INTRODUCCCION

CRITERIOS DE DISEO DE SHOTCRETE

1. INTRODUCCCION

Su nacimiento se remonta al ao 1910, cuando el norteamericano Carl E. Akeley, obtuvo la patente de una maquina que permita proyectar sobre una superficie morteros de cemento - arena, a travs de dos cmaras presurizadas alternativamente.

Prontamente la compaa Cement Gunco de Allentown Pensilvania, inicia su comercializacin con el nombre de Gunita, posteriormente, otros fabricantes ofrecen equipos modificados que permitan trabajar una composicin que contena ridos, adems de la arena cemento.

Esta mezcla con composicin semejante a la del concreto, recibe el nombre de SHOTCRETE.

Actualmente, estos materiales son reconocidos como elementos de caractersticas estructurales, y su amplia utilizacin exige que en muchos pases se realicen trabajos de investigacin, para adecuar a su realidad especificaciones relacionadas con su composicin, mtodos de aplicacin y calidad.

El objetivo del presente estudio es presentar y realizar las explicaciones tcnicas del rendimiento real del concreto proyectado por proceso seco y hmedo en las labores mineras y diferentes tneles en todo el litoral peruano como en el extranjero.

La reglamentacin actual demanda especialmente unos conocimientos tecnolgicos acerca del concreto proyectado o lanzado en aquellos que se ocupan en este trabajo, los requisitos actuales han dado lugar a una mejor preparacin del personal y mejorar los mtodos del lanzamiento.

En el capitulo I, presentamos la ubicacin y la accesibilidad de las diferentes minas que explotan los diferentes metales existentes en el litoral peruano.

En el capitulo II, exponemos los fundamentos relativos a la evaluacin geolgica; geotcnica de un tnel (tanto en la sierra como en la costa); caracterstica del macizo rocoso, caracterstica de la roca intacta, clasificacin Geomecnica de los macizos, zonificacin geomecnica y fenmenos de estallido de rocas y lajeos.

En el capitulo III, hablamos acerca de su terminologa, diseo de sostenimiento del SHOTCRETE, calculo del espesor del SHOTCRETE y rendimiento por proceso seco y hmedo. En este punto tratamos la constatacin del rendimiento ptimo del concreto lanzado valido para el proceso seco en las labores de minas y tneles (carreteras, canales), etc.En el capitulo IV, presentamos las leyes bsicas del sostenimiento, datos tcnicos, presin de aire y agua, fallas y correcciones, dosificacin de mezcla, tcnica del lanzado, la seguridad, control de calidad, y la hoja de competencia tcnica. Con esto se logr una mejora de calidad del trabajo.

En el capitulo V, presenta el modo de montar la mquina, poner el servicio, desconexin, mantenimiento, almacenamiento, hoja de seguridad de grasa para disco, hoja de pre-uso de operacin y un examen. Se ve el mantenimiento preventivo dela mquina.

Con este trabajo invito a los profesionales a continuar investigando sobre el concreto lanzado, ya que estas investigaciones son recogidas del fruto de la experiencia y de las recopilaciones indirectas de trabajos realizados en diferentes unidades de operacin ya que cada mina es un caso particular e independiente.

S.E.L.B.

INDICETITULO DEDICATORIA INTRODUCCIONCAPITULO I

GENERALIDADES

1. UBICACIN DE LAS MINAS

1.1 Accesibilidad

1.2 Clima

CAPITULO II

EVALUACION GEOLOGICA-GEOTECNICA DE UN TUNEL

1. CARACTERISTICAS DEL MACIZO ROCOSO

1.1 Mapeo geotcnico subterrneo

1.1.1 Mapeos geolgicos geotcnicos

1.1.2 Registro lineales

1.1.3 Descripcin del macizo

2. CARACTERISTICAS DE LA ROCA INTACTA

2.1 Ensayo In-situ2.2 Ensayo de laboratorio 2.2.1 Estudio petrogrfico

2.2.2 Propiedades fsicas

2.2.3 Propiedades mecnicas

2.3 Evaluacin de resultados

3. CLASIFICACION GEOMECANICA DE LOS MACIZOS3.1 Clasificacin de Barton ndice Q

3.2 Clasificacin de Bieniawski ndice RMR

4. ZONIFICACION GEOTECNICA

5. FENOMENO DE ESTALLIDO DE ROCA Y LAJEOS

5.1 Generalidades

5.2 Anlisis de los estallidos

5.3 Resultado de los anlisisCAPITULO III

TERMINOLOGIA

DISEO DE SOSTENIMIENTO CON SHOTCRETE

RENDIMIENTO POR VIA SECA

RENDIMIENTO POR VIA HUMEDA

1. TERMINOLOGIA

2. DISEO DE SOSTENIMIENTO

2.1. Mtodo basado en la clasificacin geomecnica

2.2. Mtodo basado en resultado de instrumentacin

2.2.1. Nuevo mtodo austriaco de tneles (N.A.T.M.)

2.2.2. Mtodo de convergencia de confinamiento

2.3. Mtodo analtico

3. SOSTENIMIENTO CON SHOTCRETE

3.1. Definicin

3.2. Diseo de capacidad de carga

3.2.1. Calculo del espesor del SHOTCRETE

3.2.2. Capacidad de cargas

3.3. Tablas

4. RENDIMIENTO POR VIA SECA

4.1. Definicin

4.2. Desarrollo del rendimiento del concreto lanzado

4.2.1. Principios bsicos

4.2.2. Principios tericos

4.2.3. Laboratorio

5. RENDIMIENTO POR VIA HUMEDA

5.1. Definicin

5.2. Desarrollo del rendimiento del concreto lanzado

5.2.1. Principios bsicos

5.2.2. Principios tericos

5.2.3. Laboratorio

CAPITULO IV

TECNICA DE OPERACIN DEL CONCRETO LANZADO VIA SECA

1. Ley bsica del sostenimiento D.S. 046-2001-E.M.

2. Datos tcnicos

3. Presin de aire y agua

4. Fallas causas correccin

5. Dosificacin de mezcla

5.1. Caracterstica del agregado fino

5.2. Hoja de seguridad del cemento

5.3. Hoja de seguridad de la fibra

5.4. Hoja de seguridad del aditivo Sigunit L 22

6. Tcnica de operacin del lanzado

7. Seguridad(antes, durante y despus), uso de EPP

7.1. PETS (Procedimiento escrito de trabajo seguro)

8. Control de calidad del concreto lanzado

9. Hoja de evaluacin de campo de competencia tcnica

CAPITULO V

USO DE LA MAQUINA DE SHOTCRETE VIA SECA

1. Modo de montar la maquina

2. Poner en servicio la maquina

3. Desconexin de la maquina

4. Mantenimiento de la maquina

5. Almacenamiento fuera de servicio

6. Hoja de seguridad de grasa para chaqueta de disco

7. Hoja de pre-uso de operacin de la maquina shotcretera

8. Examen del operador

CAPITULO VI

CONCRETO LANZADO SHOTCRATE MEZCLA HMEDA

1. Descripcin

2. Hsos

3. Caracterstica

4. Especificaciones.

5. Ventajas.

6. Manejo y aplicacin

7. Precauciones.

8. proyeccin por va hmeda

Hoja de

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. Conclusiones

2. Recomendaciones

BIBLIOGRAFIA

CAPITULO I

GENERALIDADES

1. UBICACIN DE LAS MINAS

Las mineras mayormente se encuentran ubicadas en las zonas altas de nuestro pas (sierra), las alturas son variadas, oscilan de -10 C a 30 C en algunas zonas en tiempo de verano.

1.1. Accesibilidad

Desde la costa se puede llegar a los diferentes centros mineros por va terrestre y area. En algunos casos la ms recomendable es por va area, ya que por va terrestre los viajes son muy pesados y agotadores.

En los casos de no contar con aerdromos, la va a usarse es automticamente la terrestre.

1.2. Clima

Los climas son variados

En temporadas de verano (abril a octubre) la temperatura oscila de 10 C a 30 C, el clima es seco con presencia de algunas lluvias espordicas.

En temporadas de invierno (noviembre a marzo) la temperatura oscila entre los -10 C a 10 C con fuertes precipitaciones de lluvia, granizadas y nevadas, en algunos casos casi diario.

CAPITULO IIEVALUACION GEOLGICA GEOTECNICA DE UN TUNEL

Las investigaciones en la fase definitiva tienen sus limitaciones, debido al poco acceso que se tiene la informacin concerniente al macizo rocoso en razn a la profundidad de excavacin. En tal sentido, la mejor y ms confiable manera de obtener informacin del macizo es en la fase constructiva, pues en los datos provienen de la misma fuente de excavacin.

El programa de investigacin para la evaluacin geolgica geotcnico durante la fase constructiva comprende tres actividades fundamentales que son: Mapeo geotcnico.

Ensayos in-situ y de laboratorio.

Instrumentacin.

El mapeo geolgico geotcnico es la actividad primaria que permite la evaluacin del tnel, dividiendo el macizo en tramos con caractersticas litolgicas y estructuras homogneas.

Para efecto de la caracterstica de la roca intacta, se hacen ensayos in-situ y de laboratorio para determinar sus propiedades fsicas y mecnicas.

La evaluacin y clasificacin del macizo rocoso se basa en el detalle de mapeos mapeo geolgicos geotcnicos y los resultados de los ensayos de mecnica de rocas; utilizando los mtodos de clasificacin geomecnica propuesta por Barton y Bieniawski.

Con toda esta informacin se determinan y delimitan las zonas o dominios litolgicos estructurales, para luego dar las recomendaciones de sostenimiento para cada uno en particular.

Se considera adems tener en cuenta a las discontinuidades como elemento desestabilizante, y al tipo de relleno con que estn estas. (criterios expuestos en tabla N 4).

1. CARACTERISTICAS DEL MACIZO ROCOSO.1.1. Mapeo geotcnico Subterrneo.

Con la finalidad de efectuar buen seguimiento de las condiciones mapeo geolgica geotcnicas de la excavacin se deben de efectuar mapeos para caracterizar al macizo rocoso y recomendar medidas de sostenimiento, los mapeos deben de considerar los siguientes aspectos:

1.2.3. Mapeo Geolgico Geotcnico.

Esta actividad consiste en cartografiar las estructuras principales tales como: Contactos, fallas, discontinuidades mayores, diques, etc.

As como identificar el tipo de roca, grado de alteracin, filtraciones de agua, etc.

Las caractersticas de las discontinuidades se pueden realizar con profusin debido a que la estabilidad del tnel depende en gran medida del patrn estructural, la cual se debe realizar en los estallidos de roca, donde el factor desestabilizante principal es el estado de redistribucin tensional del macizo. El mapeo geolgico geotcnico permite la zonificacin del macizo cuya caracterstica litolgicas, estructurales y otras particularidades geotcnicas sean homogneas. Cada una de las zonas resultantes se constituye una unidad fundamental a ser evaluados en su condicin de estabilidad.

1.2.3. Registros lineales.

El registro lineal es un muestreo del Dominio Estructural entendindose por dominio estructural a un tramo del tnel que posee la misma litologa y que adems tienen caractersticas estructurales homogneas o similares.

En los registros lineales se anotan una serie de caractersticas de las discontinuidades que intervienen en la evaluacin de la estabilidad de los bloques y para el anlisis estadstico del fracturamiento a ser aplicado a las clasificaciones geomtricas. As tenemos que: la abertura, tipo de relleno, grado de rugosidad de superficie de la discontinuidad y espaciamiento, son factores que intervienen la estabilidad del tnel.

Una abertura muy angosta (1mm.), limpia, rugosa, determinara una buena resistencia inter bloques, mientras que si la abertura aumenta significativamente (> 2.5mm.) y el tipo de relleno es blando, con la rugosidad de la discontinuidad plana, favorecer el desplazamiento, de bloques.

La orientacin de las discontinuidades tambin tiene importancia sobre todo al relacionar los sistemas dominantes con la orientacin y sentido de la excavacin. Los datos que se obtengan en los registros lineales sern tratados estadsticamente; determinndose los sistemas estructurales principales y las caractersticas predominantes de cada uno de ellos.

1.2.3. Descripcin del macizo.Esta labor se realiza paralelamente al mapeo geolgico geotcnico y a la elaboracin de los registros lineales, en el se anotan las caractersticas litolgico estructurales del macizo rocoso. Con el propsito de que la informacin consignada sea la ms objetiva posible.

El procesamiento e interpretacin de la informacin obtenidas de las caractersticas litolgicas estructurales del macizo rocoso, debe complementarse con el resultado de los ensayos in-situ, y de laboratorio y la informacin de los controles de instrumentacin, para el diseo del sostenimiento definitivo del tnel.2. CARACTERISTICAS DE LA ROCA INTACTA.

Los macizos rocosos son cuerpos esencialmente anisotrpicos, ya que estn compuestos habitualmente por diversas especies de minerales que han sufrido procesos tectnicos creando superficies de discontinuidad; sin embargo para poderlo caracterizar mecnicamente; generalmente se recurre a ensayar muestras normalmente sin discontinuidad.

Estas pruebas tienen la finalidad de determinar las propiedades fsicas y mecnicas de la roca intacta, es decir sin que la roca se encuentre afectada por elementos geoestructurales (fallas, fracturas) o factores geolgicos que alteren sus propiedades; por tanto sus valores son mayores que la del macizo rocoso.

2.1 Ensayos In-situ.

Estos ensayos se realizan al interior del tnel y consiste en:

ndice de resistencia manual (IRM): es una prueba de campo que se efecta con la ayuda de una picota de gelogo y un cuchillo de bolsillo.

Con estos implementos se pueden determinar el rango aproximado de la resistencia a la comprensin uni axial (C) de la roca la identificacin de campo, descripcin, as como el grado de resistencia estn consignados en (tabla N 5).

Pruebas Escleromtrica: Para las pruebas de campo debe de utilizarse un esclermetro o martillo tipo N con energa de impacto de 0.225 kg. Mediante la siguiente ecuacin; se consigue la correspondencia del rebote (R) obtenida con el martillo L para el cual se debe utilizar el baco de la fig. N 1. Conocido RN

Conocido RL

2.2 Ensayo de Laboratorio.

El programa de medicina, de rocas, consiste en determinar las propiedades fsicas y mecnicas de la roca intacta, as como el estudio petrogrfica de la roca, para poder evaluar y calificar su condiciones geomecnicas.

2.2.1 Estudio petrogrficas.Estas se realizan en laboratorios especializados (INGEMMET) para encontrar caractersticas macroscpicas y microscpicas.

2.2.2 Propiedades fsicas.

Su determinacin se basa en el establecimiento del peso seco, peso saturado y el volumen de las probetas rocosas cilndricas. Las propiedades que as se determinan son:

A. Peso especfico (): Es el peso de una unidad de volumen de roca, expresado en gr. /cm3; Kg. /m3; etc. Y se determina por las siguiente frmula:

B. Porosidad (n): Es la relacin entre el volumen de vaci (poros) y el volumen total de la muestra y se calcula mediante la siguiente relacin en trmino porcentuales.

C. Absorcin (w): Es el agua que llena a los poros de una muestra de roca sumergida en agua, y es la relacin porcentual del peso del agua absorbida, respecto al peso de la muestra seca.

Ejemplo: En el siguiente cuadro se muestra un ejemplo del resultado de las propiedades fsicas obtenidas de una muestra representativa:

2.2.3 Propiedades Mecnicas.

2.2.3. Propiedades mecnicasLas pruebas para determinar las caractersticas mecnicas de la roca, nos ayudan a comprender el comportamiento de estas, al medir y evaluar los efectos que se originan a ser sometidas al esfuerzo provocado.

A Continuacin detallamos los ensayos y pruebas que deben utilizarse.

A. ndice de resistencia a la carga puntual (Is): Este ensayo se ejecuta mediante de la modalidad de carga diametral o ensayo de compresin de Franklin este ndice es una indicacin razonable de la resistencia a la comprensin (C) y se calcula mediante las siguientes relaciones:

Donde:

Is = ndice de carga de punto.

P = Carga necesaria para romper el espcimen.

D = Dimetro del ncleo (mm).

Luego la resistencia a la comprensin un axial se calcula por:

La carga que se requiere para romper un ncleo de roca con este mtodo, es aproximadamente la muestra sometida al esfuerzo de compresin un axial.

B. Ensayo de comprensin simple o un axial (C).Se define como: la fuerza por unidad de rea requerida para romper una muestra que esta sometida a esfuerzo un axiales (no confinado) y viene expresado en unidades de fuerza sobre el rea.

El ensayo se realiza con probetas cilndricas, sometidas las mismas a cargas comprensivas axiales cada ve mayor hasta producir la rotura. Las velocidades de carga aplicada deben de estar dentro del rango recomendable de 5 a 10Kg. /cm2/seg. Para este caso debe usarse la relacin longitud/dimetro de probeta (L / D) de aproximadamente 2.

La resistencia a la comprensin se determina mediante la siguiente expresin:

Donde:

C = Resistencia a la comprensin.

P = Carga ltima de ruptura (Kg.).

D = Dimetro de la probeta (cm.)Para la determinacin de la resistencia se toma como referencia la clasificacin hecha por Deere y Miler que se muestra a continuacin:Descripcin

CalificacinResistencia a la

comprensinEjemplo de roca

Caractersticas

Kg./cm2MPa.

Muy Baja10-250

1 25Yeso, sal de roca

Baja250-50025 50

Carbn, limonita, esquisto

Media 500- 1,0050 100Arenisca, pizarra, lutita

Alta 1.000-2.000

100-200Mrmol, granito, gneiss

Muy Alta> 2,000

> 200Cuarcita, gabro.

Ejemplo: Resultados de dos pruebas de comprensin un axial.

ProgresivaCondicin EnsayoProbetasCarga Rotura

Kg.C

cm.L cm.Kg./cm2MPa

0+512Saturado4.109.5525,1201,848.20181.20

0+512Seco4.169.5527,0001,986.50194.70

De aqu se puede determinar el coeficiente de (Ka), en esta propiedad la roca tiende a disminuir su capacidad de resistencia al saturarse con agua. Se calcula por la siguiente expresin:

= 181.20= 0.93

94.70

Si Ka > 0.9, ablandamiento dbil.

C.

Ensayo e traccin (t): Es definida como la fuerza por unidad de rea requerida para romper una muestra sometida a esfuerzos tensinales.

Se debe utilizar el mtodo de traccin indirecta o mtodo Brasilero. Este ensayo consiste en someter a una probeta cilndrica (disco de roca) a una carga lineal comprensiva actuando a lo largo de su dimetro.

El resultado de este esfuerzo comprensivo, es una tencin horizontal y un esfuerzo comprensivo vertical variable. Las muestras suelen romperse en dos mitades segn el eje de carga diametral.

Para este caso se debe de utilizar la relacin longitud/dimetro (L/D) = 0.5.

La resistencia a la traccin (t) obtenida por este mtodo esta dada por la relacin:

Donde:

P = Carga de rotura.

D = dimetro de la probeta.

L = Longitud de la probeta. Ejemplo: El siguiente cuadro muestra el resultado de una probeta.

ProgresivaProbetaCarga de rotura kg. t

cm.L cm.Kg./cm2MPa

0+51252.41,62 1.1086.008.43

D.

Ensayo de comprensin traxial: este ensayo se debe de efectuar con testigos cilndricos de perforacin diamantina de 2.4 cm. De dimetro y 5cm. De longitud.

Mediante este ensayo se determina los ndices volumtricos de resistencia como son: la cohesin (C) que expresa la tensin tangencial mxima cuando la tensin normal es igual a cero, y el ngulo de friccin (), que relaciona el incremento de las tenciones normales y tangenciales por la superficie de desplazamiento de la discontinuidad que obtenga la roca (fig. N 2). En el siguiente cuadro se muestra un ejemplo:

Progresiva Presin de confinamiento Kg./cm.2Resistencia Kg./cm.2

()C

Kg./cm.2

0+5121002,655.3047300

E.Ensayos de constantes elsticas (E, ): Se debe adems efectuar ensayos para conocer las propiedades elsticas a fin de determinar el modulo de elasticidad (E) y la relacin de poisson ( ) que son las caractersticas fundamentales de formacin en los lmites de su estabilidad elstica.

El ensayo debe de realizarse en una probeta cilndrica, sometida a una carga comprensiva axial cada vez mayor hasta producir su rotura, durante la aplicacin de la citada carga, se debe de hacer medicines de la deformacin longitudinal (EL) y deformacin diamental (ED) (ver figura N 3).

La velocidad de la carga aplicada debe de estar en el rango recomendable de 5-10kg./cm.2/seg.,utilizando relacin longitud/dimetro (L/D) de probeta = 2.

Mdulos de elasticidad (E): Es la relacin entre la posicin un axial (l) y la relacin de la deformacin longitudinal de la muestra (EL).

= 75.294 MPa

EL = AL decremento longitudinal

L Longitud Relacin de posicin (): Es el conciente de la relacin de las deformaciones diametral ( ED ) y longitudinal ( EL ), bajo una carga un axial (l)

= 0.15Las frmulas presentadas son para cuerpos Elsticos Ideales que nos son precisamente las rocas, por consiguiente, se debe utilizar el Modulo Tangencial al 50% de la carga de rotura, siguiendo de esta manera los criterios de Deere, para poder normalizar la eleccin de los mdulos de deformacin (figura N 4).

Segn este concepto el autor da a conocer la clasificacin de acuerdo al modulo relativo, como se muestra a continuacin:ESFUERZOS PRINCIPALES EN EL DEVILITAMIENTO

TENSAYOS DE CONSTANTES ELSTICAS

A L

A DClaseDescripcinModulo relativo

H

M

LModulo Relativo Elevado

Modulo Relativo

Medio Modulo Relativo>500

200 500

> 200

Donde:

E = Modulo de Elasticidad = 75.294 MPa.

C a 50 % = Resistencia a la comprensin Simple al 50% = 90.6 MPa.

Segn este criterio se tiene que:

= 75.294 = 831 MPa

Farmer clasifica los mdulos de deformacin de acuerdo al mdulo Tangencial Inicial (Ei), el que se calcula por la expresin siguiente y cuyos valores estn consignados a continuacin:

Luego

Ei = 350 x 1848.20 = 646,870Kg. /cm2= 6.47 x 105 Kg. /cm2Clase

QESE

NEDescripcin Ei ( Kg. /cm2)

Quasi Elstica 6-11x105Semi Elstica 4- 6 x 105

No Elstica 60.4 - 60.001 0.4

Sistema RMR>6041 6000 - 40

4. ZONIFICACION GEOTECNICA

Una vez efectuada la caracterizacin del macizo rocoso, se procede a la zonificacion geotcnica.

Se describe los perfiles y orientaciones transversales, laderas y pendientes.

Se describe el macizo rocoso comprometido con la obra subterrnea (texturas, resistencia, etc.), iscintinuidades, fracturas, fallas locales, (rumbos, buzamiento) superficie ondulada rugosa, rellenos, y zonas de cizallas.

La estabilidad de la excavacin subterrnea esta gobernada por los esfuerzos residuales altos y anisotropicos; que dan origen al estallido violento y lameos de roca. Es importante detectar a lo largo de la excavacin arcillas expansivas o sales solubles que pueden afectar el sostenimiento y revestimiento de concreto del tnel.

De acuerdo con el ejemplo propuesto, la evaluacin y segn los parmetros geomecnicos obtenidos, se ha establecido la siguiente zonificacion:

Zonas estables: corresponde a la clasificacin tipo I con valore geomecnicos Q mayores de 6.

Zonas medianamente estables: corresponde a la clasificacin tipo II con valores geomecnicos Q comprendidos entre 0.4 6, estn caracterizados por intenso fracturamiento de macizo con sistemas estructurales desfavorables y alteracin en los planos de fracturas afectando la estabilidad del tnel; originando desprendimientos en forma de bloques, cuas y lajas. Estas condiciones determina la aplicacin de pernos puntuales y sistemticos, instalacin de malla y aplicacin de shotcrete en seccin parcial y/o completa, como complemento estructural para la estabilidad de la excavacin.

En esta clasificacin se consideran las zonas que fueron afectadas por el fenmeno de doping rock o estallido de roca.

Zona inestable: pertenece a la clasificacin de tipo III, sus valores geomecnicos segn Q varan entre 0.001 0.4.

Para este caso los elementos de sostenimiento deben ser perfiles estructurales y shotcrete.

5. FENMENOS DE ESTALLIDO DE ROCAS Y LAJEOS5.1 Generalidades

Cook N.G.W. defini los estallidos de roca como la rotura o falla incontrolada de la roca asociada con una liberacin violenta de energa , originando daos a las labores subterrneas y por ende al personal y equipos. Esta definicin puede sin embargo alcanzar a los sismos.

Este fenmeno normalmente ocurre en excavaciones que se encuentran en macizos rocosos con esfuerzos in-situ elevados o normalmente anisotropicos. Las clases de estos fenmenos y las caractersticas segn actividad se indican en la tabla N 8.

Los lugares donde se presentan estos tipos de tensiones es en tneles profundos, vale decir, mas all de los 1.000m. de profundidad, y en las excavaciones prximas a los valles o quebradas profundas, donde la roca es masiva o poco fracturada y la resistencia a la comprensin de la roca intacta es elevada. Los signos caractersticos de este fenmeno son el ruido (rock bursting) que produce el macizo rocoso al reacomodo de los esfuerzos inducidos por la excavacin, fallando por no poder absorber tensiones elevadas, originando un tipo de fragmento que se desprende de la periferia de la excavacin; normalmente en forma de lajas.

El lugar donde se desprende estos fragmentos de roca es indicativo de la orientacin de las tensiones parciales. (fig. N 6)

5.2. Anlisis de los estallidos

Las rocas sometidas previamente a la combinacin de esfuerzos gravitacionales y tectnicos de magnitud y orientacin desconocida, sufren modificaciones de estas soluciones, en la proximidad de las excavaciones.

Debido a su origen, las rocas son intrnsicamente heterogneas, anisotrpicas y son un medio eminentemente discontinuo debido a procesos geolgicos de diversos orgenes, magnitudes y propiedades. En consideracin a lo anterior, en la literatura no puede encontrarse soluciones exactas al problema de esfuerzos y deformaciones en el macizo, las soluciones disponibles se refieren solo a geometras simples, en medios continuos, homogneos e isotropitos y bajo solicitaciones ideales.

Programas modernos de investigaciones para estallidos de roca comprenden: investigaciones iniciales, desarrollo de contramedidas, implementacin de medidas preventivas. Para la fase de investigacin se considera los siguientes aspectos:

Caracterizacin del macizo rocoso mediante mapeos subterrneo detallado.

Determinacin de parmetros geomecnicos del macizo rocoso, por ensayos y/o mediciones de laboratorios insitu, para entender las caractersticas de deformacin y mecanismo de rotura de la roca.

ORIENTACION DE ESFUERZOS PRINCIPALES

FIg. N 6

LAS REAS POSCURAS MUESTRAN LAS ZONAS DONDE OCUIRRE EL FENMENO DE ESTALLIDOU LAMEOS EN UNA EXCAVACIN, ESTAS ZONAS VARIAN SEGN LA ORIENTACIN DE LOS ESFUERZOS PRINCIPALES

MALLA DE ELEMENTOS FINITOS

FIg. N 7 Zonificacin geotcnica, delimitando los dominios estructurales. Desarrollo y aplicacin de herramientas o mtodos numricos de clculos para simular el comportamiento del macizo, determinando los esfuerzos y deformaciones.

Las nicas herramientas actualmente disponibles para resolver estos problemas considerando los antecedentes sealados, son las tcnicas de simulacin computacional utilizando mtodos numricos con elementos finitos o elementos de borde. Estos ltimos sin embargo, aun no alcanzan el desarrollo suficiente para modelar adecuadamente todas las heterogeneidades del macizo rocoso, quedando su aplicacin restringida a medios de caracterstica ms simples. El mtodo de elementos finitos, ha siso perfeccionado sucesivamente constituyendo actualmente un poderoso medio para optimizar las caractersticas sealadas.

Es necesario recalcar que para el clculo de tensiones es mejor hacer medidas directas efectivas in-situ.

Para evaluar la estabilidad en excavaciones subterrneas afectadas por esfuerzos altos y anisotropicos, el problema principal es determinar la magnitud y orientacin de los esfuerzos principales al 1 y 3.5.3. Resultados del Anlisis

Con la finalidad de estudiar las tensiones in-situ se realizaron clculos de tensin y deformacin del macizo rocoso, mediante la tcnica de elementos finitos, fig. N 7 muestra el ejemplo de una malla y la ubicacin del tnel respecto a la superficie del terreno, llegndose a determinar que las tensiones principales actuantes en la zona del tnel son: 1 = 10.5 MPa. , 3. = 3.72 MPa. Y el ngulo entre la horizontal y 1 es aproximadamente 65 grados, que confirma la hiptesis de que el esfuerzo principal tiene tendencia paralela al talud del valle. La Fig.N 8 muestra, la magnitud de las tensiones in-situ estimados.Habindose estimado las tensiones in-situ actuantes, se realizaron clculos mediante el programa de elementos de borde, a fin de determinar los esfuerzos, deformaciones y zonas sobre tensionadas que ocurren en la roca circundante a la excavacin, obteniendo los siguientes parmetros: Modulo de elasticidad del macizo..40.00MPa.

Coeficiente de Poison 0.15

Resistencia a la compresin aniaxial..150 MPa.

Parmetros de resistencia m ..3.0

Parmetros de resistencia S..0.0099

Esfuerzo principal mayor ( 1)10.50 MPa.

Esfuerzo principal menor ( 3)..3.72 MPa.

Angulo entre la horizontal y 1...65

Figura N 9: corresponde a las zonas sobre tensionadas, donde puede apreciarse que zonas de la periferia de excavacin son las que fallan.

Figura N 10: representa los esfuerzos principales, vemos que estas corresponden a zonas con esfuerzos principales mayores 1 grandes (del orden de 4MPa.) y esfuerzos principales menores 3 pequeos, lo que hace que la fractura se produzca en un plano oblicuo a la direccin de esfuerzo principal mayor originndose fragmentos en forma de lajas.Figura N 11: muestra que la zona que falla tiene menores valores de deformacin como resultado de los esfuerzos actuantes.

5.4. Alternativas de solucin.

Para evitar o minimizar los riesgos para el personal y equipos durante las operaciones de excavacin y no disminuir el tiempo de servicio del tnel, una de las alternativas de solucin es la colocacin de elementos de sostenimiento consistentes como pernos sistemticos, malla y shotcrete, si el caso fuere ms severo. Otra alternativa para el control de este fenmeno es variar la seccin de excavacin, siguiendo los criterios expuestos en la tabla N 9. Esta ltima no es del todo beneficiosa para tneles donde se tiene que conservar la seccin de excavacin, pudiendo emplearse en labores mineras donde hay mayor flexibilidad de diseo para cambiar la forma y rea de seccin.

TENCIONES ESTIMADASFIg. N 8

ZONAS SOBRE TENSIONADAS

FIg. N 9

TRAYECTORIA DE ESFUERZOS PRINCIPALES

FIg. N 10

FIg. N 11 CAPITULO IIITERMINOLOGIAGunita

Es un mortero proyectado compuesto de arena-cemento y puede contener ridos en la arena gruesa que llegan hasta (4mm. El contenido de cemento flucta entre 400 a 450Kg. /m3 de mezcla.

La gunita se emplea principalmente como una impregnacin preliminar cuando se esta consolidando reas con filtraciones de agua, en cuyo caso la arena deber ser de un tamao, mximo de 2mm y, obviamente, tendr una mayor cantidad de cemento del orden de 450Kg/m3. Otro uso importante de la gunita se refiere al tratamiento de zonas especiales (rocas anhidriticas, yeso, esquistos, etc.), donde sirve como filtro en el intercambio de molculas, durante el proceso de fragua del contacto rociado.La ntima unin entre la gunita y la masa rocosa asegura una mejor calidad en el acabado superficial y se encarga de que la masa rocosa participe de manera activa en el mecanismo de sostenimiento.Shotcrete (concreto proyectado)Es el concreto obtenido con la ayuda de una mezcla preconfeccionada, el cual es lanzado con una bomba proyectora empleando un flujo de aire comprimido, hasta la lancha o tobera, desde la cual el operador dirige el chorro contra la superficie de aplicacin sobre la cual se adhiere el material de proyeccin, compactndose al mismo tiempo por la fuerza de impacto.

En el momento de su impacto sobre la superficie de aplicacin una parte de material rebota; esta perdida de material es otra de las caractersticas del concreto proyectado. La proyeccin del material se puede efectuar por va hmeda y seca. Los dos procedimientos se distinguen por la mezcla previamente confeccionada y por el empleo del equipo mecnico. Existe un tercer procedimiento, el sistema de la mezcla semi-hmeda, que consiste en aadir a la dosificacin el agua, unos cinco metros antes que salga la mezcla, resultando est con menos dispersin. Vamos a analizar los tres procedimientos para ver las diferencias que existen entre ellos:DISEO DE SOSTENIMIENTO CON SHOTCRETE,RENDIMIENTO POR VIA SECAEn la excavacin subterrnea se debe considerar, estructura con soporte de roca. Para ello se requiere transformar el macizo rocoso que circunda la excavacin, de un elemento que ejerce cargas a un elemento capaz de resistir estas. Se trata entonces de dejar transcurrir los procesos de distensin al rededor de la excavacin controladas con mediciones instrumentales (convergencia, extensometria, etc.) de tal manera que se pueda controlar el aflojamiento, posterior de desestabilizacin y colapso de la roca circundante.Este objetivo se consigue mediante la aplicacin de elementos de sostenimiento semi rgidos como pernos y/o anclas, shotcrete y malla, los mismos que se debern aplicar en forma oportuna, pues inicialmente se requieren fuerzas mnimas para evitar el deslizamiento y colapso de la roca, no siendo as, una vez iniciado el movimiento, se requieren considerables fuerzas para estabilizar y aun estas pueden resulta insuficientes.Esta condicin hace de la excavacin subterrnea la estructura compuesta que consta de rocas y elementos de sostenimiento, situacin que hace que se creen o conserven las condiciones de esfuerzos triaxial, compatibles con el esfuerzo del macizo rocoso, y as evitar el aflojamiento de la roca circundante a la excavacin; para ello es necesario que exista contactos directos entre la roca y los elementos de sostenimiento, para asegurar la transferencia de cargas.La liberacin controlada de energa mediante elementos semi rgida da como resultado el establecimiento del estado de equilibrio, que se determina verificando el proceso de deformacin mediante mediciones de convergencia y/o extensometria.

1. Diseo de los sostenimientos

El problema para disear el sostenimiento para un macizo rocoso, es encarado usando diferentes tcnicas o mtodos, pero en todo ellos, los principales aspectos a los que se reduce el clculo son dos: primero la capacidad de predecir con xito y dentro de mrgenes de error aceptables, las cargas del macizo rocoso que deben ser soportadas por el sistema.

Determinar la capacidad cortante de los diversos sistemas de sostenimiento susceptibles a ser usados en cada caso. El segundo aspecto, gracias la ciencia de resistencia de materiales, ha sido resuelto; sin embargo el primer aspecto no es tan simple, por considerar que el macizo rocoso es el material constructivo mas complejo que existe, por contar con muchas variables y propiedades que no se pueden cuantificar fcilmente como son: mineraloga, litologa, discontinuidades estructurales, procesos de transformacin fsico - qumico, presencia de agua subterrnea y otros. Sin embargo, existen mtodos empricos y analticos que intentan cuantificar todas estas variables; asado primero en las clasificaciones geomecnicas del macizo rocoso.

Actualmente existe tecnologa bastante avanzada para conocer numricamente empujes, si no solo para evitar movimientos de bloques o cuas potencialmente inestables y a punto de caer y deslizarse por su propio peso; esto indica que el macizo rocoso se auto soporta. Por el contrario si los esfuerzos residuales son mayores que la resistencia al corte de la roca circundante, aparecern fracturas y/o el fenmeno de estallido de roca, en tal situacin el sostenimiento ser diseado para resistir empujes.El mtodo basado en resultados de instrumentacin se emplea como comprobacin para el anlisis de interaccin roca sostenimiento.

1.1 Mtodo basado en Clasificaciones GeomecnicasPara la evaluacin de la calidad del macizo rocoso se siguen los criterios que sustentan los ndices de RMR y Q.

Para diseo de sostenimiento definitivo se prefiere utilizar las recomendaciones propuesto por Bailon, por ser menos conservador que el propuesto por el sistema de Bieniawski.Este sistema aporta 38 categoras de sostenimiento (tabla N 10) los mismos que estn en funcin del ndice Q y sus dimetros equivalentes (figura N 12) siendo este ultimo definido por la formula siguiente:

= 6.46 = 4.04Siendo:

De = Dimetro equivalente

B = Dimetro o altura de la excavacin.ESR = Relacin de soporte de la excavacin (tabla N 1)

El dimetro (De) determinado, en el baco de la figura N 12 nos indica que para valores de Q > 5.0 los requerimientos de sostenimiento no ser necesarios o excepcionalmente consistirn en pernos de anclajes puntuales para fijar cuas inestables.

Es necesario mencionar que las recomendaciones se toman solo en forma referencial o como punto de partida, pues en algunas zonas se complementa con el criterio personal y las propuestas por Selmer-Olsen, especialmente para las zonas donde se presente problemas de estallido de roca.

Ejemplo:

Prog. : 2+347 2+387

Clasificacin geomecnica:

RQD = 80

Jn = 2 G = 12

Q = RQD x Jr x JwJr = 3 B = 3

Jn = 4 B = 1

Ja = 5 A = 1

Q = 6.66 x 3 x 1

Jw = 6 J = 1

Q = 19.8 = 20

De = B = 6.46 = 4.04

Observaciones: no hay esfuerzos residuales.Como el valor de Q > 5.0, siendo De = 4.04, no requerir del sistema de sostenimiento.

Ejemplo:

Prog. : 0 + 743 0 + 800

Clasificacin geomecnica:

RQD = 100 Jn = 2C = 3

Q = 100 x 3 x 1 = 5Jr= 3B = 3

Ja = 1B = 1

Jw = 5 A = 1

De = 6.46 = 4.04SRF= 6M = 20

Observacin: hay esfuerzos residuales (estallido de roca). Segn tabla N 10 B le corresponde la categora N 17; que seala pernos ocasionales; sin embargo por el estallido y lajeo intenso, en esta zona, se debe colocar elemento de sostenimiento para estabilizar y como medida de seguridad, consistentes en pernos sistemticos de 2.40m. ; Shotcrete de 5cm. de espesor y malla.

1.2 Mtodo basado en resultados de instrumentacinEste mtodo considera a la instrumentacin la interpretacin de los registros de deformacin efectuados durante la fase constructiva, siendo en esencia un mtodo observacinal de diseo de acuerdo al avance de la excavacin.

Como ejemplo se pueden citar el NATM (nuevo mtodo Austriaco de tonelera) y el mtodo de convergencia confinamiento que brevemente se describen a continuacin:1.2.1. Nuevo Mtodo Austriaco de Tonelera NATM) Este mtodo fue desarrollado en Austria y tomo ese nombre para diferenciarlo del mtodo tradicional descrito por Szechy, siendo sus principales investigadores: Rabcewics, Muller y Pacher.Es una filosofa de diseo, que integra los principios del comportamiento del macizo rocoso y el registro de deformaciones de la excavacin durante su construccin, buscando la interaccin Roca-Soporte, haciendo actuar al macizo como elemento portante. El NATM es aplicable a cualquier mtodo de tonelera; la diferencia radica en el registro e interpretacin contina del movimiento del macizo rocoso y la revisin del diseo, de forma tal que se obtenga el sostenimiento ms estable y econmico. Algunos principios del NATM.

Conservacin de la Resistencia del Macizo:Aplicando elementos de sostenimiento a tiempo, para que mantenga su capacidad de soporte. Aplicacin de Elemento de Sostenimiento primario:Con la finalidad de evitar el relajamiento y excesiva deformacin; es importante que los elementos de sostenimiento queden en completo contacto con el macizo rocoso para que se deforme con el.

Medicin: Para la aplicacin de mtodo se requiere la utilizacin de instrumentos una vez instaladas el sostenimiento primario, para registrar las deformaciones de la excavacin y la carga aplicada sobre el sostenimiento, proporcionando informacin del macizo rocoso. Sostenimiento Flexible: En lugar de rgido se utiliza elemento de sostenimiento (Shotcrete, pernos, malla) que permiten cierta deformacin del macizo rocoso.

El sostenimiento aplicado puede ser todo o parte del sostenimiento definitivo esto se verifica con la interpretacin de las mediciones.

1.2.2. Mtodo de Convergencia Confinamiento Es una tentativa de evaluar la estabilidad del tnel mediante un modelo matemtico, el objetivo es calcular los esfuerzos sobre el sostenimiento, analizando la curva de reaccin del macizo rocoso.

La curva mostrada en la figura N 13 representa la interaccin entre el sostenimiento y el macizo rocoso. Cuando se excava un tnel la roca se deforma. La curva de reaccin del maciz rocoso muestra la carga que debe aplicarse en la bveda y/o hastales del tnel para prevenir deformaciones excesivas. La deformacin producida antes de instalar el sostenimiento, esta denotada por la lnea OA. Si, el sostenimiento fuera completamente rgido, la carga aplicada, se representara por la lnea AA, pero como la roca se deforma, alcanza equilibrio en el punto C.

La deformacin radial de las paredes (hastales) de la excavacin ser igual a OB, y la deformacin del sostenimiento igual a OB, y la deformacin del sostenimiento igual a AB, en este punto la carga ejercida por el sostenimiento ser BC. Como se observa, el punto de equilibrio C es alcanzado solo si el sostenimiento es apropiadamente diseado e instalado a tiempo.La lnea AeE representa el sostenimiento en fluencia antes de estabilizar la excavacin, la lnea AF representa sostenimiento demasiado flexible, mientras que la lnea GH es un sostenimiento instalado tardamente y por lo tanto inefectivo.La roca luego de la excavacin tiende a deformarse originndose la convergencia, mientras el sostenimiento que se opone a esta deformacin ejerce presin, generndose as el confinamiento.

Este ejemplo cualitativo pone en evidencia que el diseo de sistemas de sostenimiento, tiene que tomar en cuenta la naturaleza interactiva de los fenmenos Esfuerzo Deformacin, tanto del macizo rocoso como de los sistemas de sostenimiento; as como el tiempo de colocacin de estos.1.3 Mtodo AnalticoLos mtodos analticos se basan en la formulacin y aplicacin de modelos conceptuales para los propsitos de diseo. En mecnica de rocas los modelos matemticos pueden subordinarse a:

Modelo fsico a escala.

Modelos matemticos, como las ecuaciones de soluciones cerradas.

Modelos numricos, como el mtodo de los elementos finitos, diferencias finitas, elementos de bordes etc.

Donde se obtiene como resultado la limitacin de zonas donde los esfuerzos han superado la resistencia de la roca.

Estos mtodos son aplicados mayormente para anlisis parametritos y con fines comparativos, siendo una herramienta valiosa en el proceso de diseo.Los mtodos fsicos a escala suelen proporcionar informacin til cuando se examina el comportamiento de falla, pero debido a su alto costo y poca flexibilidad han perdido su vigencia.

Las ecuaciones de soluciones cerradas tienen el inconveniente de simplificarse y examinar el comportamiento de falla, pero debido a su alto costo y poca flexibilidad han perdido su vigencia.Las ecuaciones de soluciones cerradas tiene el inconveniente de simplificar las caractersticas de la excavacin y tratar la roca como un cuerpo homogneo.

Clase de Sostenimiento Para las ecuaciones subterrneas existen diferentes tipos de sostenimiento, entre los que se puede citar; cimbas o perfiles estructurales, pernos de anclajes, concreto lanzado, malla de acero, arcos de concreto, shotfer (concreto lanzado reforzado con varillas de acero de 1/2). La aplicacin de algunos de estos elementos, no incluye la utilizacin de otro, pues, pues, a menudo es prctica usual la combinacin de dos o mas d ellos.

2. SOSTENIMIENTO CON SHOTCRETE

2.1 DefinicinEl termino concretos lanzado se refiere a la mezcla humedecida de arena, cemento, fibra y aditivo, proyectado sobre un rea por medio de presin de aire. Por ello se emplea un recipiente de presin de alimentacin continua llamado lanzador.

Una capa delgada de shotcrete despus de corto tiempo, puede establecer un estado de equilibrio que e determina verificando el proceso de deformacin. Sus deformaciones son pequeas, son suficientes 2 de shotcrete a 10 20 m. del frente de avance, si en cambio, las deformaciones son intensas, es recomendable primero 1 en el mismo frente, y luego del avance afianzar cuando las deformaciones hayan disminuido solo una vez detenido los movimientos es posible y recomendable revestir. En la prctica esa idea de sostener eficazmente un macizo rocoso en a excavacin permitiendo a su vez deformacin, es posible mediante el concreto lanzado por su flexibilidad, adems de las ventajas en cuanto a la capacidad de carga, rpida aplicacin y tempana resistencia, en beneficio de neutralizar el aflojamiento del macizo circundante.La estructura as compuesta roca-shotcrete, impide e aflojamiento, la descompresin y flexin que acompaan los procesos normales de desestabilizacin, pero cuando esta fresco sigue las deformaciones primarias del macizo rocoso, permitiendo la reduccin de los esfuerzos de borde a medida que simultneamente va aumentando su resistencia con el tiempo.

Debido a que la adhesin del shotcrete a la mayota de las rocas es muy grande, este acta como material de encastre, formando una unidad esttica o estructural compuesta entre la roca y su superficie, dndole al sistema una alta resistencia cuando trabaja a compresin y ofreciendo resistencia distorsiones de hasta 1% de variacin del dimetro de excavacin cuando trabaja a flexin. El resultado mecnico mas importante es que la superficie de la roca no se afloja, permaneciendo sin modificaciones en su estado, en tanto y en cuando no sea daado por el mtodo de voladura empleado.2.2 Diseo y Capacidad de carga.

2.2.1. Calculo del Espesor del Shotcrete

Para la determinacin del espesor del shotcrete, se tiene que tener en cuenta el ndice Q y aplicar la siguiente frmula:

tc = Espesor de Shotcrete en pulgadas.D= Dimetro de la excavacin en pies.

RSR=13.3 Log. Q + 46.5 (relacin de soporte de excavacin).Ejemplo:

Si Q = 0.1 0.001

RSR= 13.3 Log.0.1 + 46.5

RS = 33.2

1m = 3.2808 pies

D = 2.40m =7.87 pies

tc = 7.87(65-33.2)tc = 0.0525 (31.8)

tc= 1.662.2.2. Capacidad de Cargas

Para determinar la presin mxima de soporte del shotcrete cuando este es aplicado a seccin completa y distribucin uniforme; se aplica la siguiente formula:

Psmax.= Presin mxima del Soporte (Kg. /cm2).ac.shot =resistencia a la compresin del shocrete (Kg. /cm2 ri

= Radio de excavacin del tnel (cm.)Tc

= Espesor de shotcrete en cm.Resistencia a la Compresin Se define como la fuerza por unidad de rea requerid para romper un muestra que esta sometida a esfuerzos uni axiales (no confinadas), y viene expresado en unidades de fuerzas sobre rea; y se define de la siguiente manera:

ac. = Resistencia a la compresin (Kg. /cm2)P=Carga unitaria de Rotura (Kg.).

D=Dimetro de la probeta (cm.).

L = 2

L = 2D

longitud = LD =LDIAGRAMA SIMPLIFICADO QUE REPRESENTA EL MOVIMIENTO DE ROCA SUELTA HACIA EL TUNEL Y LA TRANSFERENCIA DE LA CARGA A LA ROCA CIRCUNDANTE. (segn Terzaghi)

CLASIFICACION DE RESISTENCIA - Deere y miler.

Descripcin clasificacinResistencia a la comprensin uni axialEjemplo de rocas caracterstica

Kg./cm2MPa.

Muy Baja10 2501 25Yeso, sal de roca

Baja250 50025 50Carbn, limonita, esquisto

Media 500 100050 100Arenisca, pizarra, lutita

Alta 1000 - 2000100 200Mrmol, granito, Gneiss.

Muy alta> 2000> 200Cuarcita, Gabro

Resistencia a la Comprensin Un axial.

Se aplica con la siguiente frmula:

Is = ndice de carga de punta.

P = Carga necesaria para romper el espcimen.

D = Dimetro del ncleo (mm.).

Granulacin Ideal Combinada

Tamz N Malla(mm)% Pasa

N 44.7548 64

N 82.3734 5 4

N 161.1820 36

N 500.307 18

N 1000.153 12

N 2000.070 5

1.3. Tablas

TABLA N 1

GRADOS DE METEORIZACIN DEL MACIZO ROCOSO

(ISO 1980)TERMINODESCRIPCIONGRADO

Fresca (sana)Singo no visible de meteorizacin del material rocoso, tal vez ligera decoloracin sobre las superficies de las discontinuidades principales.W1

Ligeramente MeteorizadaLa decoloracin indica meteorizacin del material rocoso puede estar decolorado por meteorizacin y puede ser algo mas dbil externamente que en su condicin fresca.W2

Moderadamente MeteorizadaMenos de la mitad del material rocoso es descompuesto y/o desintegrado a un suelo. Roca fresca o decolorada esta presente an como un esqueleto continuo o como un ncleo de roca.W3

Altamente MeteorizadaMas de la mitad del material rocoso es descompuesto y/o a un suelo. Roca fresca o decolorada, est presente an como una red o esqueleto discontinuos o como ncleos de roca.W4

Completamente MeteorizadaTodo el material rocoso es descompuesto y/o desintegrado a suelo. La estructura original del macizo es an en gran parte intacta.W5

TABLA N 02

CORRELACION ENTRE EL INDICE DE VELOCIDAD LONGITUDINAL Y EL RQD

(STOGREN ET. AL 1979)

Velocidad longitudinal Vp (m/s)RQDCalidad del macizo Rocoso

5200

4400 5200

3600 4400

3000 3600

< 30009 100

75 90

50 90

25 50

< 25Muy buena

Buena

Regular

Mala

Muy mala

TABLA N 03

VELOCIDADES DE LAS ONDAS P TIPICAS DE ROCA GNEA FRACTURADA Y METEORIZADA

(HUNT 1984)

Velocidad de Ondas P Vp (m/s)Descripcin del macizo (roca gnea)

> 5000Roca sana fresca

5000 4000Ligeramente meteorizada y/o con fracturas ampliamente espaciadas.

4000 3000 Moderadamente meteorizada y/o con fracturas ampliamente espaciada.

3000 2000 Intensamente meteorizada y/o con fracturas cercanas.

2000 1000 Muy intensamente meteorizada y/o triturada.

TABLA N 04

INFLUENCIA DE DISCONTINUEIDADES RELLENAS SOBRE EL COMPORTAMIENTO DE TNELES

(Segn Brettet y Howard)

Material Dominante del rellenoComportamiento Potencial de Relleno

En el frenteMas tarde

Arcilla expansivaExpansiva libre, se hace lado presiones expansivas y empuje sobre el escudo.Presiones expansivas y empuje contra el adene o revestimiento, expansivo libre con cada o deslave si el revestimiento es insuficiente

Arcilla inerteSe afloja y se hace lado por la compresin.

Compresin muy fuerte bajo condiciones extremas.

Empuje contra el apoyo del revestimiento donde esta desprotegido: se afloja y se hace lado debido a cambios ambientales.

Clorita, talco, grafito o serpentinaSe deshace.Pueden originarse cargas muy grandes debido a la baja resistencia, sobre todo cuando esta hmedo.

Roca triturada, fragmento de comportamiento arenoso.Se deshace o escurre. El tiempo de sostn puede ser muy breve.Las cargas se disipan sobre el revestimiento, escurren y disgregan si el material no esta confinado.

Calcita porosa o en hojuelas yeso

Condiciones favorables

Pueden disolverse, causando inestabilidad en el macizo rocoso.

TABLA N 05

ENSAYO DE INDICE MANUAL SOBRE LA RESISTENCIA DEL MATERIAL ROCOSO (ISRM 1978)

GRADODESCRIPCIONIDENTIFICACIONRANGO APROX. DE RESISTENCIA A LA COMPRENSIN UNIAXIAL. (MPa)

R0Roca extremadamente dbilRoca endentado por la ua del dedo pulgar0.25 1.0

R1Roca muy dbilSe desmorona bajo golpes firmes con las punta del martillo de gelogo, puede ser pelado o descarrillado por un cuchillo de bolsillo1.0 5.0

R2Roca dbilPuede ser descarrillado por un cuchillo de bolsillo con dificultad, endentado poco profundas, se forman por golpes firmes con la punta del martillo5.0 25.0

R3Roca de resistencia media o moderadamente resistente.No puede ser raspado o descortezado con un cuchillo de bolsillo, el espcimen puede ser fracturado con simple golpe firme del martillo geolgico25 50

R4Roca resistenteEl espcimen requiere mas de un golpe del martillo geolgico para fracturarlo50 100

R5Roca muy resistenteEl espcimen requiere muchos golpes del martillo geolgico para fracturarlo.100 250

R6Roca extremadamente resistenteEl espcimen puede ser solamente descascarado con el martillo geolgico.> 250

TABLA N 06

CLASIFICACION DE LOS PARMETROS INDIVIDUALES EMPLEADOS EN EL NDICE DE CALIDAD DE TNELES NDICE. Q

DESCRIPCIONVALORNOTAS

1. ICE DE CALIDAD DE ROCA.

A. Muy mala

B. Mala

C. Regular

D. Buena

E. Excelente

RQD

0 25

25 30

50 75

75 90

90 - 100

1.- Donde RQD se reporta o es medio como siendo (10 inclusive 0), se le otorga un valor nominal de 10 aplicable a Q .

2.- Intervalos de 5 para RQD o sea 100, 95, 90, etc. Son suficiente preciosos.

2. NUMEROS DE SISTEMAS DE FISURAS

A. Masivo, sin o con pocas fisuras.

B. Un sistema de fisuras

C. Un sistema de fisuras + una aislada

D. Dos sistemas de fisuras

E. Dos sistemas de fisuras + una aislada

F. Tres sistemas de fisuras

G. Tres sistemas de

H. fisuras + una aislada

I. Cuatro o mas sistemas de fisuras, figuracin intensa , etc.Jn

0.5 1.0

2

3

4

6

9

12

15

201.- Para cruces en tneles utilizar (3XJn).

2.- Para portales utilizar (2xJn).

3. NUMERO DE RUGOSIDAD DE LAS FIGURAS.

a) Contactos en las paredes.

b) Contacto en las paredes antes de un cizazeo de 10 cm.

A. Fisura sin continuidad.

B. Rigorosas o irregulares, corrugadas.

C. Suaves, corrugacin suave.

D. Reliz de falla, o superficie de friccin ondulaciones.

E. Rigorosas o irregulares pero planas.

F. Lisas y planas.

G. Reliz de falla o superficie de friccin plano

c) Sin contacto de roca despus de un cizazeo de 10 cm.

H. Zona que contienen minerales arcillosos de espesor suficientes para impedir el contacto de paredes.

I. Zona arenosa, de grava o roca.

Triturada de espesor suficiente para impedir el contacto de paredes.

Jr

4

3

2

1.5

1.8

1.10

0.5

1.0

1.01.- Aade 1.0 si el espaciamiento medio del sistema de juntas es mayor de 3m.

2.- Jr = 0.5 se puede usar para fisuras de friccin planas y que tengan alineaciones con la condicin de que estas estn orientadas para resistencia mnima.

4. NUMERO DE ALTERACIN DE JUNTAS

a) Contactos en las paredes.

A. Relleno soldado, duro inablandable.

B. Paredes inalteradas, solo con manchas de superficie.

C. Paredes ligeramente alteradas, con recubrimiento de minerales inablandable, partculas arenosas, roca triturada sin arcilla.

D. Recubrimiento limoso o areno arcilloso, pequeas partculas de arcilla (inablandable).

E. Recubrimiento ablandables o con arcilla de baja friccin o sea kaolinica o mica, tambin clorita, talco, yeso y grafito, etc. y pequeas cantidades de arcillas expansivas (recubrimiento sin continuidad de 1 2 mm. De espesor o menos).

b) Contactos en las paredes antes de un cizalleo de 10 cm.

F. Partculas arenosas, roca desintegrada sin arcilla, etc.

G. Relleno de minerales arcillosos muy consolidados e inablandables (continuos, < 5mm. de espesor).

H. Relleno de minerales arcillosos de consolidacin media o baja (continuos, < 5mm. de espesor).

I. Relleno de arcillas expansivas, o sea montaorillonita (continuos,< 5 mm. de espesor). El valor Ja depende del porcentaje de partculas expansivas y del acceso al agua.

c) Sin contacto de las paredes del cizazeo.

J. Zonas y capas de roca y arcilla desintegrada.

K. Trituradora (vase en G,H y J)

L. para condiciones de arcilla

M. zonas o capas de arcilla limosa o arenosa, pequeas fracciones de arcilla (inablandable).

N. Zonas o capas gruesas de arcilla (vase, G, H y J para las condiciones de la arcilla)

Ja

0.75

1.0

(25 35)

2.0

(25 30)

3.0

(20 25)

4.0

(8 16)

4.0

(25 30)

6.0

(16 24)

8.0

(12 16)

0.8 12.0

(6 12)

6.0

8.0

0.8 12.0

(6 24)

5.0

10.0 13

13.0 20 (6 24)0r aproximado.

1.- Los valores de Or el ngulo de friccin residual, se indican como gua aproximada de las propiedades mineralgica de los productos de alteracin, si es que estn presentes.

5. FACTOR DE REDUCCION POR AGUA EN LAS FISURAS.

A. Excavacin seca o poca inflictracin o sea < 5 / mnimo localmente.

B. Inflictracin a presin mediana con lavado ocasional de los rellenos.

C. Gran inflictracin o presin altas en roca competente con junta sin relleno.

D. Gran infilctracin a presin alta lavado importante de los rellenos.

E. Inflictracin o presin excepcionalmente altas con las voladuras disminuyendo con el tiempo.

F. Infilctracin o presin excepcionalmente altas en todo momento.

Jw

1.0 < 1.0

0 .66 1.0 2.5

0.50 2.5 10

0.33 2.5 10

0.2 0. 1 >10

0.1 0.05 10

1.- Los factores C a F son estimaciones aproximadas aumenta Jw si se instalan drenes.

2.- Los problemas especiales causados por la presencia de hielo no se toman en consideracin.

6. FACTOR DE REDUCCION DE ESFUERZOS.

a. Zona de debilidad que intersecan la excavacin y que pueden ser la causa de que el macizo se desestabilicen cuando se construye el tnel.

A. Mltiples zonas de debilidad que contengan arcilla o roca qumicamente desintegrada, roca circundante muy suelta (cualquier profundidad)

B. Zona de debilidad aislada que contengan arcilla o roca qumicamente desintegrada (profundidad de excavacin > 50 m.

C. Zonas de debilidad aisladas que contengan arcilla o roca qumicamente desintegrada (profundidad de excavacin > 50 m.).

D. Mltiples zonas de fracturas en rocas competente (Sin arcilla), roca circundante suelta (cualquier profundidad).

E. Zonas de fracturas aisladas en roca competente (Sin arcilla), profundidad de la excavacin < 50 m).

F. Zonas de fracturas aisladas en roca competente (Sin arcilla) profundidad de la excavacin > 50 m).

G. Fisuras abiertas sueltas, fisuras intensas (cualquier profundidad).

b) Roca competente, problemas de esfuerzos.

rC/r ot/01

H. Esfuerzo bajo, cerca de superficie.

> 200 >13

I. Esfuerzos medianos.

200 10 13 0.6

J. Esfuerzos grandes, estructuras muy cenadas (generalmente favorable para la estabilidad puede ser desfavorable) las estabilidad de las tablas.

10.5 0.66 0.33

K. Desprendido moderado de la roca (roca masiva).

5 2.5 0.33 0.16

L. Desprendido intenso de la roca (roca masiva )

< 2.5 < 0.16

c) Roca comprensiva, flujo plstico de roca incompetente bajo la influencia de presiones altas de roca.

M. Presiones comprensivas moderadas.

N. Presiones moderadas altas

d) Roca expansiva, accin qumica expansiva dependiendo de la presencia del agua.

O. Presiones expansivas moderadas.

P. Presiones expansivas altas

SRF

10.0

5.0

2.5

7.5

5.0

2.5

5.0

SRF

2.5

1.0

0.5 2

5 10

10 20

SRF

5 10

10 20

5 10

10 20 1.- Redzcanse estos valores SRF de 25 50 % si las zonas de fracturas solo interesan pero no cruzan la excavacin.

2.- Para un campo virgen de esfuerzos fuertemente anisotropito (si se mide) cuando 5 < = 01 / r < = 10 redzcase rC a 0.8 rC y ot a 0.8 ot. Cuando 01/03 > 10 redzcase rC y ot a 0.6 rC y ot donde rC = Fuerza comprensiva no confinada, y ot = fuerza de tensin (carga puntual) y 01 y 03 son las fuerzas mayores y menores principales.

3.- Hay poco cosas reportados donde el techo debajo de la superficie sea menor que el ancho del claro. Se a sugiere que el SRF sea aumentado de 2.5 a 5 para estos casos (vea H)

TABLA N 07

CLASIFICACION GEOMECNICA DE MACIZOS ROCOSOS NDICE RMR

A) Clasificacin de los parmetros y su evaluacin.

PARMETROSESCALA DE VALORES

1RESISTENCIA DE LA ROCA INALTERADANDICE DE LA CARGA DE PUNTA> 8 Mpa4 10 Mpa2 4 Mpa1 2 MpaPARA ESTA ESCALA TAN BAJA SE PREFIERE LA PRUEBA DE LA RESISTENCIA A LA COMPRENSIN UNIAXIAL.

RESISTENCIA A COMPRENSIN UN AXIAL> 250 MPa.100 250 MPa50 100 MPa.25 50 MPa.5 25

MPa.1 5

MPa< 1

MPa

VALUACION151274210

2RQD90 - 100 %75 90 %50 75 %25 50 %< 25 %

VALUACIN20171383

3ESPACIAMIENTO DE JUNTAS> 2 m.0.6 2 m. 0 60 cm.6 20 cm. < 6 cm.

VALUACIN20151085

4ESTADO DE LAS FISURASSuperficie muy rugosa, sin continuidad, sin separacin, paredes de roca dura.Superficies algo rugosas, separacin < 1 mm. paredes de roca dura.Superficie algo rugosa, separacin < 1 mm. paredes de roca suave.Superficie pulida o relleno < 5 mm. espesor o fisuras abiertas 1 5 mm. fisuras continuasRelleno blando < 5 mm. o fisuras, abiertas < 5 mm. fisuras continuas.

VALUACIN302520100

5AGUAS

SUB

TERRANEASCANTIDAD DE INFILTRACIN LONG. 10 m. DEL TNELNINGUNA< 10 Lts./min.10 25 Lts./min.25 125 Lts./min> 125 Lts./min.

PRECIN DE AGUA EN LA FISURA RELACION

ESFUERZO PRINCIPAL MAYOR

CERO0 0.10.1 0.2 0.2 0.5 > 0.5

SITUACIN GENERALTOTALMENTE SECOLIGERAMENTE HMEDOHMEDOLIGERA PRESIN DE AGUASERIOS PROBLEMAS DE AGUA

VALUACIN1510740

B) AJUSTES EN LA VALUACIN POR ORIENTACIN DE FISURAS.

RUNBO PERPENDICULAR AL EJE DEL TNELRUNBO PARALELO AL EJE DEL TNEL ECHADO 0.20 IDEPENDIENTE DEL RUMBO

PENETRACIN EN EL SENTIDO PENETRACIN CONTRA EL RUMBO

ECHADO

45 90 ECHADO

20 45ECHADO

45 90ECHADO

20 45ECHADO

45 90ECHADO

20 45

MUY FABORABLEFABORABLEREGULARDESFAVORABLEMUY DESFAVORABLEREGULARDESFAVORABLE

ORIENTACIN DEL RUMBO Y ECHADO DE LA FISURAMUY FAVORABLEFAVORABLEREGULARDESFAVORABLEMUY DESFAVORABLE

VALUACINTNELES0-2-5-10-12

CIMENTACIONES0-7-7-15-25

TALUDES0-25-25-50-60

C) SIGNIFICADO DE LA CLASIFICACIN DEL MACIZO ROCOSO PARA SOSTENIMIENTO

CLASIFICACIN NIIIIIIIVV

TIEMPO MEDIO DE SOSTENIMIENTO10 AOS PARA CLARO DE 15 m.6 MESES PARA CLARO DE 8 m.1 SEMANA PARA CLARO DE 5m.10 HORAS PARA CLARO DE 2 5 m.30 MINUTOS PARA CLARO DE 2 m.

COHESIN DE LA ROCA, NGULO DE FRICCIN DE LA ROCA> 400 Kg. Pa.

> 45300 400 Kg. Pa. 35 45 200 300Kg. Pa. 25 35 100 200 Kg. Pa. 15 25 < 100 Kg. Pa. < 15

TABLA N 08

CLASES DE ESTALLIDO SEGN RUSSENES (1974)

CLASES DE ESTALLIDODESCRIPCINPROGRECIVAS EN EL TNEL

0ROCA NO EXPLOCIVA

No hay problema de actividad en el macizo causados por esfuerzos. No hay ruido en la rocaResto del tnel

1BAJA ACTIVIDAD

Algunas tendencias al estallido y relajamientos en la roca. Ligero ruido en la roca.1 + 200 1 + 510 1 + 630 1 + 780 2 + 320 2 + 160

2MODERADA ACTIVIDAD

Considerable lajeo y relajamiento de la roca. Con el tiempo, tendencia a producirse deformaciones en la periferia de excavacin fuerte ruido y estallido de la roca.0 + 307 0 + 600 0 + 830 1 + 160

3ALTA ACTIVIDAD

Severa cada de rocas, en la bveda y hastales inmediatamente despus de la voladura. lajeo y chasquido en el piso o posibles empujes en este. Considerables deformaciones en la periferia. En el macizo se oyen sonidos fuertes como un caonazo0 + 600 0 + 830

TABLA N 09

FORMAS DE SECCION EN EXCABACIONES SUBTERRANEAS QUE VARIA CON LAS DIFERENTES INTENCIDADES Y DERECCIN DE LOS ESFUERZOS PRINCIPALES, USANDO ESTOS SON NORMALES A LA DIRECCIN DEL EJE DE EXCAVACIONES.

INTENCIDAD DE ESFUERZO PRINCIPALDIRECCION DE ESFUERZOS PRINCIPALES

VERTICALHORIZONTALINCLINADO

MODERADO

Distribucin igual de los esfuerzos para evitar problemas de estabilidad local.Las paredes altas deben tener curvas para evitar esfuerzosLas paredes altas pueden ser rectas.

Perfil asimtrico a lo largo de esfuerzos anisotrpicos.

ALTA

Concentracin de esfuerzos para reducir el rea de inestabilidad y el costo de sostenimiento.

Se deben reducir las paredes altas.

El arco de la bveda debe ser en punta.Perfil asimtrico con curva en la pared

TABLA N 10

TIPO DE SOSTENIMIENTO PARA MACIZOS ROCOSOS DE CALIDAD EXCELENTE EXTREMADAMENTE BUENA, MUY BUENA Y BUENA (para Q entre 1000 y 10)

Categora soporteQRQD/JnJr/JaDe (m)P k/cm2De (m)Tipo de soporteobservaciones

1

2

3

41000 400

1000 400

1000 400

1000 400-

-

-

--

-

-

--

-

-

- = 6 m

< 6 m

> = 10

< 10

> = 10

= 20

< 20

> = 35

< 351.0

1.0

1.0

1.0

3.5 9

7 15

12 29

24 52

Sb (utg)

B (utg) 1.5 2m.

B (utg) 1.5 2m.

+S 2 3 m.

S 2 3 cm

B (tg) 1 1.5m.

+ clm

B (utg) 1 1.5m.

+ clm

B (utg) 1 1.5m.

+S 2 3 cm.

B (utg) 1 1.5m.

+S 2 3 cm.

B (tg) 1 2m.

+S(mr)10 15 cm.

B (tg) 1 1.5m.

+S(mr)5 10 cm

B (tg) 1 2 m.

+ B (mr)2025 cm.

B (tg) 1 2 m.

+S(mr)10 20 cm

I

I

I

I

I.III

I

I.III

I

I.II.IV

I.II

I.V.VI

I.II.IV

21

22

23

24

Ver nota: x 11

4 1

4 1

4 1

4 1

> = 12.5

< 12.5

> 10, < 30

< = 10

= 30

-

-

-< = 0.75

< = 0.75

> 0.75

> 10

> 10

< = 1.0

-

-

-

-

--

-

-

-

-

> = 15m

< = 15m

> = 30m

< 30m1.5

1.5

1.5

1.52.1 6.5

4.5 11.5

8 24

18 4B (utg) 1m.

+ B 2 3 cm.

B 2.5 5 cm.

B (otg) 1m.

B (utg)1 m. + clm

S 2.5 7.5 cm.

B (urg) 1 m.

+S(mr)2.5 5 cm.

B (utg) 1m.

B (tg) 11.5 m.

+S(mr)10 15 cm.

B (utg) 11.5 m.

+S(mr)5 10 m.

B(tg) 11.5 m.

+S(mr)15 30 cm.

B (tg) 11.5 m.

+B(mr)10 15 cm.I

I

I

I

I

I

I

I.II.IV

VII

I

I.V.VI

I.II.IV

TABLA N 10C

TIPOS DE SOSTENIMIENTO PARA MASIZOS ROCOSOS DE CALIDAD MUY MALA (Para Q entre 1 y 0.1)

Categora soporteQRQD/JnJr/JaDe (m)P k/cm2De (m)Tipo de soporteobservaciones

25

26

27

28

Ver nota: x 11

1.0 - 0.4

1.0 - 0.4

1.0 - 0.4

1.0 - 0.4

> 10

< =10

-

-

-

-

-

-0.5

0.5

< = 0.5

-

-

-

-

-

-

--

-

-

-

> 12 m.

< 12 m.

> 12 m.

< 12 m.

> = 30 m

> = 20. < 30

< 20 cm2.25

2.25

2.25

2.251.5 1.2

3.3 7.5

6 18

18 38B(utg) 1m + s(mr)

B(utg) 1m + s (rm) 5 cm

B(utg) 1m + s (rm) 5 cm

B(tg) 1 m

+ S(mr) 5 7.5 cm

B(utg)1m + S2.5 5 cm

B (tg) 1m.

S(mr) 7.5 10 cm

B (utg)1m

+ S (mr) 5 7.5 cm.

CCA 20 10 cm

+ B (tg)1 m.

S (mr) 10 20 cm

+ B(tg) 1m.

B(tg) 1 m.

+ S (mr) 30 10 cm

B(tg) 1m.

+ S (mr) 20 30 cm

B(tg) 1m.

+S(mr) 15 20 cm.

CCA (Smr) 30 100 m.

+ B (tg) 1mI

I

I

VIII.I.II

I.II

I.II

I.II

VIII.I.II

VIII.I.II

I.IV.V.II

I.II.IV.II

I.II

IV.VIII.I.II

29

30

31

32

Ver nota: x 11

1.0 - 0.4

1.0 - 0.4

1.0 - 0.4

1.0 - 0.4

> 5

< = 5

-

> = 5

< 5

-

4

< = 4> -1.5

< 1.5

-

-

-

-> 0.25

0.25

< = 0.25

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

> = 20m

< 20m3.0

3.0

3.0

3.0

1.0 3.1

2.2 6

4 14.5

11 - 34B(utg) 1m + S 2-3 cm

B(utg) 1m + S (mr) 5cm

B(utg) 1m + S (mr) 5cm

B(tg) 1m + S 2.5-5 cm

S(mr)5 7.5 cm.

B (tg) 1m.

+S(mr) 5 7.5 cm.

B (utg) 1 m.

+S(mr)7.5 25 cm. S(mr)7.5 25 cm.

CCA 20 10 cm

+B (tg) 1 m.

CCA (Sr) 30 - 50cm

+B (tg) 1 m.

B (utg) 1 m.

+S(mr) 40 60 cm.

B (utg) 1 m.

+S(mr) 20 40 cm.

CCA (Sr) 40 120 cm

B (tg) 1 m.

-

-

-

II

II

VIII.I.II

II

II

II

VIII.I.II

II.IV.II

III.IV.II

IV.VIII.I.II

TABLA N 10D

TIPOS DE SOSTENIMIENTO PARA MASIZOS ROCOSOS DE CALIDAD EXTREMADAMENTE MALA (Para Q entre 0.1 y 0.001)

Categora soporteQRQD/JnJr/JaDe (m)P k/cm2De (m)Tipo de soporteobservaciones

33

34

35

Ver nota: x 11

0.1 0.001

0.1 0.001

0.1 0.001

> = 2

< 2

-

> = 2

< 2

-

-

-

-

-

-

-

-

-

> = 0.25

> = 0.25

< 0.25

-

-

-

-

--

-

-

-

-

-

-

> = 15 m.

> = 15 m.

< 15 m.

< 15 m.

6

6

6 1.0 3.9

2.0 11

6.5 28

B(tg) 1m

+ S(mr) 2.5 5 m.

S(mr) 5 10 cm.

S(mr) 7.5 15 cm.

B (tg) 1 m.

+ S(mr) 17.5 15 cm.

S(mr) 17.5 15 cm.

S(mr) 15 25 cm.

CCA (Sr)20 60 cm

+ B (tg) 1 m.

+B (tg) 1 m.

+S(mr) 130 100 cm.

CCA (Sr) 60 200 cm

+ B(tg) 1 m.

B(tg) 1 m.

+S(mr) 20 70 cm.

CCA (Sr) 40 150 cm

+ B(tg) 1 m.

II

II

VIII.I

II

II

II

VIII.I.II

II

VII.I.II

II.III

VIII.I.II

36

37

38

Ver nota: x 11

0.01-0.001

0.01-0.001

0.01-0.001

-

-

-

-

-

-

-

--

-

-

-

-

-

-

--

-

-

-

> = 10m

> = 10m

< = 10m

< = 10m12

12

12

1.0 2.0

1.0 6.5

4.0 - 20

S(mr)10 20 cm.

S(mr)10 20 cm.

+ B(tg) 0.5 1.0 cm

S(mr)20 60 cm.

S(mr)20 60 cm.

+ B (tg) 0.5 1.0 cm.

CCA (Sr) 100 300 cm

CCA (Sr) 100 300 cm

+B (tg) 1 m.

+S(mr) 70 200 cm.

+S(mr) 70 200 cm.

+ B (tg) 1 m. II

VIII.I.II

II

VIII.I.II

II

VIII.I.II

II

VIII.I.II

LEYENDA

Sb

= Anclajes (pernos) puntuales.

B

= Anclajes sistematicos.

(Utg)

= Anclajes no tensados, con inyeccion.

(Tg)

= Anclajes tensados.

S

= Concreto lanzado (shotcrete).

(mr)

= Malla reforzada.

Clm

= Malla de tipo cadena.

CCA

= Anillo de hormigon, concreto colocado.

(Sr)

= Armado con acero.

Estimaciones de soporte. Los casos disponibles son insuficientes para la estimacin de soporte requerido. El tipo de soporte que ha de usarse para las categoras: 1 a 8 dependern de la tcnica de voladura. Mediante voladura controlada se Puede hacer innecesario el empleo de soporte, en cambio, voladura sin control puede obligar la aplicacin de concreto lanzado, especialmente donde la altura de excavacin sea mayor de 25m.

OBSERVACIONES

Separacin de pernos, en metros. Espesor del hormign, en centmetro.

Ver notas complementarias a las tablas 10A, 10B, 10C y 10D.

NOTAS COMPLEMENTARIAS A LAS TABLAS 10A, 10B, 10C Y 10D.I.- En los casos serios de estallidos de roca, se utilizan pernos tensados con placa de reten grandes y espaciamiento aproximado de 1m. (a veces 0.80m.) se instala el refuerzo final cuando hayan cesado los estallidos.II.- Se usan a veces diferentes longitudes de pernos en la misma excavacin: 3, 5 y 7m.III.- Se emplea diferentes longitudes de pernos en la misma excavacin: 2, 3 y 4m.IV.- Se utilizan a veces cables tensados para complementar la presin de soporte de las anclas. Separacin tpica de 2, 4m.V.- Se usan a menudo diferentes longitudes de pernos en la misma excavacin: 6, 8 y 10m.VI.- A veces se emplea cables tensados para complementar las presiones de soporte de las anclas. Separacin tpica de 4 y 6m.VII.- En algunas cavernas hidroelctricas se han utilizado anclajes en forma sistemtica u ocasional en el techo, malla metlica y arco de hormign de 25 a 40cm. Como sostenimiento definitivo.VIII.- En los casos que se manifiesta expansividad del macizo (presencia de Montmorillanita y agua) es importante, dejar una cmara de expansin entre el macizo y el sostenimiento. Se drenara todo lo que sea posible.IX.- Casos que implica arcillas expansivas o roca alterada que fluye.X.- En rocas con compartimiento visco-plstico, generalmente se coloca sostenimiento rgido pesado como soporte definitivo.XI.- Segn los autores, en los casos de expansin o fluidez, el refuerzo que se necesita antes del colocado de los arcos de concreto /o de shotcrete, pueden consistir en anclas si el valor de RQD/Jn >5 y posiblemente combinado con concreto lanzado. Si el macizo rocoso esta tensamente figurado, triturado y alterado (RQD/Jn 15m.

XIII.- En casos de macizos con compartimiento visco plstico, B la excavacin se har en varias etapas, para sostener: bvedas, hastales y pisos; en forma sucesiva. Categora 3B solo para: claro/ESR>10m.

TABLA N 11

VALORES DE ESR PARA DISTINTOS TIPOS DE EXCAVACIONTIPO DE EXCAVACIONESRN CASOS

A.- Minas abiertas temporales, etc.ca. 3-5?(2)

B.- Galeras verticales: 1) seccin circular. 2) seccin rectangular o circularCa. 2,5?Ca. 2,5?(0)(0)

C.- Minas abiertas permanentemente, tneles

hidroelctricos, tneles pilotos y galeras de avance

para grandes excavaciones 1.6(83)

D.-Cavernas de almacenamiento, plantas de tratamiento de

aguas, tneles pequeos de carreteras y ferrocarril,

tneles de acceso, etc.1.3(25)

E.- Centrales elctricas subterrneas, tneles grandes de

carretera y ferrocarril, cavernas de defensa civil,

boquillas, intersecciones.1.0(79)

F.- Centrales nucleares subterrneas, estaciones de

ferrocarril, pabellones deportivos y de servicios, etc.Ca. 0.8?(2)

3. RENDIMIENTO POR VIA SECA

3.1 Definicin

El proceso para determinar los rendimientos es largo y complicado, por que se realiza en diferentes tipos de rocas, y alas ves en diferentes tcnicas para cortar la roca, la cual se puede contemplar diferentes porcentajes de oquedades, ya que cada labor es un anlisis independiente, aislado, pero que se recogen de forma indirecta experiencias empricas fruto de las practicas, la cual se observa que los rendimientos varan de una labor a otra en las diferentes minas del Per y el mundo.En las excavaciones subterrneas se utiliza cada vez ms el mortero y el concreto por aplicacin neumtica conocido como concreto lanzado.

Los rendimientos forman parte integral del programa de operacin, seleccin de los materiales y de equipo, as como el entrenamiento de operadores. El concreto que se lanza al final de las pruebas que se hacen antes de la construccin ser probablemente mucho mejor que el mismo concreto que se lanza al comienzo.

3.2. Desarrollo del rendimiento del concreto lanzado3.2.1. Principios Bsicos

A. Concreto lanzado

Material que se coloca y compacta mediante impulsin neumtica, proyectndose a gran velocidad sobre una superficie plana.

La funcin principal del concreto lanzado (shotcrete) es inmovilizar los movimientos de roca inherentes al proceso de excavaciones subterrneas.

B. Caractersticas del concreto Lanzado

Ms denso que un concreto normal. Relacin A/C es menor. Resistencia mecnica similar. Menor permeabilidad. Buena resistencia al ataque qumico, a la abrasin y al desgaste. Gran adherencia al sustrato. Fcil colocacin y rendimiento de aplicacin. No requiere de formaletas o encofrados.C. Propiedades del concreto lanzado

Estructura interna consta de agregados ms finos y mayor cuanta de cemento. Poros capilares se distribuyen uniformemente.

La proyeccin forma poros aislados que mejoran resistencia a congelamiento y deshielo. Colocacin por capas. Continuidad de fisura (adherencia mecnica). Excelente adherencia a soporte (limpio y saturado con superficie seca). Baja permeabilidad y baja absorcin. Mayor contraccin por secado en razn a la altura cuanta del cemento.D. Shotcrete por proceso seco (ventajas)

Se facilitan ciertas condiciones de aplicacin (filtraciones). Permite baja relacin A/C. Maquinarias mas econmicas. Mayor energa de compactacin. Mayor densidad de mezcla colocada.E. Shotcrete por Proceso Seco(desventajas)

Mayor generacin de polvo. Mayor porcentaje de rebote. Condiciones de aplicacin ambientalmente inconvenientes. Exige mayor experiencia en mano de obra.F. Sugerencia de Operacin

Calidad depende de la destreza del operador. El flujo del concreto debe ser continuo (podran presentarse sobre dosificaciones o deficiencias de aditivos o agua cuando se bombea en vaci).

El flujo del aire debe ser continuo (no debe existir oscilaciones).

La distancia de la boquilla al sitio debe estar entre 0.50m. a 1.50m.

Cuando la estructura es forzada, se acercara ms la boquilla para evitar sombras tras la armadura.

Las varillas no debern colocarse una tras otra (alternadas).

Cuando se lanza por capas se retira el rebote y se dejara superficie plana. La inclinacin de la boquilla para el concreto lanzado debe ser perpendicular.

3.2.2. Principios Tericos

A. Volumen de Rebote

El rebote esta formado por los componentes que no se adhieren a la superficie en tratamiento, existen muchos fundamentos tericos y prcticos para su evaluacin, pero en cualquier caso, el porcentaje de rebote depende de:

Relacin agua/cemento

Habilidad del operador. Proporcin de la mezcla.

Granulometra de la mezcla

Eficiencia de la hidratacin

rido grueso =mayor rebote. Presin del agua. Diseo de la boquilla o lancha. Habilidad del operador.

Velocidad del Proyeccin

Capacidad de presin de aire (de 6 Kg. /cm.2). Diseo de boquilla o lancha Habilidad del operador.

Angulo y distancia del impacto

Habilidad del operador. Limitacin de accesos.

Densidad de la aplicacin Especificaciones de obra.

Dosificacin del acelerante.

1Habilidad del operador.

Bajo coniciones normales (pared lisa sin oquedades y una presin optima) el material de rebote representa alrededor del 25% del volumen de la mezcla proyectada.

Formulas para hallar el Porcentaje de Rebote Porcentaje de variacin o asentamiento por hidratacin

Vst= volumen seco total.Vht = volumen hidratado total.

volumen hidratado totalAsentamiento por hidratacin = 21.5% Volumen de reboteVr = Volumen de reboteVrh = Volumen de rebote hidratado.

%de rebote realB. Volumen de Mermas

Es la mezcla seca que se pierde al momento del ingreso de la mezcla a la tolva de la maquina de la aliva esto es por efecto de maniobra.

Vms = volumen de mermas en seco.Vmh= volumen de mermas hidratada.C. Volumen del Concreto Colocado y Pegado

El volumen del concreto compacto y pegado no corresponde a la diferencia entre el volumen de mezcla en seco y el del material de rebote, pues la mezcla se compacta en el momento del impacto contra la superficie de aplicacin y recibe el nombre de factor de compactacin.

F.C. = factor de compactacinVht= volumen de mezcla hidratado total.D = desperdicios (% de rebote y mermas).Vmcp=volumen de mezcla compacto y pegado

La compactacin depende de varios parmetros, entre ellos el surtido de los ridos y la velocidad de impacto del chorro, con los ridos ordinariamente utilizado y con una presin de aire a la entrada de la manguera de impulsin, de 6 Kg./cm.2, se obtiene un factor de compactacin del orden 1.35.D. Volumen de Oquedades

Oquedades son todas las irregularidades y huecos fuertes del arco de un tnel minero.

Voh = volumen de oquedades hidratada.3.2.3. LaboratorioANALISIS DE RENDIMIENTO POR METRO CUBICO DE SHOTCRETE LANZADO POR VIA SECAFECHA

:22/07/06

ZONA

:NorteLUGAR

:Cx 907

MINA

:Milagros

1. DOSIFICACION DE MEZCLA

DESCRIPCIONUNIDADCANTIDAD

VolumenM32

Cementobls20

Agregado (arena para shotcrete)M32

DramixKg.60

Gunitop L-22Lt.17

Calibrador 2"Unidad22

2. DATOS DE CAMPO ANTES DEL LANZADO

SECCIONANCHOALTURALONGITUDPERIMETRO

13.372.2017.24

23.742.1017.25

33.802.141.106.90

LONG. MEDIDA3.107.13

Espeso de shotcrete = 2 rea a recubrir =22.103m2

3. DATOS DE CAMPO DESPUES DEL LANZADO

SECCIONANCHOALTURALONGITUDPERIMETRO

13.302.1517.11

23.672.0517.10

3

LONG. MEDIDA27.105

Espeso de shotcrete = 2

rea recubrida = 14.20m2

ESPECIFICACIONV. SECO M3V. HIDRATADO M3PORCENTAJES %

MEZCLA21.57100

REBOTE0.4830.57

MERMA0.127.64

VOLUMEN PEGADO Y COMPACTADO0.7145.22

OQUEDADES0.2616.56

4. ASENTAMIENTO 21.50%

5. RENDIMIENTO REAL DEL CONCRETOO LANZADO POR PROCESO SECO EN MINA Y TUNELvolumen

mezcla

secaM3Asentamiento

por

hidratacin%Volumen

hidratado

M3Volumen

de

rebote%Volumen

de

mermas%Volumen de

mezcla

compacta y pegada

compacta M3espesor

del

shotcrete

m.l.rea a cubrir

oquedades

%rea

M2

221.50%1.5730.57%7.64%0.710.0516.56%14.2

0.43M30.48M30.12M30.26M3

CAPITULO IV

TECNICA DE OPERACIN DEL CONCRETO LANZADO VIA SECA

1.- Ley bsica del sostenimiento Mecanizado

Decreto Supremo N 046 2001 E. M.

Articulo N 194: En labores que se tendrn abierta por un tiempo considerable, llmese crucero, galera, cortada, rampa y tnel, podr utilizar como elemento de sostenimiento el lanzamiento del hormign manteniendo las caractersticas tcnicas de resistencia ala comprensin simple, a al traccin, a la flexo-traccin y adhesin.

Este tipo de sostenimiento puede ser combinado con pernos de roca, malla, barras ranuradas de friccin, entre otros.Reglamento Interno de Seguridad de C.M.H. 2003

Articulo N 182: Todo este terreno inestable deber ser inspeccionado. El supervisor encargado del rea deber determinar el grado de peligro que ofrece y el tipo de sostenimiento que requiere. Los trabajos de sostenimiento deben ser oportunos y debern ser ejecutados lo mas prximo posible al frente de trabajo.

Articulo N 183: En tneles, rampas, cruceros y galeras, el sostenimiento deber ser duradero y resistente. En tajeos, el sostenimiento puede ser temporal con el uso adecuado de pernos de roca, madera, etc. Hasta el siguiente ciclo de rotura. El supervisor encargado del rea es el responsable de llevar a una altura de corte apropiado en las labores de explotacin a su cargo.Todo terreno que no quede seguro despus del desatado, deber ser sostenido.

El surpevisor indicara el medio de sostenimiento a utilizar, tales como: cuadro de madera, cimbras, splitsets, pernos de roca, shotcret, etc.

Articulo N 188: Nunca pretenda sostener una roca suelta.

El riesgo es muy alto.2.- Datos TcnicosDimensiones de la maquina Aliva 240.5

Largo = 1.20m.

Ancho = 0.70m.

Altura = 1.20m.

Peso = 280Kg.

Accionamiento

Motor elctrico = motor con corriente alterna con jaula de ardilla, con bridas segn norma IEC B5

Rendimiento = 2.2 2.6 kw.

Numero de revoluciones = 1.500 min./1 1.680 min. A 440v.

Clase de proteccin = OP44.Tensin = 440v./60Hz.

DATOS TECNICOSCHORRO DEARENAGUNITAHORMIGON PROYECTADO

con rotor de 1ts.r1.203.205.60

Capacidad m3/h0.752.003.40

tamao de agregado4(chorro de arena) 88(max.15)20

Consumo de aire comprimido m/min. Motor elctrico456-8

Manguera de transporte mm32/5238/5850/70

PistolaChorro de arena 10 Proyectar en seco 32/27-32/18Proyectar en seco 38/32 Proyectar sem i-hmedo 38/32Proyectar en seco 50/42 Proyectar semi-hmedo 50/42

Longitud mac. de transporte en m.150150300

Altura max. de transporte en m.6075100

3.- Presin de Aire y Agua

Aire:

Base de clculo:

Manguera limpia.

Mnimo de curvas 50 x interior nominal.

Peso a granel aproximado 1,800 kg./m.

Superficie especifica max. 8,000 m/ m.

Humedad de mezcla seca 5%.

Altura sobre el mar 400 m.

Velocidad de impacto de los ridos 90 120 m/s.

Ejemplo:

Si 4 m/h de mezcla seca tiene que ser transportados

120 m. Elegimos manguera 50/70 mm.I.- Consumo de aire comprimido = 9.8 m/min.

II.- Resistencia de aire comprimido en vaco = 1.00 bar.

III.- Presin de transporte = 4.30 bar.

Agua:

- La presin mnima del agua en la tobera ser = bar.Distancia de lanzado (m)Presin de aire (bar)Velocidad de impacto (m/seg.)Presin del agua (bar)

0.505.30903.00

0.755.65963.25

1.006.001023.50

1.256.501103.75

1507.101204.00

4.- Funciones defectuosas, Causas y acciones correctivas de la maquina shotcretera.

FUNCIONAMIENTO DEFECTUOSO CAUSASACCIONES CORRECTIVAS

El motor no arrancaFusibles defectuoso Contactadotes de maniobra defectuosoControlar, cuando sea necesario reemplazar.

El motor marcha, el rotor no giraEngranaje daado Cuadro en el rotor defectuosoRevisin Reemplazar el rotor.

Rotor no gira en el sentido de la flechaLa fase no se encuentran conectadas correctamenteCambiar dos fases en el enchufe

Motor de aire comprimido heladoAgua de condensacinCalentar el silenciador de escape

Escape de aire comprimido entre las juntas y el rotorSujetador muy poco apretadoControlar el sujetador antes de volver a tensar como eliminar los materiales que se hayan introducido entre la junta y el rotor

Placas de sellado inservibleControlar las placas de sellado. Si existieran algunas ranuras, rectificar las placas de sellado y reemplazarlas cuando sea necesario.

Disco del rotor gastados (o rotor)Controlar los discos del rotor. Cuando se encuentra una ranuras rectificar el disco del rotor y reemplazarlos cuando sea necesario.

Obstruccin en el rotor, cmara de descarga, tubera de transporte.Tamao demasiado grande de los ridos (agregados).Cuando se atasca el tubo flexible, es preciso parar el rotor y cerrar la llave del aire comprimido en la mquina. Soltar el tubo flexible del hormign en la cmara de salida, abrir la llave de aire comprimido y soplar el rotor. A continuacin, controlar si el tubo flexible del hormign tiene puntos duros, eliminar el atascamiento dando unos golpes con una madera y vaciarlo. Volver a conectar el tubo flexible a la cmara de salida y soplar en su totalidad. Cuando se trate de distancia de impulsin superior a 40 metros m. ser preciso vaciar cada uno de los tubos de 20 m. por separado

Rendimiento reducido Grado de humedad de la mezcla seca es superior al 5 %.En caso de obstrucciones en la cmara de descarga para el rotor del aire comprimido, soltar la manguera y liberar la cmara de descarga utilizando un cepillo, etc.Colocar de nuevo el rotor de manera flotante.

Presin demasiado reducida del aire de transporte En caso de obstruccin e el rotor, interrumpir la fuente de potencia (electricidad, ai