
resistencia característica (H-30). Se aplicarán al sostenimiento en
bóveda y hastiales.

BULONES: Se pueden emplear bulones Swellex Mn-24 o bulones
de acero.

CERCHAS: Se emplearán las cerchas tipo TH y HEB. Para
terrenos de calidad muy mala (Clase V de Bieniawski, suelos,
terrenos descomprimidos, zonas de falla, etc...) se requieren
sostenimientos más rígidos. En estos casos se recurre a la
aplicación de cerchas no deformables, para lo cual se aplican
uniones mediante chapas atornilladas. Se considera que serán
necesarios perfiles TH-21 y, en terrenos de muy mala calidad o de
sección importante (cavernas de estación), cerchas TH-29 y
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perfiles HEB-180, estos últimos presentan inercias mucho
mayores que el perfil TH-21.

MALLAZO Y FIBRA: se añadirán para armar al hormigón, y de este modo proporcionarle más capacidad resistente. Se aplicarán
sistemáticamente en el sostenimiento.

MICROPILOTES: se aplican para ejecutar “paraguas” de protección y enfilajes, bajo los cuales se excavarán zonas de fuerte inestabilidad (fallas, etc...).
4.4.2. Cálculo de sostenimiento a partir del RMR
Se ha realizado una previsión del sostenimiento medio para los valores
medios de RMR de las tres UCG descritas en apartados anteriores. Teniendo en
cuenta que los valores medios de RMR, en las tres UCG varían entre 44 y 60
(RMR básico) y 37 y 52 (RMR corregido), se ha realizado el dimensionamiento
para RMR de 35, 45 y 55.
En el cuadro siguiente se indica para cada RMR el sostenimiento
recomendado por Bieniawski.
INDICE RMR
SOSTENIMIENTO CÁLCULO
H.P.
55
6,3 cm
45
10,5 cm
35
14,7 cm
BULONES
L=3 m
2,5 x 2,5 m
L=3 m
2,2 x 2,2 m
L=3 m
1,4 x 1,4 m
CERCHAS
----ocasionales
Para el caso de las estaciones se ha considerado una excavación de
16,5 m de anchura. Para un RMR medio de 45 el sostenimiento recomendado,
calculado con ayuda del programa GEOROCK 98 de la ETS Ingenieros de Minas
de Madrid, consta de los siguientes elementos.
INDICE RMR
45
SOSTENIMIENTO CÁLCULO
H.P.
17,4 cm
BULONES
L=5 m
1,6 x 1,6m
CERCHAS
Ocasionales
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Finalmente se han tenido en cuenta las recomendaciones de
sostenimiento aplicadas por ETS a la ampliación del Metro de Bilbao. Las
secciones de sostenimiento que se presentan a continuación tienen en cuenta
ambos criterios. En las figuras 6.4 de este anejo se incluyen gráficamente dichas
secciones de sostenimiento, a continuación se describen aquellas que se
consideran de mayor aplicación en el túnel de línea:
SECCIÓN TIPO II (70>RMR>55)
o
10 cm de hormigón proyectado con fibra metálica.
o
Bulones Swellex Mn-16 de 3 m de longitud en red 2 x 2 m.
o
Compatible con avances máximos de 4,5 m
SECCIÓN TIPO III (55>RMR>45)
o
15 cm de hormigón proyectado con un mallazo electrosoldado
150x150–6 mm.
o
Bulones Swellex Mn-16 de 3 m de longitud en red 1,5 x 1,5 m.
o
Avances máximos de 3 m
SECCIÓN TIPO IV (45>RMR>30)
o
20 cm de hormigón proyectado con un mallazo electrosoldado
150x150-6 mm.
o
Bulones Swellex Mn-16 de 3 m de longitud en red 1,0 x 1,5 m.
o
Cerchas TH-21 cada 1,5 ml de túnel.
o
Avances máximos de 2 m
Además, en planos y en las figuras de este anejo, se ha presentado una
sección tipo V, para las zonas de peor calidad a las detectadas en la
investigación realizada, que consta de los elementos siguientes:
o
20 cm de hormigón proyectado con doble mallazo 150x150-6mm.
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o
Bulones Swellex Mn-16 de 4 m de longitud en red 1,0 x 1,0 m.
o
Cerchas TH-29, cada ml de túnel.
Por último, se incluye la sección tipo I para el caso de que durante la ejecución
del túnel aparezcan tramos con RMR más favorable que los considerados.
4.4.3. Otros aspectos constructivos
En el caso de los túneles se prevé la excavación y sostenimiento en al
menos dos fases: avance y destroza. En cuanto al avance, en principio se deben
considerar longitudes máximas de entre 1 y 5 m, dependiendo de la calidad del
material, debiéndose proceder a la colocación del sostenimiento para la
ejecución del avance siguiente.
Se recomienda instalar una lámina de impermeabilización que recoja las
aguas de infiltración del terreno. Esta lámina se colocará entre el sostenimiento y
el revestimiento y conducirá el agua del terreno al drenaje longitudinal. La
impermeabilización tiene además la función de mantener la integridad del
revestimiento. Se prevé una lámina de PVC con geotextil.
Se ha considerado la ejecución de un revestimiento de hormigón
encofrado. Este revestimiento no asume cargas estructurales, ya que esta misión
la cumple el sostenimiento. El anillo de hormigón presenta un espesor mínimo de
35 cm en clave y hastiales y de 30 cm en contrabóveda.
4.5.
Tratamientos especiales e instrumentación
En el capítulo anterior se ha indicado el sostenimiento del túnel para las
condiciones de terreno que se prevé a partir de la investigación geológica y
geotécnica realizada. No obstante, cabe la posibilidad de que se intercepten
zonas en las que la calidad geotécnica de los materiales sea tan mala, que
puede no ser suficiente con los sostenimientos anteriormente definidos, y sea
necesario recurrir a tratamientos de refuerzo complementarios, conocidos con el
nombre genérico de tratamientos especiales.
A continuación se describen brevemente los tratamientos especiales
inicialmente previstos y que deberán detallarse en el proyecto de construcción:
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
Machón central: consiste en no excavar el frente en su totalidad,
dejando en el centro del mismo un contrafuerte o machón que resista
los posibles empujes del terreno del frente.

Sellado del frente: cuando el machón central sea insuficiente para
asegurar la estabilidad del frente, se procederá a proyectar una capa
de 3-5 cm de hormigón proyectado con fibra sobre el frente.

Enfilaje: se empleará para evitar sobreexcavaciones en clave.
Consiste en la colocación de elementos lineales paralelos al túnel en
toda la bóveda de este. Se pueden emplear para ello bulones de
acero o bulones autoperforantes. Cuando la zona a atravesar es muy
amplia, se colocan paraguas sucesivos, con un solape mínimo entre
uno y otro de 2 metros.

Inyecciones localizadas: se efectúan inyecciones de lechada de
cemento o de mortero, que rellenan los huecos, fracturas y porosidad
del terreno, mejorando así sus propiedades. Aunque la roca presenta
una permeabilidad en general baja, existen tramo en los que el
recubrimiento de roca es reducido y se sitúan bajo suelos saturados.

Sondeos de reconocimiento hidrogeológico: se realizan una serie de
sondeos de forma paralela a la traza del túnel con el fin de drenar
parte del macizo en caso que se aprecie una humedad excesiva o
presencia de agua.
Con el sostenimiento que se ha diseñado, junto con los tratamientos
especiales, es de esperar que puedan atravesarse las zonas de baja calidad
geotécnica sin problemas.
En la fase de ejecución del túnel se deberá llevar a cabo una
instrumentación para el control sistemático de deformaciones y tensiones en el
túnel. El control normal deberá llevarse a cabo mediante medidas de
convergencias.
En el Proyecto de Construcción se deberá proponer una instrumentación
más específica, mediante extensómetros y células de carga, en las zonas más
problemáticas o donde pueden existir afecciones e infraestructuras o edificios.
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Al discurrir el túnel por zonas urbanas, podrá realizarse asimismo un
control mediante inclinómetros y extensómetros instalados desde superficie, que
permiten medir deformaciones y cambios tensionales en todo el proceso de
ejecución.
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5. CONDICIONES GEOTECNICAS DE CAÑONES Y RAMPAS DE ACCESO
Se contemplan en este Estudio Informativo tres rampas de acceso: calle
Zarautz, calle Pío Baroja y rampa de Morlans. En todos los casos se ejecutarán
en su totalidad en el macizo rocoso.
Los cañones de acceso a las estaciones se ejecutan al abrigo de
pantallas en su parte inicial, hasta emboquillar en el macizo rocoso. En general
se ha considerado un recubrimiento mínimo sobre la clave de 4 m en roca para
el emboquille, aunque se han tenido en cuenta otros condicionantes como la
afección a edificios o tráfico. Los cañones considerados son los siguientes:
-
Cañón c/ Xalbador y cañón Plaza Bentaberri, en la estación de
Bentaberri.
-
Cañones Plaza Xabier Zubiri, c/ Loiola y San Bartolomé, en la estación de
Centro-La Concha.
-
Cañón c/Autonomía y cañón c/Azpeitia para le estación de Easo.
En todos los casos se prevé un frente de emboquille con paraguas de
micropilotes para la protección de la excavación en los metros iniciales.
Los sostenimientos que se pueden prever para estas unidades de obra
pueden observarse en el apartado 6 Figuras.
Se presenta en las figuras 6.3 los perfiles geotécnicos interpretados de
todos los cañones y rampas de acceso.
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FIGURAS
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