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RECOMENDACIONES DE SOSTENIMIENTO PARA TNELES

M. ROMANA RUIZ

ARTCULO A PUBLICAR EN LA REVISTA DE OBRAS PBLICASOCTUBRE 2000

JULIO 2000

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RECOMENDACIONES DE SOSTENIMIENTO PARA TNELES

M. ROMANA RUIZ

SUMARIO

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1. INTRODUCCIN

Las clasificaciones geomecnicas se han convertido en una herramienta habitual parael reconocimiento de los macizos rocosos en los que van a construirse obras de ingeniera yespecialmente tneles y obras subterrneas.

Existen opiniones contrapuestas sobre las clasificaciones geomecnicas:

En contrax No tienen base cientfica, son meras compilaciones empricas.x Simplifican excesivamente los problemas reales.x Son peligrosas porque personas sin la adecuada formacin pueden pensar que,con una simple aplicacin del mtodo clasificatorio, han resuelto un procesocomplejo.

A favorx Todo el mundo las usa.x Permiten cuantificar hechos naturales complejos.x Establecen un lenguaje tcnico comn.En cualquier caso las clasificaciones constituyen una herramienta vlida ms.

BIENIAWSKI (1997) recomienda que las clasificaciones.... (se usen) en el contexto de unproceso global de diseo ingenieril . Adems indica que deben usarse solo en fasespreliminares y/o de planeamiento, pero no para definir (las medidas) finales de diseo .

La clasificacin Q de Barton (en la que se basa el llamado Mtodo Noruego deTneles) es bastante rgida en la definicin de las medidas de sostenimiento de tneles, que seaplican directamente en obra sin ms comprobacin ni clculo. Las condiciones geolgicas deNoruega son muy diferentes de las de Espaa y quiz por eso esta clasificacin Q se empleamucho menos en nuestro pas, aunque puede tener inters para algn caso especfico (como enel del Tnel Ferroviario de Alta Velocidad bajo la Sierra de Guadarrama donde se utiliz parala caracterizacin del macizo rocoso).

En Espaa la clasificacin geomecnica ms usada es la de BIENIAWSKI (1976,1979 y 1989), que proporciona unas recomendaciones de sostenimiento en funcin del ndiceRMR ( Rock mass rating ). Estas recomendaciones, que se reproducen en el apartado 2, no

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se corresponden con la situacin espaola actual y suelen matizarse en cada caso concreto. Eneste artculo se proponen unas nuevas recomendaciones de excavacin y sostenimiento detneles, basadas en lo que podramos llamar la cultura (los usos y costumbres) del mercadoespaol de la construccin, en este momento y teniendo en cuenta los desarrollos previsibles.

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2. RECOMENDACIONES DE BIENIAWSKI (1989)

La tabla 2.1. recoge las recomendaciones de Bieniawski (versin 1989, que no ha sidomodificada despus) que incluyen los siguientes puntos:

a) Excavacin Particin de la seccin, longitud de pase y tiempo y distancia de construccindel sostenimiento

b) Bulonado Situacin, longitud, espaciamiento y uso de mallazoc) Hormign proyectado Situacin y espesoresd) Cerchas metlicas Requerimiento, tipo y espaciamiento. Necesidad de forros, paraguas y

contrabvedas.

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3. DIVISIN DE LA CLASIFICACIN DE BIENIAWSKI EN SUBCLASES

La clasificacin de BIENIAWSKI ha dividido siempre el ndice RMR dentro de 5clases (I, II, III, IV y V) con las denominaciones desde Muy buena a Muy mala . Cadaclase cubre un intervalo de 20 puntos.

En la prctica las clases no son equiparables entre s. La clase I (Muy buena) es muypoco frecuente porque no abundan los macizos muy poco diaclasados y de gran calidad.

La clase III (Media o Regular) es normalmente la ms frecuente pero cubre un rangodemasiado amplio. Las necesidades de sostenimiento de un tnel de RMR = 40 son muydiferentes de las de un tnel de RMR = 60. El primero probablemente incluir cerchasmientras que el segundo casi nunca se construir con cerchas. Y los espesores de hormignproyectado o la longitud de pase sern tambin diferentes.

La clase IV (Mala) es demasiado amplia. Un tnel de RMR = 20 se excavarmecnicamente, y en condiciones precarias de estabilidad, mientras que en un tnel con RMR= 40 podrn utilizarse las voladuras y las necesidades de sostenimiento, aunque importantes,permitirn unos ciclos de trabajo con rendimientos sistemticos y tolerables.

Por ello proponemos la sustitucin del sistema de 5 Clases por el de 10 Subclases.Cada subclase tiene un rango de 10 puntos y, para mantener un cierto grado de correlacincon la divisin anterior, se denomina con el numeral romano de BIENIAWSKI (I, II, III, IV,V) seguido de una letra: a para la mitad superior y b para la mitad inferior de cada clase. Estasmodificaciones estn ya en uso en el sistema SMR para taludes.

La tabla 3.1. recoge la comparacin entre las clases de BIENIASKI y las subclasespropuestas con la denominacin de cada una.

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TABLA 3.1. CLASIFICACIN MODIFICADA DE BIENIAWSKI EN SUBCLASESY COMPARACIN CON LA ORIGINAL (ROMANA 2000)

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Debe hacerse notar que la Subclase Ia (90 < RMR < 100) es casi imposible dealcanzar, dado que en Espaa son muy escasas las rocas con resistencias a compresin simplesuperiores a 100 Mpa, y en las de resistencia inferior el RMR bsico mximo terico es 92. Enel caso de orientacin favorable el factor de ajuste para tneles es 2 con lo que RMR < 90.

La subclase IV (0 < RMR < 10) es tambin muy poco frecuente. De la lectura de latabla de BIENIAWSKI (1989) parece deducirse que el valor mnimo del RMR bsico es 8.Sin embargo en condiciones desfavorables o muy desfavorables el factor de ajuste vale 10y 12 respectivamente, lo que puede conducir a valores negativos del RMR. En cualquier casono se puede afirmar que un RMR < 10 corresponda a un terreno que pueda asimilarse a unamasa rocosa. Se tratara siempre de terrenos muy tectonizados con juntas muy abiertas y/orellenos gruesos blandos con los bordes muy lisos, con estras de foliacin ( slickensides ), ysu comportamiento sera equivalente al de suelos plsticos con resistencia al corte muyreducida, por lo que se salen fuera del mbito normal de la clasificacin.

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4. RECOMENDACIONES DE EXCAVACIN Y SOSTENIMIENTO

En las tablas 4.1. y 4.2. se presentan unas recomendaciones, para la excavacin y parael sostenimiento de tneles. Se utiliza el RMR, y las subclases definidas en el apartadoanterior.

Como notas generales habra que puntualizar los siguientes aspectos:

a) Se trata de tneles y obras subterrneas con ancho de excavacin entre 10 y 14 m,que es el ms corriente para obras de comunicacin. Muchos tneles hidrulicos yde servicios son de ancho menor, por lo que pueden reducirse las necesidades desostenimiento y simplificarse las de excavacin. Por otra parte las cavernas deancho mayor plantean problemas especficos, y los mtodos de excavacin msidneos no se correlacionan bien con la propuesta de la tabla 4.1.

b) La mayora de estos tneles (de ms de 10 m de anchura) se excava por voladuraspero en el futuro se utilizarn ms las tuneladoras. Puede recomendarse un factorde ajuste complementario para los diversos mtodos de excavacin:x Excavacin con TBM ' RMR = 10x Excavacin mecnica ' RMR = 5x Excavacin por voladuras cuidadosas ' RMR = 0x Excavacin por voladuras deficientes ' RMR = -5 a 10

c) En Espaa el nivel de tensiones tectnicas suele ser bajo y la mayora de lostneles atraviesan sierras cerca de la cumbrera, a profundidades inferiores a 250m. En estas condiciones predomina la tensin vertical, debida al peso. Pero paratensiones tectnicas horizontales, en situaciones complejas, estasrecomendaciones pueden no ser adecuadas.

En cualquier caso no est de ms recalcar que unas recomendaciones son solamenteunas orientaciones, que permiten conocer al proyectista las rdenes de magnitud mshabituales, pero que no le eximen de su obligacin de estudiar y justificar en cada caso lasdisposiciones de proyecto, ni le permiten evadir sus responsabilidades.

En general no es posible, ni deseable, recomendar un valor nico de sostenimientopara cada subclase. Por eso se proponen intervalos. Deber elegirse el valor ms pesimista

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cuando los anchos de tnel sean mayores, el valor del RMR sea ms bajo dentro de la subclasey/o las condiciones de la obra aconsejen mayor seguridad durante la construccin. Los valoresms optimistas estarn indicados, por el contrario, para los anchos de tnel ms reducidos, y/olos valores del RMR ms altos dentro de la subclase.

Hay alternativas casi complementarias. Por ejemplo la seccin partida ms la galerade avance estn indicadas cuando hay problemas de sostenimiento. Por el contrario, la seccinpartida con machn central estn indicadas cuando hay problemas de estabilidad del frente (loque en muchos casos se combina con el uso de cerchas).

Otras alternativas son casi contradictorias. Por ejemplo, el uso de mallazo o el defibras como armadura del hormign proyectado. O la excavacin por galeras mltiples frentea la excavacin a seccin partida.

No es posible tampoco, ni deseable, incluir todos los mtodos de construccin detneles en unas recomendaciones generales. Eso no significa que cualquier mtodo no citadono sea apropiado en condiciones especficas. Por ejemplo, el bulonado del frente es un mtodomuy til de presostenimiento y garantiza la estabilidad del frente mismo. Ni este (ni otrosmtodos tambin tiles en ocasiones) se ha citado por una sola razn: ese uso es menosfrecuente.

Finalmente los tneles en condiciones psimas (RMR < 10) requieren un estudio especfico,caso por caso, que se sale del mbito de cualquier clasificacin. Normalmente se construirnutilizando mtodos especiales muy mecanizados, o bien el terreno se mejorar contratamientos previos a la construccin del tnel.

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TABLA 4.1. RECOMENDACIONES PARA LA EXCAVACIN DE TNELES DE10-14 m DE ANCHO (ROMANA, 2000)

,,E ,,,D ,,,E ,9D ,9E 9D 9E

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(OSDVHPi[LPRHVHOOtPLWHWHyULFRVHJ~Q%,(1,$:6.,(OSDVHUHFRPHQGDGRVHUHILHUHDODH[FDYDFLyQHQFDORWDDYDQFH\HQFDVRGHTXHH[LVWDJDOHUtDGHDYDQFHDOD

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