Proyecto de Investigacion de Un Tunel

7/25/2019 Proyecto de Investigacion de Un Tunel

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FACULTAD DE INGENIERIA

CARRERA DE INGENIERIA DE MINAS

CURSO : TUNELES Y MOVIMIENTO DE TIERRAS

TEMA : PROYECTO DE INVESTIGACION DE TUNEL

DOCENTE : ING. GEOL. ROBERTO GONZALES YANA

INTEGRANTES : TORRES TERRONES, Carlos Alberto.

TAVERA VARGAS, Jhonson Rafael.

SAUCEDO CHAVEZ, Jos

CASTREJON MARTINEZ, Ulises

RODRIGUEZ CORTEZ, Cristian

PROGRAMA : WORKING ADULT

CICLO : IX

Cajamarca, Abril 2016.


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I. INTRODUCCIN:

Salvar la barrera que representa la orografa para poderse

comunicar ha supuesto un empeo permanente del hombre a lo largo de su

historia. Ya desde tiempos remotos tenemos constancia de que nuestros

antepasados excavaban tneles.

Como podemos ver, con el paso del tiempo y el desarrollo de las

herramientas y la tcnica, han permitido que poco a poco se hayan podido

construir tneles cada vez ms largos y de mayores prestaciones. La

construccin de tneles y obras subterrneas, desde el punto de vista de la

ingeniera, es una actividad que histricamente se inici con las explotaciones

mineras. Esta actividad se vio enriquecida con la construccin de los grandestneles ferroviarios de finales del siglo XIX, y se ha impulsado actualmente con

las grandes obras de ingeniera llevadas a cabo en este nuevo siglo XXI.

A. Objetivos:

Objetivos Generales: Establecer los aspectos geomorfolgicos de la zona en la que se

realiz la prctica.

Establecer los parmetros necesarios para el diseo de tneles paralabores mineras e infraestructuras viales.

Objetivos Especficos: Evaluar la calidad de roca en campo para el diseo de tneles.

Comprender la importancia del RMR en los estudios preliminares de

tneles.

Evaluar los parmetros de diseo para falso tnel.

B. Realidad de la Problemtica:

Para el diseo y construccin de los Tneles se requiere efectuar

una serie de estudios preliminares dirigidos en principio a determinar su

factibilidad econmica y tcnica para luego realizar los estudios

definitivos que servirn para la elaboracin del proyecto.


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Haciendo un Anlisis Econmico dentro de las construcciones

civiles, el tnel es de las ms costosas en su inversin inicial;

consecuentemente los ahorros que se logran en sus dimensiones finales,

tanto en longitud como en seccin transversal, son significativas. En el

anlisis deben incluirse aspectos de desarrollo regional motivados por lasnuevas obras.

La Exploracin Geotcnica es quiz la fase ms importante de

los estudios previos, ya que ello condicionar el procedimiento

constructivo y avance esperado del tnel lo cual permitir estimar las

cargas que intervendrn en el diseo de revestimiento temporal y

definitivo.

La ubicacin general del tnel est gobernada por su fin

especfico, mientras que su posicin detallada depende de lascaractersticas geolgicas de la Regin.

Entre ms preciso sea el conocimiento de la geologa de la zona,

se tendrn planos ms confiables para la construccin del tnel, mejores

avances y menos variaciones del presupuesto original.

C. Planteamiento del Problema:

Como parte del desarrollo profesional como ingeniero de Minas

es necesario conocer los fundamentos y parmetros de diseo de untnel, aplicando los conocimientos obtenidos de Mecnica de Rocas,

Minera Subterrnea y transporte minero.

La prctica de campo realizada nos ha sido muy importante

para el desarrollo profesional ya que nos permite determinar insitu las

restricciones y oportunidad en el diseo de tneles as como determinar los

parmetros bsicos para determinar la viabilidad de un tnel.


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II. ANTECEDENTES:

El Tnel ms antiguo del primer tnel del que se tiene constancia gracias a

los relatos de Diodoro de Sicilia, Herodoto y Estrabon, es el tnel de

Babilonia, que mando construir Seminaris bajo el ro ufrates, para

comunicar el Palacio y el Templo de Belos, en Babilonia, en el ao 2200 A.C. El tnel de Ezequas en Jerusaln, calado sobre el ao 700 a.C. En la

excavacin del tnel participaron dos equipos que avanzaron

simultneamente desde los dos extremos. El resultado fue un tnel de 450 m

para cubrir una distancia de 300 m, ya que los equipos realizaron numerosos

intentos fallidos en direcciones equivocadas.

Pero no es hasta el siglo XIX con la aparicin del ferrocarril cuando la

excavacin de tneles alcanza su gran apogeo. El tnel de Terre-Noir en

Francia, se podra considerar como el primer tnel ferroviario del mundo.Terminado en el ao 1826 y con una longitud de 1.476 m, se trataba de un

camino de carriles traccionado por caballos, que cubra la lnea Roanne-

Andrezieux.

En la segunda mitad del siglo XIX, se produce un extraordinario progreso en

Europa con la construccin de los tres grandes tneles ferroviarios que

permitiran atravesar los Alpes, realizando excavaciones que superaban los

10 km, cuando todava los medios de los que se dispona por aquel

entonces eran bastante rudimentarios. El primero en cruzar los Alpes fue eltnel de Mont Cenis, que con una longitud de 13,7 km, conecta Francia

(por Modane) con Italia (por Bardonecchia). Su construccin prevista para

25 aos, se complet en slo 14, entre los aos 1857 y 1871, gracias a las

innovaciones tcnicas empleadas por el ingeniero francs Germain

Sommeillier, desarrollando la primera mquina perforadora de roca y

llegando incluso a utilizar al final del proyecto la recin inventada dinamita.

En el ao de 1882, se abre el tnel ferroviario de Saint Gothard con casi 15

km de longitud en Suiza, tratndose de un solo tuvo con dos vas.Construido por el ingeniero suizo Luis Favre en tan solo ocho aos. La

excavacin comenz por ambas bocas en el ao 1872 y termin en 1.880.

El tercer tnel ferroviario que complet la triada en la lucha por perforar los

Alpes, fue el tnel de Simplon I, entre Suiza e Italia, abierto en el ao 1906 y

con una longitud de 19,8 km.


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III. MARCO TEORICO:

1. CLASIFICACION DE DEERE o del RQD (1964)

La clasificacin de Deere o del RQD (RQD = Rock Quality Designation)se

funda en la cuantificacin del grado de fractura de la roca.

RQD = ROCK QUALITY DESIGNATION

Permite la obtencin de un ndice, que es un valor cuantitativo que

representa la calidad del macizo rocoso, teniendo en cuenta las

caractersticas del testigo recuperado en una perforacin.

As, realizando una perforacin con maquinaria especficamente

empleadas en estas operaciones, puede evaluarse la calidad del macizo

rocoso subyacente sobre la base del anlisis del material que se obtiene

de esa perforacin.

Ordinariamente, se contempla entonces la planificacin de una serie de

perforaciones segn el trayecto previsto del tnel o de la traza vial o

ferroviaria y se obtienen las caractersticas en cada punto.

En funcin de la homogeneridad o herterogeneidad observadas, se

realizan perforaciones complementarias para clarificar la situacin en

zonas que podran ser consideradas a priori como crticas.

Los testigos se van colocando en cajones especiales en cuyos bordesconstan las progresivas de profundidad.

De una perforacin pueden extraerse trozos enteros de roca (donde la

roca no est fracturada) hasta que se encuentra una discontinuidad en la

masa rocosa (el testigo se interrumpe).

Esta llegada a una discontinuidad puede significar que es simplemente

una fractura o una diaclasa limpias o con algn material intermedio.

Pero tambin puede tratarse de una zona de roca muy fracturada, de lacual slo se extraen trozos de roca, contabilizndose el espacio de esta

parte, si se trata de una transicin.

Todos estos trozos enteros de testigo o estas partes de roca fracturada se

miden y se contabilizan para entonces aplicarlos a una frmula de

clculo.


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Experimentalmente, se cumple que la curva de distribucin es del tipo

exponencial negativa en un grfico Frecuencia - Espaciamiento:

Dnde:

= Es la frecuencia media de discontinuidades por metro

2. CLASIFICACION DE BIENIAWSKY (1984)

Este mtodo engloba algunos parmetros en trminos genricos:

RMR = ROCK MASS RATING

La clasificacin Geomecnica RMR fue presentada por Bieniawski en

1973, siendo modificada sucesivamente por el autor en 1976, 1979, 1984 y

1989.

La clasificacin incluye un RMR bsico, independiente de la estructura de

la roca, y de un factor de ajuste.

El RMR bsico se obtiene estimando el rango de valores de varios

parmetros: El RQD

Ensayo de compresin simple

Espaciamiento de las diaclasas (juego ms desfavorable)

Condiciones de las diaclasas (4 + 5 de Bieniawsky 1973)

Condiciones del agua subterrnea

Orientacin de las diaclasas (favorabilidad de Rumbo y Buzamiento)

El mtodo se aplica asignando la valoracin correspondiente para cada

parmetro.

El factor de ajuste, definido cualitativamente, depende de la orientacin

de las discontinuidades y tiene valores distintos segn se aplique a tneles,

cimentaciones o taludes.


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El resultado de la resta (el factor de ajuste es negativo) es el ndice final

RMR, que puede variar entre 0 y 100, y que clasifica los macizos rocosos en

cinco clases.

Presentamos seguidamente las Tablas dirigidas a la evaluacin expeditiva

de macizos rocosos de Bieniawski:

Tabla 1:Puntaje segn el valor del R.Q.D. (A)

RQD (%) PUNTAJE

90 - 100 2075 - 90 1750 - 75 1325 - 50 8

< 25 3

Tabla 2: Puntaje segn resistencia a la Compresin Simple (B)

ndice del Ensayode Carga Puntual

(Mpa)

Resistencia a laCompresin Simple

(RCS) - (Mpa)Puntaje

> 10 > 250 154 - 10 100 - 250 122 - 4 50 - 100 71 - 2 25 - 50 4

- 10 -25 2- 3 - 10 1

- < 3 0

Tabla 3: Puntaje segn espaciamiento de discontinuidades del juego ms

importante (C)

Espaciamiento (m) Puntaje> 2 20

0.6 - 2.0 150.2 - 0,6 100.06 - 0.2 8

< 0.06 5


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Tabla 4:Puntaje segn las condiciones de las discontinuidades (D)

Descripcin Puntaje

Superficies muy rugosas, de poca extensin,paredes de roca resistente

15

Superficies poco rugosas, apertura menor a 1mm, paredes de roca resistente 12

Idem. Anterior, pero con paredes de rocablanda

7

Superficies suaves o relleno de falla de 1 a 5mm de espesor o apertura de 1 a 5 mm, lasdiscontinuidades se extienden por variosmetros

4

Discontinuidades abiertas, con relleno de fallade ms de 5 mm de espesor o apertura dems de 5 mm, las discontinuidades seextienden por varios metros

0

Tabla 5: Puntaje segn las condiciones del agua subterrnea(E)

Filtracin por cada10m de longitud de

tnel (L/min)

Presin de agua en ladiscontinuidad debido a

la tensin PrincipalMayor

CondicionesGenerales

Puntaje

Nada 0Completamente

Seco15

< 10 0.01 - 0.1ApenasHumedo

12

10 -25 0.1 - 0.2 Humedo 725 - 125 0.2 - 0.5 Goteo 4

> 125 > 0.5 Flujo Continuo 0

Tabla 6:Correccin por la orientacin de las discontinuidades (F)

Evaluacin de lainfluencia de la

orientacin para laobra

Puntajepara

Tneles

Puntaje paraFundaciones

Muy Favorable 0 0Favorable -2 -2

Medio -5 -7Desfavorable -10 -15

Muy Desfavorable -12 -25


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Tabla 7:Categora de la Clasificacin Geomecnica

CLASIFICACION GEOMECANICA FINAL(Bieniawski)

R.M.R.Suma de los

puntajes de lastablas

Presin de agua en ladiscontinuidad debido a

la tensin PrincipalMayor

CondicionesGenerales

81 - 100 Muy bueno I61 - 80 Bueno II41 - 60 Medio III21 - 40 Malo IV

0 - 20 Muy Malo V


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3. CLASIFICACION DE JACOBS ASSOC. (1974)

RSR = ROCK STRUCTURE RATING

Este mtodo establece un modelo sumatorial teniendo en cuenta:

a)

La geologa (tipo de roca, estructura de la roca)b) La fracturacin (rumbo, buzamiento y frecuencia de las

discontinuidades)

c) El efecto del agua (fluencia prevista de agua)

Favorabilidad de las discontinuidades (su relacin con la obra)


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.

:81100

.

:6180

.

:4160

.

:2140

.

:


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4. FALSO TNEL:

A. TIPOLOGIA:

Los falsos tneles convencionales son en su mayora de Concreto Armado

Reforzado, donde el Sistema de Proteccin contra impacto de cada de

rocas lo ofrece el conjunto de cubierta compuesto por la losa maciza de

concreto reforzado con apoyos lineales sobre dos de sus bordes opuestos

(elemento estructural) y capa de material granular (elemento

amortiguador).

Esta tipologa de falso tnel es comnmente usada en terrenos

escarpados y montaosos, sitios que se caracterizan por el espacio

restringido y por cortes abiertos, sin posibilidades de construir un falso tnel

confinado ya sea por un muro o por un cerro testigo (corte en cajn).

La tipologa de falso tnel convencional, en terrenos escarpados y

montaosos tiene la ventaja de poder aprovechar el costado abierto en

beneficio de la iluminacin, ventilacin y seguridad del falso tnel.

B. GEOMETRA:

La geometra del falso tnel est en funcin de las condiciones

geomorfolgicas y estructurales del tipo de roca y/o suelo donde se est

construyendo el tnel. El objetivo es definir una seccin transversal quepermita la proteccin de equipos, personal y herramientas mientras duren

los trabajos extractivos, as mismo en el caso de vas de transporte este

falso tnel deber mantenerse en buenas condiciones durante la vida til

de dicha va.


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C. IMPACTO

El impacto, se define como el evento en el que se transfiere al falso tnel

toda la energa cintica alcanzada por el bloque de roca, justo antes del

choque con la capa de material granular. Cabe anotar, que puede

mediar otro tipo de energa como la rotacional, sin embargo, por ser muy

pequea en relacin a la traslacional.

El impacto en trminos matemticos tambin se puede expresar como la

funcin que define la variacin de la fuerza aplicada al falso tnel en un

lapso de tiempo determinado, la variacin de la fuera durante un

impacto tiene la caracterstica principal de comenzar y terminar en valor

nulo, pasndose por un valor pico en un instante dado.

La correcta simulacin del impacto en la etapa de modelizacin

numrica, se considera determinante, ya que sus caractersticas tales

como: duracin, fuerza mxima o pico, velocidad de carga, forma de la

funcin, forma del bloque o rea de contacto, entre otros, definen gran

parte de la respuesta dinmica para el diseo del falso Tnel.

D. MATERIAL GRANULAR DE LA CAPA DISIPADORA

El material ms usado sobre la cubierta de falsos tneles convencionales

han sido los materiales trreos de grano grueso (suelo grueso granular),

como los tipos de suelo GW y GP de acuerdo con el sistema unificado de

clasificacin (SUCS) (ASTM D 2487) con menos del 12% de finos o sin finos,


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adems del triturado y mezclas de los anteriores suelos con cantos

rodados y pequeos bloques de roca. Los materiales trreos se han

aprovechado en muchos proyectos de falso tnel como capa disipadora

de energa, entre otras razones por su bajo costo y fcil consecucin. La

arena o suelos como el SW y SP y con menos del 12% de finos o sin finos,tambin han sido usados para este fin aunque en menor proporcin en

comparacin con las gravas.

E. LOSA DE CONCRETO REFORZADO

El sistema de proteccin contra impacto de cada de rocas, tal como se

ha definido para esta investigacin es aquel conformado principalmente

por una capa de material granular sobre una losa de concreto reforzado.

Esta losa de concreto reforzado, es la parte estructural del sistema y debe

estar diseada para poder resistir todas las solicitaciones previstas durante

su vida til con un nivel de seguridad adecuado.

E.1. Espesor de la losa : Es funcin del nivel de cargas a que est sometida

la estructura, en especial depende de la energa del impacto del bloque

desprendido, adems de las cargas muertas que estarn actuando de

manera permanente sobre sta, tales como el peso propio de la losa y el

peso del material granular. El espesor de la losa ptimo es el resultado de

un proceso iterativo en el cual se verifica que el diseo de la losa cumple


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todos los requisitos de resistencia y funcionalidad establecidos en la NSR-

10, adems, de verificarse que con este diseo se ofrece la resistencia

adecuada para evitar la falla por punzonamiento de la losa.

E.2. Calidad del concreto: La calidad del concreto, para efectos del

modelo numrico, est definida principalmente por su resistencia a la

compresin simple a los 28 das de fraguado. La calidad de los concretos

usados en los ensayos de losas para falsos tneles convencionales, y en

general los concretos usados en la experimentacin que sirve de base

para la formulacin presentada en cdigos y normas de diseo, se han

concentrado en resistencias entre 15 y 35 MPa. Sin embargo, para falsos

tneles convencionales, debido a su condicin de exposicin y altas

solicitaciones por esfuerzos cortantes y compresivos se recomienda no usar

concretos inferiores a fc= 30 MPa. El lmite superior, se establece en un

valor aproximado al lmite de los concretos considerados de resistencia

normal o el lmite que los separa de concretos de alta resistencia, lo

anterior para tener en cuenta que hasta este lmite son vlidas las teoras

de diseo y anlisis involucradas en esta investigacin. En conclusin se

adopta como intervalo de resistencia valores entre 30 y 40 MPa.

E.3. Densidad del concreto reforzado: El concreto para losas debe ser

concreto de peso normal, definido por la NSR-10 como aquel concretoque contiene agregados que cumplen con lo especificado en NTC 174

(ASTM C33), estos concretos de peso normal oscilan en el intervalo de

densidad entre 2240 y 2400 kg/m3.

E.4. Calidad del acero (Fy):La calidad del acero a usar en la construccin

de un falso tnel, debe cumplir lo especificado por la NSR-10. El acero de

refuerzo para concreto ms comercializado es el grado 60 (Fy= 420 MPa).

Como ejemplo se tiene un acero de refuerzo corrugado grado 60 (Fy= 420

MPa) que cumple la norma tcnica Colombiana NTC 2289 (ASTM A706),

adems de lo anterior el acero a usar debe cumplir los dems

requerimientos de calidad.

E.5. Factor de incremento dinmico para el acero: Las estructuras

sometidas a cargas explosivas o impactos, tal como ocurre con


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estructuras de proteccin contra cada de rocas, responden normalmente

a tasas de deformacin muy altas (sobre 1000 s-1). Y a estas tasas de

deformacin tan altas el esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo se

pude incrementar hasta un 100 % o ms.

IV. HIPOTESIS:

Como hiptesis que podemos tener para la construccin de un tnel en la

zona de Callacpuma es el tipo de roca que luego de ser evaluada y

estudiada preliminarmente nos indica la posibilidad de la construccin de un

Tnel.

Se requiere un anlisis geotecnia y geolgica ms detallada para determinar

las caractersticas, fsicas y qumicas para determinar las soluciones de

ingeniera necesarias para el desarrollo del proyecto.

V. MATERIALES Y METODOS:

A. Brjula Brunton, o brjula de gelogo,

es una herramienta o equipo

diseado para obtener orientaciones

gracias al campo magntico

terrestre, posee una aguja imantada

que se dispone en la misma direccin

que las lneas de magnetismo natural

del planeta. Este equipo se usa para

principalmente medir orientaciones

geogrficas, triangular una ubicacin, medir lineaciones estructurales,

planos y lugares geomtricos de estructuras geolgicas.


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A.1. Mtodo para tomar un dato estructural

Mtodo de contacto. Se utiliza cuando la superficie es lisa y uniforme.

A.2. Mtodo a distancia.

Se utiliza en superficies desiguales o a las cuales no se pueden acceder.

El observador debe desplazar de una localidad donde tiene como

vista la superficie, hasta la localidad donde vea la superficie de canto.

Desde este punto, usted. Obtendr el rumbo al visar un punto delcanto de la superficie con la brjula.

a. Ser una recta de punta para obtener una visual hacia un punto

de Ud. Debe alojar la brjula entre sus manos como se muestra a

la figura.


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b.

Ud. Establecer la visual al alinear la pnula mayor con la lnea

axial del espejo, cuando la brjula este nivelada (posicin que Ud.

Controlar con el nivel de puntera).

B. PICOTA: Es un martillo especialmente

diseado para uso geolgico general, que

se utiliza para romper y extraer las muestras

tomadas en campo.

GPS: El sistema de posicionamiento global

(GPS) es un sistema que permite

determinar en toda la Tierra la posicin de

un objeto (una persona, un vehculo) con

una precisin de hasta centmetros (si se

utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual

son unos pocos metros de precisin. Elsistema fue desarrollado, instalado y

empleado por el Departamento de

Defensa de los Estados Unidos. Para

determinar las posiciones en el globo, el

sistema GPS est constituido por 24 satlites.


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D. Libreta de campo: La libreta de campo constituye el principal medio para

el registro de datos en el campo en donde se anota la informacin

necesaria para diseo y replanteo de los trabajos que se est realizando.

Alteraciones Geolgicas y geotcnicas

Ubicacin de puntos de referencias y

estructuras existentes y por construir

(coordenadas de GPS)

Croquis de ubicacin y dibujos

explicativos de los trabajos a realizar.

Localizacin de muestras, fotografas.

VI. DESARROLLO:

METODO BELGA: Tambin llamado Mtodo clsico de Madrid o mtodo de

galera de clave) es un mtodo para la construccin de tneles. Se basa en

los principios que permitieron la construccin, en 1828, del tnel del Charleroi

en el canal que enlaza Bruselas y Charleroi. Se caracteriza por la progresiva

excavacin de los elementos que componen el tnel, de tal forma que se van

retirando los elementos ms estables del tnel evitando el hundimiento o la

falta de estabilidad del frente. El mtodo se denomina mtodo clsico de

Madrid por ser el mtodo ms empleado en la construccin de los tneles del

metro de Madrid. Se suele aplicar a tneles con un ancho mximo de unos 8

m libres ms 3 m de ambos hastiales, es decir, de un mximo de 11 m.

Este mtodo consiste en realizar la excavacin abriendo una pequea galera

en clave del tnel para ir ensanchndola poco a poco, protegiendo yentibando el frente, hasta permitir hormigonar toda la bveda. El primer

elemento excavado es la bveda del tnel (se suele denominar avance en

bveda o calota). La bveda se sostiene en el terreno mediante un

entramado progresivo de madera. La bveda se asegura con un encofrado y

cuando est asegurada, la parte inferior se va excavando a medida que se


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va asegurando el avance. De esta forma la galera se va construyendo a

medida que se avanza sin poner en riesgo a los trabajadores debido al

hundimiento del tnel. Al abrir pequeas secciones es posible solucionar

cualquier problema que pudiera surgir de inestabilidad, puesto que la

seguridad del mtodo se basa en que se trabaja con un frente muy pequeo,normalmente inferior a 3 m2. Este mtodo tiene la ventaja de estar muy

comprobado en la prctica de la ingeniera civil, aunque su rendimiento es

pequeo.


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VII. RESULTADOS:

De acuerdo los datos tomados en campo se tienen los siguientes resultados.

DESCRIPCION MUESTRA 01 MUESTRA 02 MUESTRA 03 MUESTRA 04

ESTE782,873.53 782,792.71 782,747.52 782,657.50

NORTE9,205,165.38 9,205,254.71 9,205,420.90 9,205,759.26

Carga Puntual (MPA) 82 63 87 72Direccin 184 114 314 266

Orientacin NE SE SE S

Buzamiento 88 68 62 40

Longitud (m.) 1.20 2.60 1.95 3.30No. Discontinuidades (

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