EVALUACIÓN DE ESTABILIDAD Y DISEÑO DE ENTRADAS DE TÚNELES

EVALUACIÓN DE ESTABILIDAD Y DISEÑO DE ENTRADAS DE TÚNELES

EN MACIZOS ROCOSOS FRÁGILES-MASIVAS

ABSTRACT

En este estudio, se presenta el método sencillo y fiable para la evaluación de la estabilidad de los túneles en rocas quebradizas masivas teniendo en cuenta el efecto de escala de macizo rocoso y la variación de k=  σh/σv. El procedimiento de diseño de fibra de acero reforzado con revestimiento de hormigón proyectado, expuesta a la roca ráfaga también se proporciona en un formato de análisis.

1. INTRODUCCIÓN

Los túneles y la mina subterránea en rocas quebradizas masivas dan lugar a un problema de modo inestable de del macizo rocoso que rodea las aperturas, especialmente en las aberturas profundas donde es probable que ocurran  tensiones altas y anisotrópicos. En esencia, la naturaleza del modo de inestabilidad de las rocas quebradizas masivas alrededor de las aperturas de altos esfuerzos se observa en forma de fallas repentinas con violencia explosiva. Este modo de comportamiento de los túneles y aberturas subterráneos y se nombra como "estallido de la roca" en la literatura de mecánica de rocas. Fallas de ruptura son vistas como una ruptura en fragmentos, bloques o losas, dependiendo del tipo y magnitud de la explosión de la roca. Además de dañar  la estabilidad de las excavaciones, una característica más importante de derrumbes está provocando, muertes y lesiones graves en el sector del túnel y la minería. En resumen los efectos de la explosión de roca deben tenerse en cuenta con mucho cuidado cuando se trata de la selección y dimensionamiento de sistemas de apoyo adecuados para ser utilizados en el túnel esfuerzos excesivos y aperturas de minas subterráneas.

Desde el punto de vista del diseño de este trabajo se presenta el principio y los factores que intervienen en la evaluación de la estabilidad de los túneles al límite en rocas quebradizas masivas. Un método sencillo y fiable para evaluar también se proporciona la estabilidad de aperturas del túnel. Además, un principio general para el diseño de fibra de acero de hormigón proyectado reforzado colocado usando el método de mezcla húmeda se explica en un formato de análisis.

2. EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD DE TÚNELES EN LAS ROCAS QUEBRADIZOS MASIVAS

2.1 Principios Generales

El término "índice de estabilidad" para la evaluación de las minas subterráneas aberturas / túneles ha sido utilizado por varios investigadores como Zaslavskiy, 1972; Sikora y Kidybínski; Nakano, 1979; Waldorf y Exner, 1986; Aydan et.al, 1993; Arioglu, 1995; y Palmström, 1996. En roca frágil masiva, el índice de estabilidad "S" se puede definir como:

S = σm/σt                                   (1)

Dónde:

σm = la resistencia a la compresión uniaxial de un macizo rocoso

σt = el esfuerzo tangencial

σt,r = Esfuerzo tangencial en techo

σt,w = esfuerzo tangencial en la pared

Las tensiones tangenciales que actúan en las masas de roca alrededor de un túnel puede ser aproximadamente calculan, las siguientes expresiones (Hoek and Brown, 1980)

σt,r= (A.k - 1). σv                                                                        (2)

σt,w= (B.k - 1). σv                                                                        (3)

Dónde

A, B = techo y de pared factores para diversas formas de túnel. Por ejemplo (Tabla 1).

Tabla1. factores en función de las formas de Techos y paredes  en un túnel

[pic 1]

k = la relación de la media "σh" horizontal a un esfuerzo de "σv" vertical. Para estimar los valores de k una expresión simplificada presentada por Sheorey de 1994 se puede utilizar:

[pic 2]

Donde, H es la profundidad (m) y Eh (GPa) es el módulo de media masa de roca elástico. Por ejemplo,en el escandinavo Precámbrico y Paleozoico y en las rocas cristalinas de Canadá, los Esfuerzos horizontales son extraordinariamente alto que el esfuerzo vertical hasta unos pocos cientos de metros(Palmström, 1996). Sobre la base de una evaluación de preparación de gráficas dadas por Arjang, 1948 el siguiente enfoque se puede utilizar para el cálculo de k=  valores en:[pic 3]

• Tipos de roca cristalina, como la mayoría de los túneles de carretera minas de roca dura:

k= 5.13 * , H (m)                                                         (5)[pic 4]

La ecuación 4 (Eh = 100 GPa)

• Roca sedimentaria de baja rigidez y rocas satisfechas:

Ecuación 4 (Eh <100 GPa, preferiblemente 25 a 75 GPa)

En la evaluación de la estabilidad de excavaciones subterráneas la continuidad del suelo juega un papel importante en la caracterización de la planta. Un factor de continuidad "CF" se define como una relación de:[pic 5]

[pic 6]

Existen masas de roca continuas como:

• Rocas masivas (ligeramente articulado) con un factor de continuidad CF ≤ ~ 5; o

• Rocas altamente desclasadas y machacadas, donde el factor de continuidad es CF> ~ 100

En otras palabras, las masas de roca discontinuos poseen factores CF entre los valores anteriores mencionado (Palmström, 1996). Teniendo en cuenta el factor de continuidad que corresponde a rocas masivas de la resistencia a la compresión uniaxial del macizo rocoso "σm" puede estimarse (Arıoğlu and Girgin, 1998).

   [pic 7]

[pic 8]

Para Dt = 6,0 a 16,0 m, el valor medio Puede ser tomado como 0,65.[pic 9]

σm = 0,758 σlab ≈ 0,50 σlab                                                   (8)[pic 10]

En el cual,

σm = la resistencia a la compresión uniaxial del macizo rocoso

fs = un factor que define el efecto de escala para la resistencia a la compresión uniaxial

σlab . = la resistencia a la compresión uniaxial de una muestra de roca de laboratorio con un diámetro de

Dlab . = 0,05 m , resistencia de la roca intacta , MPa

Db = el diámetro del bloque de medida, m

Dt = el diámetro del túnel, m

De = el diámetro equivalente de túnel , m

A = el área del túnel, m2

El Índice de Resistencia Geológica (GSI), propuesta por Hoek, 1994 proporciona una herramienta para predecir la reducción de la resistencia del macizo rocoso para diferentes condiciones geológicas. En este análisis, es interesante para hacer uso del enfoque de Hoek para rocas duras, fuertes y frágiles como gneis, granito, Granodiorita, diorita, roca ígnea. Es razonable suponer GSI = 80 para las rocas quebradizas masivos como una valor medio. Usando la relación entre la relación de la fuerza de cohesión "Cm" -en la fuerza situ –to resistencia a la compresión uniaxial de la roca intacta "σlab." y GSI dada por Hoek y Brown, 1998

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