Grado en Ingeniería de Tecnicas Mineras

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1 Escuela Politécnica Superior de Linares Grado en Ingeniería de Tecnicas Mineras Universidad de Jaén Escuela Politécnica Superior de Linares ESTUDIO GEOTÉCNICO DE LA TRAZA DE UN TÚNEL FERROVIARIO Alumno: Cobos García Helena Tutor: Martinez López Julián Departamento: Ingeniería Mecánica y Minera

2 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 1.1. OBJETIVO Y ALCANCE INFORMACIÓN GEOTECNICA UTILIZADA CAMPAÑA DE INVESTIGACIÓN GEOTECNICA TRABAJOS DE CAMPO Campaña realizada en estudios anteriores Campaña realizada por la empresa TYPSA (2009) Sondeos mecánicos a rotación Calicatas Campaña Geofísica Estaciones Geomecánicas Ensayos de permeabilidad Ensayos dilatometricos Campaña adicional realizada por ADIF Sondeos mecánicos a rotación Ensayos de permeabilidad Ensayos piezometricos Campaña complementaria extendida Ensayos in situ Ensayos de Laboratorio ENSAYOS DE LABORATORIO ANALISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS RECONOCIMIENTOS FORMACIONES GEOTECNICAS CONSIDERADAS Descripción de las formaciones geológicas atravesadas Formación de Cuarcitas y Filitas del Invernaideiro (Q QP ).34 2

3 Formación Pizarras de Luarca (Op) Grupo de Santabaia (O G,Q QEC, O E ) Rocas ígneas, Granito de Alberguería(G RA ).Diques de Diabasa (D) Formaciones geotécnicas consideradas Formaciones geotécnicas consideradas CARACTERIZACIÓN GEOTECNICA DE LOS MATERIALES GRUPO 1: Cuarcitas, filitas y gneises sanos o moderadamente meteorizados.gm-i-ii- III GRUPO 2: Pizarras, filitas y esquistos sanos o moderadamente meteorizados.gm-i-ii- III GRUPO 3: Cuarcitas, filitas y gneises meteorizados. GM.IV-V GRUPO 4: Pizarras, filitas y esquistos meteorizados GRUPO 5: Formación cuaternaria depósitos coluviales (Qc), depósitos aluviales (QAI), rellenos(r) y vertidos (V) GRUPO 6: Granitos sanos o moderadamente meteorizados formación. Formación G RA (GM- I-II-III) GRUPO 7: Granitos meteorizados y suelo residual procedente de los granitos (jabres).formación G RA (GM-IV-V) y Q J Resumen de parámetros CRITERIOS DE APROVECHAMIENTO COEFICIENTES DE PASO AGRESIVIDAD AL HORMIGÓN GEOTECNIA DE LAS OBRAS DE LA TIERRA ESTUDIO DE DESMONTES Introducción Estudio de los desmontes existentes Condiciones de excavación Condiciones de estabilidad. Taludes recomendados.184 3

4 Medidas complementarias de protección y drenaje Introducción Sostenimiento Bermas y cunetones de pie de Talud Cuneta de guarda Drenes californianos y mechinales Desmontes singulares Emboquille Oeste del Túnel Cuadro resumen de desmontes ESTUDIOS DE RELLENOS Criterios generales Condiciones generales de estabilidad y asientos Apoyo de rellenos: tratamiento y drenaje Rellenos singulares Cálculo de estabilidad del vertedero RECOMENDACIONES DE TRAZADO EN CAMINOS Y VARIANTES DE CARRETERAS Camino de enlace Caminos de enlace y de servicio y giro a derechas CAPA DE FORMA GEOTECNIA DE LAS CIMENTACIONES DE ESTRUCTURAS CONDICIONES GENERALES DE CIMENTACION Relación de estructuras Coeficiente de balasto vertical y horizontal Conclusiones

5 5.2. CIMENTACIONES DE ESTRUCTURAS SINGULARES Falsos túneles Falsos túneles emboquille Oeste GEOTECNIA DE TÚNELES INTRODUCCIÓN CLASIFICACIONES GEOMECANICAS TUNELES Estructura y tectónica Hidrogeología Tramificación TENSIONES NATURALES CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO EN ELE TÚNEL RESUMEN DE LOS PRINCIPALES PARAMETROS GEOTECNICOS EN EL TUNEL RESUMEN Y CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

6 1. INTRODUCCIÓN El objeto del presente Proyecto de Construcción de un túnel ferroviario, comprende la modificación del método constructivo del túnel (que pasará a llevarse a cabo por métodos convencionales, en lugar de realizarse con tuneladora) y la construcción de una galería de ataque intermedia así como una zona de instalaciones auxiliares. Dicho proyecto se presenta como trabajo fin de grado para la obtención del Título de Graduado en Tecnologías Mineras por la Universidad de Jaén. El proyecto incluye el Anejo elaborado en la Solución Base y las modificaciones incorporadas al mismo en la Solución Variante. El presente Anejo de Geotecnia forma parte del Proyecto de Construcción de Plataforma del Corredor Norte-Noroeste de Alta Velocidad Madrid-Galicia. Tramo: Túnel de Prado vía izquierda. El tramo objeto de estudio está situado al Sur de la provincia de Orense, próximo a la frontera con Portugal, en la comarca denominada Terra do Bolo. Se corresponde principalmente con el proyecto de la vía izquierda de la Línea de Alta Velocidad, si bien en su tramo final incluye ambas vías. La longitud del tramo en vía izquierda es de 7.595,36 m, entre los P.K ,7 y ,06. El proyecto de la vía derecha tan sólo incluye 108,87 m, entre los P.K ,21 y ,08 La orografía en la zona de estudio es complicada y está muy influenciada por la litología del sustrato rocoso, con valles fluviales fuertemente encajados y laderas muy abruptas. A continuación en la Tabla 1 se presenta un resumen de las unidades de obra singulares que constituyen el tramo en estudio: 6

7 Tabla nº 1: Unidades de obra singulares Unidad de obra PK inicio PK final Datos geométricos principales (1) Túnel Prado de Vía Derecha , ,08 L=108,87 m Montera máx= 216 m Vía Izquierda , ,06 L=7595,36 m Montera máx= 218 m (1) Las longitudes consideradas en los túneles incluyen los falsos túneles OBJETIVO Y ALCANCE El presente anejo tiene por objeto proporcionar los datos geotécnicos necesarios para el desarrollo del Proyecto de Construcción de la nueva línea de ferrocarril Madrid-Galicia, en el tramo Túnel de Prado vía izquierda. Se trata de conocer en detalle el comportamiento mecánico de las rocas presentes en el trazado de la línea, a fin de adoptar las recomendaciones geotécnicas adecuadas para cada problemática específica. En él se incluyen los datos y las conclusiones obtenidas de las labores de investigación en campo y laboratorio realizadas hasta la fecha, así como las recomendaciones de tipo geotécnico que se han desprendido de ellos. En concreto, se analizan los siguientes aspectos: Recopilación y análisis de la información geotécnica consultada. Campaña de investigación realizada, así como el análisis y descripción de las condiciones del terreno a lo largo del tramo en estudio, describiendo la naturaleza y los parámetros geotécnicos de las litologías atravesadas, su espesor y distribución del recubrimiento de suelos y de la capa de roca meteorizada. Agrupación de formaciones geotécnicas consideradas con un comportamiento geotécnico similar. Determinación de las características geotécnicas de los materiales reconocidos, en particular, la resistencia a compresión simple, la resistencia al esfuerzo cortante, la deformabilidad de los distintos materiales, su composición química, la permeabilidad del terreno, la agresividad del agua freática, la localización del nivel freático en cada zona, etc. 7

8 Condiciones de excavación y porcentaje de empleo de voladuras para la realización de las excavaciones. Clasificación de los materiales de las formaciones excavadas y posibilidad de empleo en las necesidades de la traza. Definición de los coeficientes de paso, que relacionan la densidad unitaria del terreno excavado en los desmontes, con la del mismo terreno, una vez colocado en obra. Diseño de los taludes admisibles en desmontes en los diferentes tramos del trazado, con indicación de zonas problemáticas donde pueden requerirse medidas de contención. Definición y cálculo de tales medidas si son necesarias. En particular, en el estudio de desmontes se incluyen los criterios adoptados en el estudio de los emboquilles, medidas de refuerzo previstas y taludes a adoptar para su ejecución. Recomendaciones para el apoyo de los rellenos de la traza, diseño de taludes estables para los mismos y medidas complementarias de seguridad, en su caso. Definición de la capa de forma, tramificación y espesor de terreno a sustituir en cada tramo homogéneo. Caracterización geotécnica de los materiales atravesados por los túneles, así como de la estructura del macizo (fallas, contactos, pliegues...), con especial incidencia en los parámetros necesarios para el cálculo de los sostenimientos (peso específico, humedad, resistencias, módulo de deformación, etc.) y los necesarios para elegir el método de excavación (abrasividad Cerchar, Schimazek, etc.) Definición de las condiciones de cimentación de las estructuras, con indicación de tipologías a adoptar, tensiones admisibles y módulos de reacción. Estudio de la estructura y tectónica (fallas, contactos, pliegues...) de los macizos atravesados por los túneles, tramificación con distintos tipos de terreno de similares características geomecánicas y caracterización geotécnica de los materiales atravesados por los túneles con especial incidencia en los parámetros necesarios para el cálculo de los sostenimientos (peso específico, 8

9 humedad, resistencias, módulo de deformación, etc.) y los necesarios para elegir el método de excavación (abrasividad Cerchar, Schimazek, etc.) INFORMACIÓN GEOTECNICA UTILIZADA Para la realización del presente Proyecto, se han consultado principalmente las siguientes fuentes: Campaña geotécnica realizada para el proyecto en estudio por TYPSA, para el Ministerio de Fomento entre marzo y junio de Estudio Informativo del Proyecto del Acceso Ferroviario en Alta Velocidad a Galicia. Tramo Lubián - Orense, realizado por INECO (Octubre de 2003). Mapas geológicos de España (MAGNA) a escala 1/ Hojas nº: 264 (Ginzo de Limia) y 265 (Laza) (IGME 1974 y 1981). Mapa geológico de España a escala 1/ Hoja nº 17/27. Orense / Verín (IGME, 1989). Mapa topográfico provincial de Orense a escala 1/ (IGN, 1997). Ingeopress: Aspectos geotécnicos de los túneles excavados en esquistos y filitas. L.Cornejo y M. Arlandi (2007). Campaña Geológico Geotécnica Complementaria de los Subtramos de Requejo (Zamora) a Porto (Orense), Subtramo 4. Adif (Julio 2010). Parte de esa información se incluye en planos, donde se distinguen los siguientes: Plano de situación: Plano nº1 Planta de trazado: Plano nº2 Climatología e Hidrologia: Cuencas de interceptadas: Plano nº3. Mapa Geológico y su leyenda E:1: : Planos nº 4 y nº 5. Mapa Geológico y su leyenda E:1: : Planos nº6 y nº7. Mapa Geotécnico y su leyenda (IGME): Plano nº 8 y nº9 Perfil Geológico-Geotécnico, leyenda y columna estratigráfica: Planos: nº 10,nº 11 y nº

10 Tras un primer análisis, se ha verificado que las modificaciones incorporadas en el perfil, no resultan decisivas para las principales conclusiones geotécnicas del Proyecto. 2. CAMPAÑA DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA 2.1. TRABAJOS DE CAMPO Inicialmente se ha efectuado un estudio fotogeológico de la traza sobre fotogramas a escala 1:5.000, que se ha completado realizando un recorrido de la traza y visita a las obras existentes en el entorno. Posteriormente se ha realizado un levantamiento geológico-geotécnico de detalle, a escala 1:2.000, extendido a todo el tramo. Se han precisado los contactos entre formaciones y otros datos no recogidos en la cartografía precedente. Se ha complementado con una toma de datos geológicos y geotécnicos de los afloramientos existentes en los taludes próximos a la traza y en el entorno de los emboquilles de la línea de ferrocarril existente Madrid Galicia (puntos de lectura y estaciones geomecánicas). Esta información ha resultado ser de gran utilidad, sobre todo en las zonas de difícil acceso en las que no ha sido posible el reconocimiento del terreno mediante prospecciones geotécnicas. Asimismo, se han tomado datos de los desmontes de las carreteras y del ferrocarril Madrid-Galicia, en aquellas zonas en que éstos se encuentran próximos a la traza (litología, altura e inclinación de los taludes, estructura, condiciones de estabilidad, presencia de agua, etc). En el presente proyecto de Geotecnia se incluyen las fichas de taludes existentes y las estaciones geomecánicas analizadas a lo largo del corredor. Como se ha indicado, se ha adoptado la nueva interpretación geológica realizada por la Universidad de Oviedo en julio de 2010, incorporando los datos de campo recogidos por TYPSA. 10

11 La campaña geotécnica efectuada por TYPSA se desarrolló en dos fases: Una primera fase se ejecutó entre marzo y junio de En base a la misma se elaboró el Proyecto Básico, cuya edición inicial data de septiembre de 2009, y en el que se incorporaron los datos de ensayos recibidos con fecha anterior al 30 de junio de En una segunda fase se realizó una campaña complementaria para el Proyecto de Construcción, ejecutada durante el mes de julio de La campaña de campo para la realización del Proyecto Constructivo ha consistido en la ejecución de un total de: o 11 sondeos mecánicos a rotación, con recuperación continúa de testigo con una longitud total de 1360 metros perforados. o 6 ensayos de permeabilidad tipo Lugeon. o 6 ensayos dilatométricos. o 3 perfiles de prospección geofísica de de longitud comprendida entre 60 m y 480 m, mediante sísmica de refracción, con una longitud total de 660 m. Sobre muestras de terreno obtenidas en los sondeos se ha procedido a realizar los correspondientes ensayos de laboratorio. En los planos comprendidos del nº14 al nº 25, se presenta la planta de investigación geotécnica Campaña realizada en estudios anteriores Se dispone de los datos de la campaña geotécnica realizada en la fase del Estudio Informativo, en la que se perforaron 16 sondeos para la totalidad del tramo Lubián Orense. De los sondeos perforados, únicamente uno de ellos se sitúa próximo al tramo de Proyecto. En la siguiente tabla se resume la investigación efectuada en el Estudio Informativo: 11

12 Tabla nº 2: Posición y profundidad de los sondeos del Estudio Informativo SONDEO P.K. PROF (m) LITOLOGÍA POSICIÓN ST-8 (EI) O QF : Cuarzofilitas de Invernadeiro A unos 90 m al suroeste del trazado en proyecto, al comienzo del túnel de Prado En dicho sondeo se tomaron 3 testigos parafinados, de los cuales se ensayaron dos de ellos. En la tabla 3 se muestra el número de ensayos realizados. También se realizó un ensayo Lugeon. Tabla nº 3: Ensayos realizados en la campaña del Estudio Informativo Denominación de unidad Norma UNE Otras normas Determinación de la humedad natural /93 NLT-102/91 Número en sondeos Determinación de la densidad aparente /94 NLT-156/72 2 Compresión simple en roca / Campaña realizada por TYPSA (2009) Sondeos mecánicos a rotación El sondeo mecánico a rotación es la técnica fundamental en todo reconocimiento geotécnico. Es una perforación de pequeño diámetro, generalmente entre 65 y 140 mm que permite reconocer la naturaleza y la localización de las diferentes capas del subsuelo mediante la extracción continua de testigo de suelo o roca, a la vez que se alterna con ensayos geotécnicos de penetración y extracción de muestras inalteradas, en los casos en que es posible. Las perforaciones se realizan con una sonda de avance hidráulico montada sobre camión o con motricidad autónoma (según las necesidades y características del estudio) dotada de castillete o torre de sondeo y bomba de lodos. El testigo reconocido se aloja en un tubo testigo hueco, en cuyo extremo inferior va roscada una corona de widia o diamante que va realizando la o 50 mm 12

13 perforación. Al extremo superior del tubo va enroscado el varillaje, generalmente de 42 (hueco), para permitir que pase el agua proveniente de la bomba. Durante la ejecución del sondeo, y si el terreno no lo permite, hay que proceder a la entubación del sondeo con la tubería de revestimiento o bien se utilizan lodos bentoníticos que mantienen las paredes sin desmoronamientos. Para los elementos sueltos o muy blandos debe emplearse el tubo simple y para el resto el doble giratorio. Los tubos sencillos se denominan con la letra B seguida del diámetro exterior en mm y los tubos dobles giratorios con la letra T seguida del diámetro exterior. El diámetro exterior de las coronas de las baterías sencillas oscila entre 36 y 146 mm (B-36 a B-146) y el de las coronas de los tubos dobles giratorios entre 36 y 101 mm (T-36 a T-101). La tubería de revestimiento o camisa se introduce en el sondeo para contener hundimientos o cortar fugas de agua (si no se perfora en seco), son de tipo telescópico y permiten el paso del tubo testigo para continuar la perforación. Están normalizadas y su diámetro exterior oscila entre 143 y 54 mm. Se han perforado un total de 11 sondeos mecánicos a rotación, con recuperación continua de testigo. Las prospecciones de campo han sido efectuadas por las empresas Enmacosa, CGS y Geoteyco y han sido supervisados por técnicos de Typsa. Durante la ejecución de estos sondeos se ha procedido a la realización de ensayos SPT y toma de muestras inalteradas en los materiales clasificados como suelos y en los recubrimientos de roca alterada. Para la toma de muestras inalteradas se han utilizado tomamuestras de pared delgada. Los ensayos de Penetración SPT (Standard Penetration Test), se utilizan en Geotecnia para correlacionar diferentes parámetros resistentes de los suelos. Estos ensayos determinan la resistencia de los suelos a la penetración de un tomamuestras partido, permitiendo obtener muestras alteradas de suelo dentro de un sondeo para su identificación, y proporcionando a su vez información sobre la variabilidad y rigidez del suelo. 13

14 Figura 1: Ensayo de penetración SPT Este tipo de ensayos se realiza en el interior de sondeos, en los cuales es necesario limpiar previamente el fondo de la perforación, manteniendo la entubación por encima del nivel de comienzo del ensayo. El equipo necesario para la realización de esta prueba consta de un tomamuestras bipartido de pared gruesa de 51 mm de sección acoplado a un varillaje rígido, en cuyo extremo se coloca la cabeza de golpe y contragolpe, sobre la que impacta una maza de 63.5 kg en caída libre, desde una altura de 76.0 cm. Este equipo suele ir montado sobre el camión de sondeos, acoplado a la sonda y con un funcionamiento automático. En el caso de materiales granulares gruesos, el ensayo se realiza con una puntaza ciega que ofrece unos valores de resistencia pero no recupera la muestra atravesada. En el procedimiento de realización del ensayo se distinguen dos fases. Una primera o hinca de colocación de 15 cm, incluyendo la penetración inicial del tomamuestras bajo su propio peso, y la segunda fase o ensayo de hinca propiamente dicho, en la cual se anota el número de golpes necesarios para 14

15 penetrar adicionalmente 30 cm. Este número obtenido se denomina resistencia a la penetración N. Si los 30 cm de penetración no pueden lograrse con 100 golpes, el ensayo de hinca se dará por terminado. Para la realización de los ensayos de penetración estándar tipo SPT, se ha procedido a la hinca del tomamuestras estándar, con expresión del número de golpes necesarios para hincar tramos de 15 cm con una maza de golpeo de 63,5 Kg. desde una altura de caída de 75 cm. En los tramos perforados en roca, de mayor predominio en este proyecto, donde no es posible la hinca del tomamuestras, se han tomado testigos parafinados a intervalos regulares. Para asegurar la protección de los testigos seleccionados se recubren mediante una capa interior consistente en gasa o venda y una exterior aplicada en la forma de parafina líquida. Al finalizar los sondeos, se ha instalado al menos una tubería de PVC ranurada, protegida con una arqueta en la boca del taladro para medir el nivel freático. Junto con estos ensayos se han efectuado en ciertos sondeos ensayos de permeabilidad tipo Lugeon y ensayos dilatométricos. En la Tabla siguiente se recoge la ubicación, en coordenadas UTM de los sondeos, su situación con respecto al eje derecho y la profundidad alcanzada en cada uno de ellos, así como el objeto con el que se ha realizado el reconocimiento. 15

16 Tabla nº 4: Posición y profundidad de los sondeos Sondeo Posición Coordenadas UTM PK Dist. al eje (m) X (m) Y (m) Z (m) Dcha izda ST ,80 Prof (m) Objeto Túnel Prado ST ,75 ST ,00 ST ,20 ST ,00 ST ,00 ST ,40 ST ,40 ST ,45 ST ,35 ST ,00 Túnel Prado Túnel Prado Túnel Prado Túnel Prado Túnel Prado Túnel Prado Emboq uille Túnel Prado Túnel Prado Túnel Prado Túnel Prado En la siguiente tabla se indica, para los sondeos efectuados, un resumen con los ensayos in situ realizados en cada uno de ellos. 16

17 Tabla nº 5: Resumen de ensayos in situ efectuados en sondeos Sondeo MI (nº) SPT (nº) TP (nº) Ensayos dilatométricos (m) ST ST ST ST ST ST ST ST ST ST ST Ensayos de permeabilidad Lugeon (nº) La situación de los sondeos se ha representado sobre la planta de investigación geotécnica planos del nº14 al nº25, así como en perfil geológicogeotécnico Planos nº11 y nº 12. indicando la profundidad perforada en cada caso. En los planos del nº27 al 33 se incluyen un modelo de registro del sondeo nº ST33 y el reportaje fotográfico del mismo. Se observa que los niveles de agua detectados a lo largo de la traza se sitúan sobre la rasante, correspondiendo generalmente a la interfase roca meteorizada - roca sana. Será únicamente en el entorno del viaducto donde el nivel de agua medido se encuentra bajo la rasante, coincidiendo con los cursos de agua superficiales. Asimismo, es probable que durante la excavación de los túneles exista circulación de agua, discurriendo a favor de los planos de discontinuidad de la roca. Los mayores caudales se producirán en el caso de cortar tramos más alterados con planos abiertos. 17

18 En la tabla 6 se resumen las últimas medidas de los niveles de agua efectuadas, indicando la cota de emboquille del sondeo y la fecha de terminación de la perforación (año 2009). En el Apéndice 5 del presente anejo se incluye una tabla con todas las mediciones de los niveles freáticos efectuadas. Tabla nº 6: Medidas de los niveles de agua SONDEO COTA PROF. SONDEO FECHA TERMIN. PROF. N.F. (Jul-09) ST ,80 22-abr 8,95 ST ,75 07-abr 10,50 ST ,00 12-may 23,70 ST ,20 03-abr 32,00 ST ,00 10-may SURGENTE ST ,00 02-jun 0,50 ST ,40 24-abr 32,8 ST ,40 13-may 8,7 ST ,45 21-may 6,68 SE ,35 23-jun 18,53 ST ,35 17-jun 16,04 ST ,00 21-jun 4, Calicatas Tienen la ventaja que permiten acceder directamente al terreno, pudiéndose observar las variaciones litológicas, estructuras, discontinuidades, etc., así como tomar muestras de gran tamaño para la realización de ensayos y análisis. Las calicatas son uno de los métodos más empleados en el reconocimiento superficial del terreno, y dado su bajo coste y rapidez de realización, constituyen un elemento habitual en cualquier tipo de investigación en el terreno. Sin embargo, cuentan con las siguientes limitaciones: La profundidad no suele exceder de 4m 18

19 La presencia de agua limita su utilidad. El terreno debe poderse excavar con medios mecánicos. Para su ejecución es imprescindible cumplir las normas de seguridad frente a derrumbes de las paredes, así como cerciorarse de la ausencia de instalaciones, conclusiones, cables, etc. En caso que nos ocupa no se han excavado calicatas a lo largo de este tramo. Se han excavado 2 calicatas próximas al tramo en estudio, en el viaducto de Portela, supervisadas directamente por un geólogo experimentado. Todas ellas se han tenido en cuenta a la hora de analizar la excavabilidad, la presencia de nivel freático y el comportamiento de las excavaciones. En todas las calicatas se efectuó el registro de los materiales excavados, anotándose las diferentes litologías que se reconocen, la presencia de agua, las condiciones de estabilidad de las paredes, las dificultades de excavación de la retroexcavadora y todas aquellas observaciones que pudieran tener interés geotécnico. En todas las calicatas se han tomado muestras en saco para su posterior análisis en laboratorio. En la tabla siguiente se muestra la situación de las calicatas excavadas, en coordenadas UTM, su situación con respecto al eje y la profundidad alcanzada en cada una de ellas. Tabla nº 7: Posición y profundidad de las calicatas Calicata Posición Coordenadas UTM Dist. al eje (m) PK X (m) Y (m) Z (m) Dcha Izda Profundidad (m) CD ,00 CE ,90 La situación de las calicatas se ha representado sobre la planta de investigación geotécnica planos del nº14 al nº 25, indicando la profundidad excavada en cada caso. 19

20 Campaña geofísica Se han ejecutado 3 perfiles de prospección geofísica de entre 60 y 480 m de longitud mediante sísmica de refracción. Los objetivos previstos mediante la presente investigación han sido los siguientes: Determinar las velocidades sísmicas (Ondas P) de los materiales del subsuelo en los perfiles trazados Cartografiar litológicamente los materiales existentes, contrastando velocidades hasta una profundidad en torno a metros. Establecer el grado de excavabilidad en los diferentes materiales detectados. Investigar la profundidad del recubrimiento de roca alterada. En la siguiente tabla se resumen los perfiles efectuados y su situación con respecto a los PK de la traza. Tabla nº 8: Perfiles de sísmica de refracción Perfil PK (eje derecho) Coordenadas UTM (inicio perfil) X (m) Y (m) Longitud (m) Objeto / Orientación PS PS PS Emboquille oeste túnel de Prado / Longitudinal Emboquille oeste túnel de Prado / Transversal Túnel de Prado (contacto O 1 con G R ) / Longitudinal 20

21 Estaciones geomecánicas Se han tomado datos estructurales detallados en afloramientos rocosos de buena calidad, y en los desmontes existentes en la actual vía de ferrocarril. Las estaciones geomecánicas, se han levantado a lo largo de todo el trazado, aunque concentrándose de forma preferente en las zonas donde se prevén ejecutar los emboquilles. En total, se han establecido 38 estaciones geomecánicas. Las fichas correspondientes se incluyen en el Apéndice 9. Cada una de las estaciones, incluye lecturas de dirección de buzamiento y valor del buzamiento en juntas, estratificación, foliaciones (esquistosidades) y fallas. Estas medidas, se han completado con datos de litología, grado de meteorización, resistencia de la matriz rocosa, presencia de agua, continuidad, espaciado, tipo y espesor del relleno en juntas, JRC y parámetros geomecánicos para el cálculo de la Q de Barton, índice RMR y GSI Ensayos de permeabilidad La filtración y el flujo del agua a través de la matriz rocosa se produce principalmente a favor de los poros y las fracturas, dependiendo la permeabilidad de la interconexión entre ellos y de otros factores como el grado de meteorización, la anisotropía o el estado de tensiones al que se encuentra sometido el macizo. En general, en un macizo rocoso se define una permeabilidad primaria, asociada al agua que se transmite en la matriz rocosa a través de los poros y microfisuras. Por otra parte, el agua en los macizos rocosos también fluye a favor de las superficies de discontinuidad, definiéndose como permeabilidad secundaria. En general, la permeabilidad de la matriz rocosa es despreciable con respecto a la del macizo rocoso fracturado. Para facilitar la determinación de los valores más representativos en los tramos de túnel del macizo rocoso, se han realizado ensayos de permeabilidad Lugeon in situ, más apropiado para roca, que permite un cálculo bastante fiable del coeficiente de permeabilidad, teniendo presente las siguientes condiciones: Presencia de una capa freática natural Coeficiente K comprendido entre 10-3 cm/s y 10-5 cm/s 21

22 En ausencia de la capa freática la interpretación teórica es muy compleja, debiéndose recurrir a fórmulas empíricas puramente orientativas. En el caso de bajas permeabilidades es necesario acudir a pruebas de laboratorio o a complicadas investigaciones en obras mediante especiales dispositivos piezometricos. Básicamente consiste en inyectar agua a presión en un tramo aislado de sondeo cerrado por uno o dos obturadores, y medir la cantidad de agua admitida por el terreno. Figura 2: ensayo de permeabilidad Lugeon in situ Los ensayos realizados se resumen en la siguiente tabla: Tabla nº 9: Ensayos de permeabilidad Lugeon Sondeo Ensayo Profundidad Formación ST ,00-94,55 O E ST ,00 110,00 ST ,00 114,50 O E O E ST ,00-30,00 G RA ST ,00-40,00 G RA ST ,00-49,00 G RA 22

23 Ensayos dilatométricos Estos ensayos son pruebas de esfuerzo-deformación realizadas directamente sobre el terreno con la finalidad de obtener las características geotécnicas del suelo referentes a su deformabilidad (módulo presiometrico) y características residentes (presión límite). Se efectúan por dilatación mediante un gas de una célula cilíndrica contra las paredes de un sondeo, midiendo la deformación volumétrica del terreno en sentido horizontal correspondiente a cada presión hasta llegar eventualmente a la rotura del terreno. Figura 3. Ensayo dilatométrico A lo largo de la traza de han realizado un total de 6 ensayos dilatométricos, en el interior de los sondeos. En la tabla siguiente se recogen los ensayos dilatométricos realizados, la cota a la que se han hecho y la formación litológica a la que corresponden: 23

24 Tabla nº 10: Ensayos dilatométricos Sondeo Ensayo Profundidad Formación ST ,00 O E ST ,00 O E ST ,00 O QEC ST ,00 O QEC ST ,00 G RA ST ,00 G RA En el Apéndice 7: Ensayos dilatométricos, se recogen los resultados de estos ensayos Campaña adicional realizada por ADIF (2010) Durante los meses de julio, agosto y septiembre de 2010, se ejecutaron nuevos reconocimientos geotécnicos en el ámbito de Proyecto. La información recibida de esta campaña consiste en los datos de 16 sondeos Sondeos mecánicos a rotación Se han perforado un total de 4 sondeos mecánicos a rotación, con recuperación continua de testigo. En algunos sondeos de túnel de gran longitud se ha perforado a destroza hasta la profundidad del túnel. En los tramos perforados en roca se han tomado testigos parafinados para su análisis en laboratorio. Se han efectuado en ciertos sondeos ensayos de permeabilidad tipo Lugeon y ensayos presiodilatométricos. En la tabla siguiente se recoge la ubicación, en coordenadas UTM de los sondeos, su situación con respecto al eje derecho y la profundidad alcanzada en cada uno de ellos, así como el objeto con el que se ha realizado el reconocimiento. 24

25 Tabla nº 11: Sondeos campaña adicional ADIF Sondeo ST Coordenadas UTM X (m) Y (m) Z (m) Posición PK. Dist al eje (m) Dcha Izda Prof (m) , ,00 ST , ,00 Objeto Túnel de Prado Túnel de Prado ST , ,00 Túnel de Prado SD , ,00 Túnel de Prado Ensayos de permeabilidad En la campaña adicional de ADIF se han realizado los siguientes ensayos de permeabilidad tipo Lugeon: Tabla nº 12: Ensayos de permeabilidad Lugeon Sondeo Ensayo Profundidad Formación ST ST ST-49 ST-49 ST ST ,0-209,0 G RA 2 214,0-219,0 G RA 1 116,0 121,0 O QEC 2 116,0 121,0 O QEC 1 98,6 103,6 G RA 2 108,0 113,0 G RA 25

26 Ensayos presiométricos No se han realizado ensayos dilatométrico durante la campaña adicional de ADIF Campaña complementaria extendida Debido a la dificultad de accesos en la zona en estudio, algunos de los apoyos de las estructuras proyectadas no disponen de investigación, si bien se dispone de sondeos cercanos a todos los apoyos y numerosos puntos de lectura y estaciones geomecánicas en las proximidades. Se propone una nueva campaña de investigación, con la finalidad de completar la investigación de las estructuras en los apoyos inaccesibles durante la fase de proyecto. Esta investigación complementaria podrá realizarse durante la fase de obra una vez que se hayan ejecutado los accesos y las plataformas para la construcción de los apoyos de las estructuras. Asimismo, con esta investigación se pretende completar la caracterización geotécnica de los materiales excavados en la traza para su uso en coronación. La campaña propuesta consiste en los siguientes reconocimientos: 2 calicatas para la caracterización de los jabres frente a su posible empleo en los rellenos de los caminos de acceso. Se localizan en el emboquille Oeste del túnel de Prado, donde se estima un espesor de 8,0 m de jabres. Estas calicatas se propusieron en una fase anterior, pero no se realizaron. Los reconocimientos se denominan con la letra C para las calicatas, seguidos de una C de complementario, para diferenciarlos de los sondeos realizados durante la fase de proyecto, y un número ascendente en el sentido de la traza. En el siguiente cuadro se resumen las calicatas propuestas. Se indica la situación con respecto a los puntos kilométricos, la litología existente y el objeto de la investigación: 26

27 Tabla nº 13: Calicatas propuestas para la campaña complementaria en fase de obra. Calicata P.K. Litología Objeto Subtramo CC CC Q J Jabres y granitos meteorizados Q J Jabres y granitos meteorizados Caracterización Caracterización Túnel de Prado. Vía izquierda Túnel de Prado. Vía izquierda Ensayos in situ Durante la ejecución de las calicatas se tomarán dos muestras en saco para su posterior ensayo. Un técnico especialista supervisará y hará un seguimiento de todo el proceso y recogerá toda la información in situ además de otros datos complementarios que puedan ser de interés Ensayos de laboratorio Para la determinación de la carga admisible y la profundidad de cimentación se requieren ensayos de laboratorio de identificación de los materiales, así como ensayos de resistencia y deformabilidad. La nueva campaña permitirá la realización de ensayos Proctor y CBR con material machacado procedente de los sondeos en las formaciones pizarrosas, para comprobar su aptitud como material de coronación de terraplenes. 27

28 Tabla nº 14: Ensayos de laboratorio a realizar en campaña de obra Denominación de unidad Granulometría por tamizado Número en calicatas Determinación de los límites de Atterberg 2 Objeto 2 Caracterización de jabres Caracterización de jabres Determinación de la humedad natural 2 Caracterización de jabres Determinación de la densidad aparente 2 Caracterización de jabres Contenido en materia orgánica 2 Caracterización de jabres Determinación cuantitativa carbonatos Determinación cuantitativa sulfatos 2 Caracterización de jabres 2 Caracterización de jabres Contenido en sales solubles 2 Caracterización de jabres Determinación cualitativa de sulfatos en suelos o agua 2 Caracterización de jabres Proctor modificado 2 Caracterización de jabres CBR 2 Caracterización de jabres 2.2. ENSAYOS DE LABORATORIO Durante la excavación de las calicatas se han tomado muestras alteradas en saco para la realización de ensayos granulométricos y de aprovechamiento de materiales. En los sondeos se han efectuado ensayos SPT, se han tomado muestras inalteradas y testigos parafinados, estos últimos cuando la roca no se encontraba muy fracturada. En algunos sondeos este aspecto ha dificultado la toma de muestras para su posterior análisis en laboratorio. 28

29 Sobre las muestras seleccionadas de calicatas y sondeos se han los siguientes ensayos de laboratorio, con objeto de completar la caracterización de los materiales de la traza, y poder clasificarlos según las indicaciones dadas en el Pliego como materiales aptos para rellenos, todo uno, capa de forma, etc.: Tabla nº 15: Ensayos de laboratorio realizados Denominación de unidad Norma UNE Otras normas Número en catas Número en sondeos Número en estudios anteriores Granulometría por tamizado /95 NLT- 104/ Determinación de los límites de Atterberg / /93 NLT- 105/98 NLT- 106/ Determinación de la humedad natural /93 NLT- 102/ Determinación de la densidad aparente /94 NLT- 156/ Determinación del peso específico /94 ASTM-D- 854/ Determinación de la porosidad Velocidad sónica / Compresión simple en suelos /93 NLT- 202/ Compresión simple en roca / Compresión simple en roca determinando el módulo de Young y el coeficiente de Poisson Triaxial en suelos Triaxial en roca /

30 Denominación de unidad Norma UNE Otras normas Número en catas Número en sondeos Número en estudios anteriores Ensayo de carga puntual Franklin / Corte directo en suelos, consolidado y drenado /98 ASTM Rotura al corte en una discontinuidad Ensayos de tracción indirecta (Brasileño) /90 NLT Ensayo edométrico Hinchamiento Lambe Hinchamiento libre Presión de hinchamiento / Ensayo de colapso - Contenido en materia orgánica NLT- 254/99 NLT- 118/ Determinación cuantitativa de carbonatos /93 NLT- 116/ Determinación cuantitativa de sulfatos /96 NLT- 120/ Contenido en sales solubles - Estabilidad frente al SO 4 Na 7136 Estabilidad frente al SO 4 Mg 1367 NTL- 114/99 NLT- 158/94 NLT- 158/ Acidez de Bauman-Gully - EHE Determinación de la resistencia al desgaste (Micro-Deval) /

31 Denominación de unidad Norma UNE Otras normas Número en catas Número en sondeos Número en estudios anteriores Medida del coeficiente de Friabilidad /89 NLT - 351/ Desgaste los Ángeles /99 NLT- 149/ Determinación del índice Schimazeck (incluido ensy. Petrográfico y brasileño) Drilling rate index Abrasividad cerchar Dureza cerchar Slake durability index - NLT Estabilidad frente al agua (Desmoronamiento) - NLT Proctor modificado CBR / / Análisis de agua - EHE Junto con estos ensayos se han tomado muestras en todos los sondeos ejecutados con la finalidad de realizar ensayos de agresividad de las aguas al hormigón, según los parámetros indicados en la EHE. Además de las aguas recogidas en los sondeos, se han ensayado también las aguas pertenecientes a los diferentes puntos en los que se tomó agua para la refrigeración de la corona durante la perforación. Con esta medida se pretende contrastar los datos obtenidos en ambos ensayos para evitar incurrir en errores de interpretación de los análisis químicos derivados de la contaminación de las aguas del sondeo por las aguas de perforación. 31

32 En la siguiente tabla se indican los sondeos en los que se tomaron muestras y las profundidades a las que se tomaron. Tabla nº 16: Muestras a las que se les ha efectuado ensayos de agresividad Sondeo Profundidad a la que se obtiene la muestra (m) Zona Litología analizada ST-25 8,95 Túnel Prado O QP ST-26 10,50 Túnel Prado O P ST-27 23,70 Túnel Prado O E ST-28 32,00 Túnel Prado O E / O QEC ST-30 0,00 Túnel Prado O QEC ST-31 0,50 Túnel Prado G R ST-32 32,8 Túnel Prado O QEC / G RA ST-33 8,7 Emboquille Túnel Prado G RA ST-35 6,68 Túnel Prado O QEC / G RA ST-47 16,04 Túnel Prado O QP ST-48 4,00 Túnel Prado G RA Las actas con los resultados de los ensayos se incluyen en el Apéndice 8. Resultados de ensayos de laboratorio. 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS RECONOCIMIENTOS En el presente apartado se exponen las características geotécnicas de las diferentes formaciones afectadas a lo largo del trazado, obtenidas a partir de la investigación geotécnica realizada y de los resultados de ensayo de laboratorio disponibles FORMACIONES GEOTÉCNICAS CONSIDERADAS Descripción de las formaciones geológicas atravesadas Las formaciones geológicas diferenciadas a lo largo del trazado, son las siguientes: 32

33 1) Zona Centroibérica: Unidad de los Montes de Invernadeiro: constituida por dos formaciones: Cuarcitas y Filitas del Invernadeiro, que comprenden las unidades de cuarcitas y pizarras (O QP ), cuarzofilitas (O QF ) y niveles ferruginosos (Fe). Formación Luarca: pizarras grises (O P ). Grupo de Santabaia: constituido por las Metavulcanitas de Carraxo (O G ), Cuarcitas y Filitas de Carraxo (Q QEC ) y Esquistos de Baldriz (O E ). 2) Rocas ígneas: Granito de Alberguería (G RA ). Dique de Diabasa (D). Formaciones cuaternarias y depósitos antrópicos: constituidas por depósitos coluviales (Q c ), depósitos aluviales (Q Al ), depósitos eluviales de alteración (Q J ), rellenos (R) y vertidos (V). 3) Formaciones cuaternarias y depósitos antrópicos: constituidas por depósitos coluviales (Q c ), depósitos aluviales (Q Al ), depósitos eluviales de alteración (Q J ), rellenos (R) y vertidos (V). ADIF ha proporcionado un nuevo perfil y planta geológicos a partir de la interpretación realizada por estudiosos de la Universidad de Oviedo, con el objeto de unificar la cartografía geológica de todos los tramos pertenecientes al Corredor de Alta Velocidad Lubián Ourense. La integración en el Proyecto de esta interpretación geológica introduce algunos cambios respecto a las anteriores fases de estudio, principalmente relativos a aspectos formales, tales como nuevas denominaciones de las formaciones geológicas o una mayor distinción dentro de cada grupo geológico en función de diversas litologías. También se incluye la aparición de un grupo litológico nuevo, el Grupo de Santabaia, que en el caso del Proyecto Básico se había incluido como las Formaciones Cuarcitas y Filitas del Invernadeiro y Luarca. La nueva nomenclatura y estas aportaciones no suponen, sin embargo, cambios en las principales conclusiones geotécnicas. Asimismo, los resultados de la campaña adicional de campo y sus correspondientes ensayos de laboratorio se han recibido a mediados de octubre de Para la caracterización geotécnica de los materiales, se han analizado 33

34 los datos recibidos, conjuntamente con los disponibles de la campaña anteriormente realizada por TYPSA Formación Cuarcitas y Filitas del Invernadeiro (O QP ). Esta formación está constituida por metareniscas grises de grano fino y filitas negras (OQP), con todas las posibles combinaciones en cuanto a proporción entre las dos litologías. Presentan también algunas intercalaciones de cuarcitas más duras y resistentes en capas decimétricas y bancos tabulares métricos poco frecuentes. Las metareniscas son rocas amarillentas, blanquecinas a gris claro y marrones claro, de grano fino, bien estratificadas. Las cuarcitas son de tonos grises y marrón claro, bien estratificadas, en capas decimétricas y escasos bancos métricos. En varias ocasiones, se observan abundantes venas y filones de cuarzo blanco que proporcionan mayor dureza a la roca. Las filitas, se presentan como rocas de aspecto pizarroso, grises y negras, ligeramente satinadas, con una foliación muy penetrativa (esquistosidad). En su mayor parte son filitas arenosas, caracterizadas por intercalaciones milimétricas de niveles arenosos, lentejonares, de grano muy fino. Los niveles areniscosos, dentro de las filitas, pueden ser de espesor milimétrico y forma lentejonar, acuñándose lateramente. Las capas de metareniscas, pueden incluir niveles milimétricos de filitas por donde se abre el testigo fácilmente Formación Pizarras de Luarca (O P ). Penetrativa de fase 1 (esquistosidad), que les confiere su aspecto hojoso. Aflora de forma característica, dando crestones alargados y muy continuos en el paisaje, según la dirección de la esquistosidad. En sondeos, se han cortado filitas, esquistos y cuarzo-esquistos. Estos últimos, con proporciones muy variables de venas de cuarzo blanco, desde un 5 10% hasta el 50 Está constituida por filitas grises y negras, ligeramente satinadas, muy monótonas, con intercalaciones centimétricas de niveles grafitosos negros y metareniscas muy ocasionales. En ocasiones, se describen 34

35 como pizarras negras, de aspecto mate, debido a un menor grado de recristalización de los minerales. Presentan una foliación muy 60%. Estos datos son importantes de cara a la abrasividad de la formación en zonas determinadas Grupo de Santabaia (O G, O QEC y O E ). Comprende tres formaciones: Metavulcanitas de Carraxo, Cuarcitas y Filitas de Carraxo y Esquistos de Baldriz. Las Metavulcanitas de Carraxo (OG), Están constituidas por gneises cuarzofeldespáticos grises, con grandes cristales de feldespato y cuarzos con colores azulados. La matriz contiene abundante biotita, cuarzo, plagioclasa, feldespato potásico y moscovita; con proporciones menores de clorita, circón, rutilo y apatito (FARIAS, 1990). En el área del tramo estudiado, afloran únicamente en el roof-pendant de Riobóo, rodeados por el granito de Alberguería. Las Cuarcitas y Filitas de Carraxo (OQEC), están constituidas por cuarcitas y metareniscas grises y amarillentas en capas decimétricas y centimétricas, que alternan con filitas gris oscuro intercaladas. El contacto entre esta unidad y el granito de Alberguería (GRA), da lugar a un metamorfismo de contacto sobre la primera, con el desarrollo de rocas mosqueadas y numerosas intrusiones graníticas en forma de diques, filones y bolsadas de espesor decimétrico y métrico. Los efectos de este metamorfismo de contacto, son variables y van desde el desarrollo de minerales (biotitas) en las filitas y en los niveles más micáceos de las cuarcitas (facies mosqueadas ), hasta la transformación de las metareniscas y filitas originales en rocas de mayor grado metamórfico, como cuarcitas cuarzofeldespáticas y esquistos. En los sondeos, se cortan esquistos micáceos (biotíticos y moscovíticos), con variable proporción de venas de cuarzo, cuarcitas y metareniscas recristalizadas, con numerosos diques de granito intruidos, con contactos netos. Los Esquistos de Baldriz (OE), están constituidos por filitas y esquistos gris oscuro a negros, satinados, con niveles de cuarzo intercalados, que les dan 35

36 resistencia a la erosión y forman crestones alineados. Presentan colores marrónrojizos por alteración. Ocasionalmente, se han observado niveles centimétricos, muy escasos, de metareniscas amarillentas y grises de grano fino. Esta formación, está afectada por la Falla dúctil de Laza en toda su anchura, desarrollando estructuras S C y una foliación de tipo milonítico (SC) Rocas Ígneas. Granito de Alberguería (G RA ). Diques de Diabasa (D). En los últimos 3,9 km de la traza, afectando principalmente al Túnel de Prado, se atraviesa el de Alberguería Granito (GRA). Su resistencia a la erosión, origina un fuerte relieve atravesado al final del trazado. En la zona de estudio el granito encaja solamente en la formación Cuarcitas y Filitas de Carraxo (Grupo de Santabaia), generando el correspondiente metamorfismo de contacto en estas rocas. Petrológicamente se trata de un granito de dos micas moderadamente leucocrático, de grano medio a grueso, equigranular de tonos blancos cuando está sano, y marrón rojizo o amarillento por óxidos, cuando está meteorizado. Cerca del encajante, suele presentar numerosas bolsadas y diques de pegmatitas con tamaño de grano muy grueso tamaño de grano muy fino. y, ocasionalmente, diques de aplitas con En los sondeos realizados, se corta un granito con las mismas características que en los afloramientos. Presenta numerosos diques y bolsadas pegmatíticas, de grano muy grueso. Destacan los grandes espesores de jabre, con 9,0 y 20 m, detectados en los sondeos ST-33 y SD-34 (Túnel de Prado, boca oeste). Se ha reconocido un dique de diabasa (D) en el sondeo ST-30, a 118 m de profundidad (P.K ). Son rocas duras, oscuras, gris-verdoso, de grano fino, textura dolerítica, ligeramente porfídica y de composición basáltica. La mineralogía está compuesta de plagioclasas y anfíboles Formaciones Cuaternarias y Antrópicas (Q Al, Q c, Q J, R y V) El desarrollo de suelos cuaternarios es escaso en general, exceptuando el final del trazado, a la salida del Túnel de Prado. El fuerte relieve originado por el intenso encajamiento de los ríos y arroyos, está sometido a una importante 36

37 erosión que dificulta el desarrollo y la acumulación de suelos en un espesor suficientemente grande (> 2 m), como para ser considerado en la cartografía geológico geotécnica. No obstante, de forma puntual, se han observado acumulaciones relativamente importantes de depósitos aluviales y de ladera que se han cartografiado. Sobre las rocas de las formaciones existentes en el tramo, se han observado pequeños depósitos coluviales (QC), suelos eluviales con gran desarrollo (QJ) y algunos aluviales (QAL) más escasos. Se han observado depósitos de origen antrópico, debidos a la infraestructura del antiguo ferrocarril existente en la zona. Se trata de rellenos (R) y vertidos (V) de materiales pétreos, procedentes de la excavación de túneles. A continuación se describen brevemente las características de estos depósitos: Depósitos coluviales (Qc): Están constituidos por cantos angulosos de filitas, metareniscas, esquistos y granitos englobados en una matriz areno limosa ó arcillosa de tonos crema, marrones, pardos y rojizos. La naturaleza de los cantos depende de la formación litológica existente en el área fuente. Los espesores máximos observados en sondeos llegan a los 3 m. El trazado cruza estos depósitos en varios puntos, aunque todos en túnel. Depósitos aluviales (Q Al ): Son escasos en este tramo. El trazado no cruza estos depósitos en ningún punto. Se han cartografiado pequeños depósitos próximos hacia los pk y Los depósitos más importantes son los aluviales de río Arnoia, al Norte de la traza. Están constituidos por limos arenosos y gravas de cuarcitas, filitas y granitos con matriz limo-arenosa. Depósitos eluviales (Q J ): En zonas puntuales del Granito de Alberguería, al final del trazado, en la boca de salida del Túnel de Prado, se han observado granitos alterados in situ a jabres, con GM V. En ellos se reconocen las estructuras originales del granito, con diques y bolsas pegmatíticas, aplíticas y filones de cuarzo sin alterar. Su espesor, observado en algunos afloramientos es de 2 3 m de forma puntual. En los sondeos (ST-33 y SD-34), se han perforado entre 9 y 20 m de jabres, con algunos bolos de granito intercalados. 37

38 Rellenos y Vertidos (R y V): Los rellenos (R) son los terraplenes y pedraplenes del ferrocarril actual. Están constituidos por cantos y bloques de distintas litologías (filitas, cuarcitas, granitos) procedentes de la excavación de los numerosos túneles existentes. Los vertidos (V), son materiales sin compactar, relacionados también con la excavación de los túneles de la vía actual. Son materiales sobrantes no utilizados para construir rellenos. Se vertían adosados a los propios terraplenes o cerca de las bocas de los túneles de los que procedían (escombreras). Los espesores detectados en la investigación, han oscilado entre 0,5 6,50 m (ST-25). Sin embargo, los grandes rellenos visibles del ferrocarril actual, indican que se puede alcanzar espesores superiores a los 30 m en el centro de dichos grandes terraplenes Formaciones geotécnicas consideradas Para la caracterización geotécnica se han agrupado algunas formaciones en las que el comportamiento geotécnico se considera similar. De este modo, se han analizado conjuntamente, por un lado, las formaciones geológicas OQP -alternancias de cuarcitas y pizarras-, de la Unidad de Invernadeiro, junto a las formaciones OQEC -alternancia de cuarcitas y esquistos y OG gneises, del Grupo de Santabaia, constituyendo el GRUPO 1. Por otro lado, se han agrupado las formaciones OP pizarras grises silíceas - y OE esquistos de Baldriz del Grupo de Sanatabaia, denominándolas a todas ellas GRUPO 2. En la práctica, se podrían agrupar también estos dos grupos geotécnicos, dado que en realidad resultan geotécnicamente muy parecidas, como se observa en los apartados siguientes. Su mayor diferencia es debida a la presencia de areniscas y cuarcitas en el primer grupo, debido a lo cual es posible que los desgastes de cortadores en esta formación sean superiores. Se considera que las rocas con grados de meteorización IV y V tienen comportamiento próximo a los suelos y como tal se han caracterizado, asignándoles los rangos de valores de RMR por debajo de 40 puntos. Por consiguiente, las formaciones se han agrupado en los siguientes grupos geotécnicos: 38

39 GRUPO 1 Unidad Invernadeiro y Grupo de Santabaia, caracterizados por alternancias de cuarcitas y esquistos sanos a moderadamente meteorizados y gneises. O QP, O QEC y O G (GM-I-II-III). GRUPO 2 Pizarras y filitas sanas a moderadamente meteorizadas. Formaciones O P y O E (GM-I-II-III). GRUPO 3 Unidad Invernadeiro y Santabaia meteorizadas. O QP, O QEC y O G (GM. IV-V) GRUPO 4 Pizarras y filitas meteorizadas. Formaciónes O P y O E (meteorización GM. IV-V). GRUPO 5 Formaciones cuaternarias con depósitos coluviales (Q C ), depósitos Aluviales (Q Al ), rellenos (R) y vertidos (V). GRUPO 6 Granitos sanos o moderadamente meteorizados. Formación G RA (GM-I-II-III) GRUPO 7 Granitos meteorizados y suelo residual procedente de los granitos (jabres). Formación G RA (GM. IV-V) y Q J CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DE LOS MATERIALES En el presente apartado se resumen las características geotécnicas de las distintas formaciones geotécnicas diferenciadas a partir de las investigaciones realizadas GRUPO 1: Cuarcitas, filitas y gneises sanos a moderadamente meteorizados. GM I-II-III. Este grupo geotécnico comprende a la Unidad del Invernadeiro y el Grupo de Santabaia, con las formaciones Cuarcitas y Filitas del Invernadeiro (OQP, OQF, Fe), Cuarcitas y Filitas de Carraxo (OQEC) y Metavulcanitas de Carraxo (OG). Se caracteriza por la presencia de rocas silíceas abrasivas como cuarcitas y gneises. 39

40 La traza atraviesa este numeroso Grupo geotécnico entre Riobó y el contacto con el granito de Alberguería y en el roof pendant de Riobóo. Cerca del granito, la formación OQEC, se presenta afectado por metamorfismo de contacto, con desarrollo de biotitas y otros minerales (facies mosqueadas ). El túnel de Prado afectará a este Grupo. Para el análisis de estas rocas, en los ensayos de identificación y los de resistencia, se ha realizado una distinción de las muestras con mayor o menor grado de meteorización, denominando GRUPO 1A aquellas muestras con G.M. I ó II y GRUPO 1B a las que se han caracterizado con un grado de meteorización G.M. III. Sin embargo, de este análisis no se han sustraído importantes conclusiones debido a la poca representación de muestras con grados de alteración G.M. III. Ensayos de identificación. La roca en estado sano, grado II o inferior, presenta una densidad seca media de 26 kn/m3, con valores que oscilan entre 24 y 28 kn/m3. La densidad aparente oscila en el mismo rango de valores que la densidad seca, debido a que la humedad, en general, ha resultado muy baja. La roca moderadamente meteorizada, con grado III, muestra una densidad seca media de 25,4 kn/m3 y aparente de 25,8 kn/m3, con variaciones de 23 a 28 kn/m3 en ambos casos. La humedad natural en las muestras de los sondeos varía entre 0,1% y 3,6%, con un valor promedio de 0,8% en la roca con grados de meteorización I y II. La porosidad de 10 muestras presenta una gran dispersión, obteniendo valores comprendidos entre 1,3% y 12,60%, con un valor promedio de 6,10%. Para las muestras de grado III, se han obtenido valores entre 0,10% y 5,60%, con una media de 1,60%. La porosidad ha oscilado entre 2,30% y 16,60%, con un valor medio de 9%. En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, densidad aparente, humedad y porosidad obtenidos de las muestras de los sondeos en estos materiales: 40

41 Tabla nº 17: GRUPO1A. Resumen de ensayos de identificación. GM. I-II Densidad seca Densidad aparente Humedad Porosidad (kn/m 3 ) (kn/m 3 ) (%) (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,2 26,5 0,8 6,1 28,2 28,4 3,6 12,6 23,6 24,1 0,1 1,3 0,9 0,9 0,8 4,2 Tabla nº 18: GRUPO1B. Resumen de ensayos de identificación GM. III Densidad seca Densidad aparente Humedad Porosidad (kn/m 3 ) (kn/m 3 ) (%) (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo ,4 25,8 1,6 9 27,8 27,9 5,6 16, ,8 0,1 2,3 Ensayos de resistencia y deformabilidad. Se han realizado 28 ensayos de resistencia a compresión simple en los materiales del grupo 1, obteniendo los siguientes resultados: 41

42 Tabla nº 19: GRUPO 1. Resumen de ensayos de RCS. Resistencia a compresión simple (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 28 24,8 104,4 4,7 22,6 Tal como se deduce de la tabla anterior, los valores resultantes de los ensayos muestran, a priori, una gran dispersión. En general, en rocas que presentan planos de esquistosidad, tales como las que forman el grupo geotécnico 1, es complicado obtener unos parámetros representativos de la roca intacta, dado que al extraer el testigo de roca del sondeo, éste se abre por los planos de esquistosidad. Además, los resultados también dependen mucho de la orientación de la esquistosidad en relación a la dirección de aplicación de la carga en el ensayo de resistencia a compresión simple. Otro factor que puede influir en los resultados puede ser el grado de alteración de la roca y la profundidad a la que se ha recogido la muestra. De este modo, se ha realizado un análisis de la influencia de estos factores en la resistencia a compresión simple de la roca intacta. Los valores de resistencia a compresión simple deducidos de sondeos en roca del grupo 1A, presentan una gran dispersión, desde 4,9 MPa hasta 104 MPa, con un valor medio de 28,3 MPa. Para la roca moderadamente meteorizada el valor medio es 12,1 MPa, oscilando entre 4,7 y 30,5 MPa. En los siguientes cuadros se presentan los valores estadísticos obtenidos en los ensayos de resistencia a compresión simple: 42

43 Tabla nº 20: GRUPO 1A. Resumen de ensayos de RCS G.M. I-II Resistencia a compresión simple (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 22 28,3 104,4 4,9 24 Tabla nº 21: GRUPO 1B Resumen de ensayos de RCS G.M. III Resistencia a compresión simple (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 6 12,1 30,5 4,7 9,6 El valor de 104 MPa corresponde con una muestra ensayada en metabasita, por lo que no es representativa del grupo geotécnico. También se han desechado otros ensayos con valores muy bajos de resistencia a compresión simple que no resultan muy reales. En la siguiente gráfica (figura 4) se observa la variación de la resistencia a compresión simple con la profundidad, diferenciando las muestras por su grado de meteorización: 43

44 Profundidad (m) 0,00 RCS (MPa) 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 GRUPO1A GRUPO1B 200,00 Figura 4: Relación de la resistencia a compresión simple con la profundidad Como se observa en el gráfico, no hay una correlación clara entre los valores de la resistencia a compresión simple y la profundidad de las muestras. Se deduce que las muestras ensayadas con grados de meteorización I a II presentan valores de la resistencia a compresión simple en general superiores a los obtenidos para las muestras de grados de meteorización III. En las figuras 5, 6 y 7, se presentan otros datos sobre resistencia a la compresión simple. 44

45 Población de qu Población de qu >40 Rango valores de qu (MPa) Grupo 1 Figura 5: Rangos de valores de resistencia a compresión simple. Frecuencias Grupo 1A Grupo 1B Rango valores de qu (MPa) Figura 6: Rangos de valores de resistencia a compresión simple distinguiendo grados de meteorización. Frecuencias 45

46 9,8 5,2 7,77 4,89 6,96 7,93 4,69 5,7 10,24 11,8 11,59 17,2 15,8 13,8 10,2 25,92 25,78 22,6 30,32 34,1 30,9 30,51 69,33 104,4 41,5 42,1 43,9 50 Valores de qu (MPa) 120 Grupo Grupo >40 Rango valores de qu (MPa) Figura 7: Rangos de valores de resistencia a compresión simple. Valores. Por otro lado, en un artículo publicado en la revista Ingeopres, que data de noviembre de 2007 Aspectos geotécnicos de los túneles excavados en esquistos y filitas. L. Cornejo, M. Arlandi, se hace referencia a que, en general, las rocas esquistosas presentan una marcada anisotropía de resistencia. Dicho de otra forma, la esquistosidad ejerce una gran influencia en la resistencia de la roca, de modo que, para valores del ángulo de esquistosidad pequeños, la resistencia aumenta, en valores intermedios la resistencia es menor y a medida que aumenta dicho ángulo, la resistencia vuelve a aumentar. Para estudiar este aspecto, en el artículo se sugiere elaborar un gráfico donde se muestra la relación entre la resistencia a la compresión simple con el ángulo que forma la esquistosidad con la dirección de la carga del ensayo uniaxial, esto es, la vertical. Particularizando para las muestras disponibles, se obtiene el siguiente gráfico: 46

47 RCS (MPa) 110,00 100,00 90,00 GRUPO 1A GRUPO 1B 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0, Beta b (º) Figura 8: GRUPO 1. Relación de la resistencia a compresión simple con la orientación de la esquistosidad. 47

48 Promedio de q u ( ) BETA ( ) Figura 9: GRUPO 1. Valores medios de la resistencia a compresión simple en relación con la orientación de la esquistosidad. Como se observa en el gráfico anterior (figura 9), la mayor concentración de valores se encuentra en las muestras con un ángulo alrededor de 45º, con valores que oscilan desde 4,89 hasta 25,92 MPa. En general, para los valores de altos (ángulos de esquistosidad subhorizontales), iguales o superiores a 40º, se han obtenido resistencias a compresión simple superiores que para los valores de inferiores a 40º, como cabe esperar. En los sondeos se ha verificado que las muestras en general se abren fácilmente por las esquistosidades, por lo que no es de extrañar que en direcciones más o menos paralelas a la carga, la rotura se produzca para valores bajos de la misma. De hecho, en la mayor parte de las muestras ensayadas, la rotura se ha producido a favor de los planos de esquistosidad. 48

49 En la siguiente tabla se muestran los promedios obtenidos: Tabla nº 22. GRUPO1. Resumen de ensayos RCS (MPa) en relación con el ángulo α < 45º α> 45º Nº de valores Promedio qu (MPa) ,6 17,4 Máximo Mínimo 69,3 42,1 4,7 4,9 Desviación estándar Además de lo anterior, los resultados de resistencia a compresión simple derivados de ensayos de carga puntual, ensayo Franklin, en los que no influye la esquistosidad, han resultado inferiores a los obtenidos en los ensayos de resistencia a compresión simple, tal como se indica en las siguientes tablas: Tabla nº 23. GRUPO 1A. Resumen de ensayos de carga puntual Franklin Resistencia a compresión simple (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 2 2,2 2,7 1,7 0,7 49

50 En seis de los ensayos de resistencia a compresión simple de las muestras del grupo 1 se han medido las deformaciones uniaxiales con el fin de determinar los parámetros deformacionales del macizo. Los valores estadísticos obtenidos han sido los siguientes: Tabla nº24.grupo 1. Resumen de ensayos de módulos de Young y Poisson ensayos de resistencia a compresión simple con bandas. Módulo de Young Módulo de Poisson E (MPa) Nº de valores 6 6 Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar , , , ,2 0,12 Según la bibliografía consultada (Cimentaciones, Rodríguez Ortiz et al.), los coeficientes de Poisson habituales para estas rocas están en el entorno de 0,12 a 0,20, por lo que en general se encuentran en rango inferior de estos límites, a excepción de dos valores que resultan superiores. A partir de estos ensayos, para la roca intacta del grupo 1 se ha tomado un módulo de deformación de MPa, que se encuentra en el entorno del valor medio. No se han realizado ensayos dilatométricos en el tramo en proyecto. Por tanto, para la caracterización geotécnica se tienen en consideración los realizados en tramos adyacentes. Los resultados obtenidos se muestran a continuación: Tabla nº 25. GRUPO 1. Resumen de ensayos dilatométricos en tramos adyacentes. 50

51 GRUPO 1A (MPa) GRUPO 1B (MPa) TOTAL (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar Durante la campaña de ampliación no se efectuaron ensayos presiómetricos en estos materiales. En estos valores se han presentado desviaciones muy importantes. La relación entre los valores de módulos de deformación y resistencia a compresión simple debe encontrarse entre 200 y 500. En el caso de este grupo geotécnico, se han obtenido valores del cociente Ei/ci comprendidos entre 13 y 500. Para las condiciones específicas de terreno y montera del túnel se particularizarán los valores de módulos de deformación a emplear en los cálculos comprobando que se encuentran dentro de los órdenes de magnitud de los resultados de los ensayos in situ. Tabla nº 26. GRUPO 1. Resultados de ensayos triaxiales. 1 (MPa) 3 (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,4 1,8 64,3 4,1 7,1 0,6 22,3 1,2 Se dispone de 12 ensayos de tracción indirecta o brasileños. Los valores estadísticos de dichos ensayos se presentan a continuación: 51

52 Tabla nº27: GRUPO 1. Resumen de resultados de ensayos de ensayos brasileños Ensayos brasileños (MPa) Nº de valores 12 Promedio 4 Máximo Mínimo Desviación estándar 10,7 1,2 3,4 Para caracterizar las propiedades de la roca intacta se emplean los datos derivados de los ensayos de resistencia a compresión simple, brasileños y triaxiales. No se disponen de suficientes ensayos triaxiales y brasileños, por lo que se estima oportuno considerar los ensayos realizados para la misma formación en zonas próximas. Se tienen en cuenta, por tanto, los datos obtenidos en los ensayos realizados en tramos adyacentes, con el fin de afinar el cálculo de los parámetros del macizo rocoso. Se ha considerado el criterio desarrollado por Hoek y Brown, en el que se determina la tensión máxima (σ 1) que produce la plastificación del material para una tensión principal menor (σ 3) dada mediante la expresión: a ci m 3' b s ci ' 1 ' 3 + (1) donde: σ 1 y σ 3 : tensiones efectivas máxima y mínima en rotura. m b : constante de Hoek y Brown para macizos rocosos. s y a: constantes que dependen de las características del macizo rocoso. σ ci : resistencia a compresión simple de los bloques de roca intacta. 52

53 Para los bloques de roca intacta, los valores de a y s son respectivamente 0,5 y por tanto, aplicando el criterio en esta hipótesis, se obtiene: 3 ' 1 ' 3 + i 1 ci 0,5 ' ci m (2) donde: m i : constante de Hoek y Brown para roca intacta. La determinación del parámetro mi de la matriz de roca inalterada se ha efectuado mediante la realización de ensayos triaxiales, de resistencia a compresión simple y brasileños, sobre muestras de testigos parafinados. Para obtener el valor de mi se ha realizado en la ecuación (2) el cambio: y = ( 1 3 )² (3) x = 3 Con lo que el criterio de rotura toma la forma: y = m ci. x + ci 2 (4) Representando los valores de x e y en una gráfica, el valor de mi se obtiene aproximando los resultados de los ensayos efectuados mediante una recta ajustada por el método de los mínimos cuadrados, incluyendo los valores de la resistencia a compresión simple y de resistencia a tracción. Resulta, por tanto: ( 1 3)² = mi. ci. 3 + ci² de esta expresión se obtiene mi y ci. Para la correlación se han empleado los valores de los ensayos de laboratorio correspondientes a las muestras de grados de alteración I, II y III, eliminando los valores que despuntan tanto por arriba o por abajo. La correlación resultante se muestra en la siguiente figura: 53

54 CORRELACIÓN HOEK-BROWN y = 157,81x + 476,31 R 2 = 0, ( 1-3) Figura 10: Correlación de Hoek y Brown De donde se obtiene: m i = 7,23 ci = 21,82 MPa Si se considera que los ensayos realizados sobre roca del grupo 1A son más representativos para la estimación de la resistencia de la roca intacta, el valor obtenido con el criterio de Hoek y Brown es del mismo orden de magnitud que la media de éstos (22 MPa). Por otro lado, tal como se ha desarrollado anteriormente, los ensayos sobre muestras que presentan un ángulo de esquistosidad de 45º o inferior respecto a la horizontal son más realistas. En los ensayos disponibles en este tramo se ha obtenido un promedio de unos 24 MPa, algo inferior al valor obtenido mediante este último análisis. Sin embargo, hay que reseñar que en este análisis se tienen en cuenta, además de los ensayos de resistencia a compresión simple, los ensayos triaxiales y brasileños. Para la caracterización de estos materiales se tomará un valor de la resistencia a compresión simple de la roca intacta de 22 MPa. 54

55 El valor de mi resulta inferior a los valores habituales para las areniscas, en las que suele ser del orden de 17±3, y muy parecido al valor recomendado para las filitas, de 7±3. No obstante, el grado de correlación obtenido es muy bajo. Figura 11: Valores de mi en las rocas del grupo 1 Con los valores anteriores se ha elaborado la curva que define el criterio de plastificación de Hoek y Brown: 55

56 Figura 12: Criterio de plastificación de Hoek y Brown El valor de la resistencia a compresión simple así obtenido es ligeramente inferior a la media estricta de los valores de ensayo, mientras que el valor de mi resulta muy inferior a los valores habituales para este tipo de roca. Para definir los parámetros de Mohr Coulomb se realiza el ajuste con el criterio lineal de Mohr-Coulomb, cuya expresión es: 1 c K 3 Donde la constante K queda definida por: K 1 sen 1 sen es el ángulo de rozamiento interno de la roca Por tanto, el valor de la cohesión y del ángulo de rozamiento puede deducirse a partir de las siguientes expresiones: 2 atan 90 1 sen c c 2cos En la siguiente gráfica se presenta la recta de Mohr-Coulomb para el grupo 1. Se ha tomado una recta secante de modo conservador. 56

57 Tensión principal mayor 1 (MPa) CORRELACIÓN HOEK-BROWN & MOHR-COULOMB GRUPO 1 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0-10,0-5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 Tensión principal menor 3 (MPa) Coulomb Figura 13: Correlación criterio de plastificación de Hoek y Brown y Mohr Empleando una resistencia a compresión simple igual al promedio de los ensayos (22 MPa) se obtienen los valores de cohesión y ángulo de rozamiento siguientes: entre c = 5,65 MPa = 35º Estos valores serán válidos para un rango de presiones de confinamiento 0,6 MPa y 4,1 MPa, que son las alcanzadas por los ensayos triaxiales, si bien pueden hacerse extensibles a otros valores superiores extrapolándolos para las condiciones reales de montera de los túneles A pesar de establecer unas hipótesis conservadoras, los valores resultantes se consideran optimistas. A continuación se presenta la parábola de Hoek y Brown para un caso general, obteniendo de esa forma los parámetros resistentes del macizo. Se ha 57

58 realizado para los valores de GSI más típicos en estas formaciones. Valores inferiores a 40 se han considerado dentro del grupo geotécnico 3 que se corresponden con la roca más meteorizada (GM. IV-V). El análisis de los parámetros de los macizos rocosos aplicados a túneles se realizará en el apartado de Geotecnia de túneles, donde se particularizan los resultados para las monteras y calidades geomecánicas del macizo presente en los túneles. (figuras 14, 15 y 16) Figura 14: GRUPO 1. Parábola de Hoek y Brown GSI = 60 58

59 Figura 15: GRUPO 1. Parábola de Hoek y Brown GSI = 60 59

60 Figura 16: GRUPO 1. Parábola de Hoek y Brown GSI = 40 60

61 Tabla nº 28: GRUPO 1. Valores de parámetros de roca intacta y macizo rocoso GSI General Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso 3,max (MPa) ci m i E i (Mpa) mb s a c (MPa) º tm (MPa) cm (MPa) E m (MPa) 60 5,45 21,82 7, ,733 0,0117 0,503 1, ,15 4, ,45 21,82 7, ,212 0,0039 0,506 0, ,07 1, ,45 21,82 7, ,848 0,0013 0,511 0, ,03 0, Los valores del módulo de deformación del macizo que se han obtenido con la parábola de Hoek y Brown se encuentran comprendidos en el mismo rango de valores que se han alcanzado en los ensayos dilatométricos y presiómetricos. En las rocas con mayor índice de calidad el módulo de deformación del macizo se mantiene algo por debajo del intervalo superior de valores (el valor máximo obtenido de los ensayos in situ ha sido superior a MPa). En el caso de los índices de calidad más bajos, los módulos resultan, en orden de magnitud, entorno a la rama más intermedia de valores (la media oscila entre y MPa aproximadamente). El extremo inferior de los ensayos se considera más apropiado para las rocas de más baja calidad geotécnica y más fracturadas, que se incluyen ya en el grupo geotécnico 3. Se dispone de 11 ensayos de corte directo en juntas para el grupo geotécnico 1. Para analizar los datos de manera conjunta se ha elaborado un diagrama P-Q con la totalidad de resultados obtenidos en los ensayos: 61

62 Q (Kg/cm2) DIAGRAMA P-Q y = 0,7021x - 0,1025 R² = 0, P (Kg/cm2) Círculos de Mohr Figura 17. GRUPO1.Diagrama P-Q. Ensayos de corte directo en juntas juntas: De donde se obtienen los siguientes valores de cohesión y ángulo de rozamiento en c (t/m2) º 1,44 44,6 A pesar de que el ajuste de los datos en el diagrama P-Q es adecuado, con un grado de correlación muy elevado, del 95,85%, el valor obtenido para la cohesión en juntas parece muy elevado, de acuerdo con las observaciones realizadas en las estaciones geomecánicas de esta formación. Valores elevados de cohesión en juntas dan lugar a análisis de estabilidad excesivamente optimistas, que no se corresponden con la realidad. Se incluyen los cálculos de tres análisis retrospectivos realizados en los materiales del GRUPO 1. Estos análisis se han realizado con el programa CALEST y se han comprobado con el programa SWEDGE, con el fin de determinar unos parámetros resistentes en juntas más realistas. Los análisis se basan en algunas caídas de bloques y cuñas observadas en los desmontes del ferrocarril existente. Tanteando los valores de ángulos de rozamiento y de cohesión hasta llegar a un factor de seguridad crítico, se obtuvieron las parejas de valores más probables en esta formación. A partir de estos análisis se ha 62

63 observado que, con valores de la cohesión superiores a 0,3 t/m2, para un ángulo de rozamiento de 30º, no se producirían las caídas existentes, por lo que, del lado de la seguridad, se ha adoptado la siguiente pareja de valores, que resulta más razonable: c (t/m2) º 0 30 Se han realizado 8 ensayos de velocidad sónica con un resultado variable entre m/s y m/s, con un valor medio de m/s. Estos valores son inferiores a los valores obtenidos con las referencias bibliográficas de este tipo de rocas en estado sano, por lo que indican un elevado grado de microfracturación. Para asignar un criterio de la calidad del macizo rocoso atravesado por los túneles se ha empleado el criterio de Coon and Merrit (1970). Este criterio tiene en cuenta el coeficiente entre la velocidad de las ondas longitudinales medida in situ en el macizo rocoso con la velocidad medida en probetas de matriz rocosa en laboratorio (V in-situ / V lab )2, que se ha denominado índice de velocidad relativa. Para este cálculo se ha considerado los valores de las velocidades sónicas de las probetas ensayadas en el entorno del túnel, y la velocidad sísmica obtenida en los perfiles de sísmica de refracción en esta formación (2.700 m/s). El valor obtenido de esta relación oscila entre 0,34 y 5,43, lo que indica una escasa correlación entre los valores de módulos de deformación in situ y en laboratorio. En cualquier caso, los resultados basados en velocidades sónicas en general son poco precisos y no suficientemente contrastados. Tablaº 29: GRUPO 1. Resumen de resultados de velocidad sónica Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar GRUPO 1 V (V in-situ / V lab ) ,6 0, , , ,0 5, ,2 5,98 63

64 Ensayos de estabilidad frente a sulfatos sódico y magnésico Mediante estos ensayos puede obtenerse una información útil para juzgar la calidad de los áridos que han de estar sometidos a la acción de los agentes atmosféricos, sobre todo cuando no se dispone de datos sobre el comportamiento de los materiales que se van a emplear en las condiciones climatológicas de la obra. Se basa en determinar la resistencia a la desintegración de los áridos por la acción de soluciones saturadas de sulfato sódico o magnésico. Se ha ensayado una muestra para conocer su estabilidad al NaSO4 y cuatro más al MgSO4. El resumen de resultados obtenidos es el siguiente: Tabla nº 30: GRUPO 1. Resumen de valores de ensayos de estabilidad frente a sulfatos sódico y magnésico. Estabilidad frente al NaSO 4 (%) Estabilidad frente al MgSO 4 (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,4-1,3-6,4 En el caso del sulfato sódico, el único valor ensayado no cumple los requerimientos indicados en el Pliego de ADIF (PGP-2008 v 1.11) para su empleo en pedraplenes, donde se exige que las pérdidas en el ensayo de ataques de sulfatos sódico sean inferiores al 20%. Considerando los resultados obtenidos en tramos adyacentes, se comprueba que de 6 ensayos más realizados, únicamente uno no cumple los requerimientos indicados en Pliego. Para el caso del sulfato magnésico, todas las muestras ensayadas en el tramo cumplen con la norma. Los mismos valores son requeridos para su empleo como cimiento drenante. 64

65 Ensayos de desgaste y durabilidad Se han realizado ensayos de desgaste Los Ángeles, Micro Deval húmedo y coeficiente de Friabilidad para evaluar el posible aprovechamiento del material extraído de la excavación del túnel en mina. El ensayo de desgaste los Ángeles: Este ensayo se recoge en la norma NLT- 149 Resistencia al desgaste de los áridos por medio de la máquina de Los Ángeles. La máquina de Los Ángeles consiste en un tambor cilíndrico de acero que gira en posición horizontal. Este cilindro está provisto de una abertura para introducir la muestra que se desea ensayar y un entrepaño para conseguir el volteo del material. En la máquina de Los Ángeles se introduce una muestra de árido limpio y lavado, con una de las siete granulometrías indicadas por la norma, y una carga abrasiva compuesta de esferas de fundición o de acero, cuyo peso total depende de la granulometría elegida. Con la muestra y la carga abrasiva en el interior del tambor, se hace girar este a una velocidad constante y durante un número determinado de vueltas, tras lo que se separa la muestra por el tamiz 1,6 UNE, lavando y secando en estufa lo retenido en el. El resultado del ensayo es la diferencia entre el peso original de la muestra y su peso al final del ensayo, expresada en tanto por ciento del peso inicial. A este valor numérico se le denomina coeficiente de desgaste Los Ángeles. Por lo general, se puede decir que coeficientes superiores a 50 corresponden a áridos de mala calidad, no aptos para la construcción de capas de firme. Coeficientes inferiores a 20 corresponden a áridos con resistencia al desgaste suficiente para cualquier posible aplicación, y en particular, para capas de rodadura bituminosas que hayan de soportar tráfico pesado. Determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión utilizando el aparato Micro Deval. El ensayo Micro-Deval es un ensayo útil como control de calidad porque detecta cambios en las propiedades de un agregado procesado de una fuente como parte de un control de calidad o para asegurar la calidad de un proceso. 65

66 El ensayo Micro-Deval, en agregados gruesos, es una medida de la resistencia a la abrasión y durabilidad de agregados pétreos que han sido sometidos a la acción combinada de abrasión y molienda con bolas de acero en presencia de agua. La muestra con graduación normalizada es inicialmente sumergida en agua por no menos de una hora. La muestra es entonces colocada en un recipiente de acero con 2.0 litros de agua y una carga abrasiva consistente en 5000 g de bolas de acero de 9.5 mm de diámetro. El recipiente, agregado, agua y carga se rotan a 100 rpm por 2 horas. La muestra luego es lavada y secada en horno. La pérdida es la cantidad de material que pasa el tamiz de 1.18 mm (No 16), expresada como porcentaje de la masa original de la muestra. La prueba de Micro Deval en agregados gruesos determina la pérdida por abrasión en presencia de agua y de una carga abrasiva. Muchos agregados son más débiles en estado húmedo que secos y el uso del agua en este ensayo mide esta reducción de resistencia en contraste con otros ensayos que se realizan con agregados secos solamente. Proporciona información útil para juzgar la resistencia desgaste/abrasión y durabilidad/solidez de agregados sujetos a abrasión y acción de desintegración con el medio ambiente cuando no existe información adecuada de este tipo de comportamiento. Ensayo de Friabilidad. La friabilidad es la resistencia que presenta un árido a su degradación y rotura de sus vértices y aristas por efecto de una presión exterior. El ensayo de Friabilidad se basa en la simulación de las condiciones tensionales a las que se halla sometido un árido en el firme. Para ello, se introduce una muestra de árido previamente tratada y compactada en un molde metálico y es apisonada gradualmente aplicando una carga mediante un pistón al que se acopla un plato rígido para distribuirla uniformemente. La velocidad de aplicación de la carga deberá ser tal que ésta alcance su valor máximo en un tiempo inferior a 10 minutos, manteniendo dicho valor durante 2 minutos más. Tanto la carga aplicada como el tamaño del molde varían en función de la granulometría empleada en el ensayo. Una vez concluida esta fase, se procede a tamizar los finos producidos durante el apisonado, empleando tamices de 5,2.5 ó 1.6 mm. en función de la 66

67 granulometría ensayada. El coeficiente de friabilidad se calcula como relación entre el peso de los finos obtenidos y el peso inicial de la muestra: C.F.= (Peso del material fino/peso inicial) 100 El inconveniente de emplear éste índice es la alta dispersión de resultados que da para una misma muestra de árido, por lo que son necesarias muchas determinaciones para hallar un valor suficientemente representativo. Los resúmenes de estos ensayos se muestran en la siguiente tabla: Tabla nº 31: GRUPO 1. Resumen de valores de ensayos de desgaste y durabilidad Microdeval (%) Coeficiente de Friabilidad F (%) Coeficiente de Los Ángeles DLA (%) Slake Durability Index SDT (%) Nº de valores Promedio 33-35,3 97,1 Máximo ,4 Mínimo ,8 Desviación estándar 14,7-17,6 3,3 Ninguna de las muestras ensayadas presenta un coeficiente de Los Ángeles dentro del rango indicado en el Pliego de ADIF para las capas de forma y subbalasto (DLA<30% y DLA<28% respectivamente). Sin embargo, dos muestras cumplen los requerimientos en cuanto a cimiento drenante (DLA<35%). De acuerdo con las tres muestras ensayadas, este material cumple las condiciones para su empleo como pedraplén (DLA<50%). Prestando atención únicamente a este criterio, para poder emplear estos materiales en pedraplén, se deberían seleccionar las muestras más cuarcíticas. El valor medio en el ensayo de Microdeval ha sido de 33%, lo que cualifica al material como no apto para su empleo en capas de sub-balasto o capa de forma (MDE<22% y MDE<25% respectivamente). Sólo una muestra ha dado un valor de 16% dentro del rango admisible para su empleo como subbalasto. 67

68 Ninguna de las muestras ensayadas presenta un coeficiente de Los Ángeles dentro del rango indicado en el Pliego de ADIF para las capas de forma y subbalasto (DLA<30% y DLA<28% respectivamente). Sin embargo, dos muestras cumplen los requerimientos en cuanto a cimiento drenante (DLA<35%). De acuerdo con las tres muestras ensayadas, este material cumple las condiciones para su empleo como pedraplén (DLA<50%). Prestando atención únicamente a este criterio, para poder emplear estos materiales en pedraplén, se deberían seleccionar las muestras más cuarcíticas. El valor medio en el ensayo de Microdeval ha sido de 33%, lo que cualifica al material como no apto para su empleo en capas de sub-balasto o capa de forma (MDE<22% y MDE<25% respectivamente). Sólo una muestra ha dado un valor de 16% dentro del rango admisible para su empleo como subbalasto. No se disponen de ensayos de friabilidad en el tramo en estudio. No obstante, los ensayos de friabilidad disponibles de tramos adyacentes, se encuentran fuera del criterio fijado para su empleo en pedraplenes (F<25%), aunque sí cumplen en todos los casos para material drenante de cimientos de terraplén (F<50%). Se han recibido dos resultados del ensayo SDT, con valores que se clasifican, según Gamble (1971) como materiales de durabilidad alta. En la tabla siguiente se presenta el criterio de clasificación de Gamble: Tabla nº 32: Criterio de clasificación de los macizos rocosos según su durabilidad GAMBLE (1971) Índice ID 2 Durabilidad al desmoronamiento > 98 Muy alta Alta Media alta Media Baja < 30 Muy baja 68

69 En este caso, ambos valores superan los requerimientos del Pliego para su empleo como pedraplén y cimiento de terraplén drenante. Ensayos de abrasividad y perforabilidad Los equipos de ensayo Cerchar, el DRI (Drilling Rate Index) y el Índice Schimazek entre otros, permiten caracterizar la dureza y grado de abrasividad de laroca. Permiten conocer directamente su dureza y abrasividad. A partir de la caracterización mediante lámina delgada del porcentaje de cuarzo de la muestra y otros minerales abrasivos, junto con el tamaño de grano y su resistencia a la tracción, obtenemos el índice Schimazek. Estos parámetros son de gran importancia para valorar el desgaste de los cabezales de los equipos de perforación y excavación. Uno de los ensayos de perforabilidad más completos es el denominado D.R.I. (Drilling Rate Index). Los valores de DRI característicos de la roca se correlacionan con la velocidad de perforación para cada martillo particular y diámetro de taladro. La abrasividad Cerchar se mide por el desgaste, expresado en décimas de mílimetro, producido en la punta cónica de un punzón de acero al desplazarlo horizontalmente sobra la muestra de roca 1cm. La medición del desgaste se efectua mediante una lupa o un microscopio. Para conseguir una buena determinación de la abrasividad, es necesario efectuar tres ensayos para cada muestra de roca. La escala de abrasividad varía generalmente entre 1 y 10, con un valor extremo de 15 para las rocas más abrasivas. La abrasividad de algunas rocas se recoge en la siguiente tabla: Tabla nº 33: Abrasividad de algunas rocas ROCA ABRASIVIDAD CERCHAR CARBON 0.1 PIZARRA 1.5 ARENISCA 5 ROCAS MUY ABRASIVAS 10 ROCAS EXTREMADAMENTE ABRASIVAS 15 69

70 Se han solicitado en algunas muestras, ensayos de compresión y ensayos de tracción, para obtener valores de tenacidad, directamente de muestras ensayadas en estos materiales. La tenacidad obtenida según la fórmula Rt/Rc, resulta, por lo tanto, en estas muestras: Tabla nº 34: GRUPO 1. Resumen de resultados de tenacidad Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar GRUPO 1 6 0,265 0,606 0,145 0,172 De forma aproximada, puede estimarse la rozabilidad según la tenacidad o razón entre la resistencia a compresión simple y la resistencia a tracción, a partir de los umbrales siguientes: - Rocas fácilmente rozables: t/ ci < 0,1 - Rocas difícilmente rozables: t/ ci >0,1 Siendo t la resistencia a tracción, y ci la resistencia a compresión simple de la matriz rocosa. Los valores de tenacidad calculados superan en todos los casos el valor de 0,1, por lo que, según este criterio, las rocas correspondientes al GRUPO 1 se encontrarían dentro del rango de rocas difícilmente rozables. Se dispone de 16 ensayos de abrasividad Cerchar en materiales de este grupo geotécnico, con un valor medio de 1,9 (0,1 mm). Los valores obtenidos en los ensayos efectuados han dado los siguientes valores medios, máximos y mínimos 70

71 Tabla nº 35: Resumen de Índice de abrasividad Cerchar GRUPO 1 Nº de valores 16 Promedio 1,9 Máximo Mínimo Desviación estándar 3,8 0,0 1,3 El rango de valores de para la clasificación de abrasividad Cerchar se incluye en el siguiente cuadro resumen: Tabla nº 36: Criterio de clasificación en función de la abrasividad Cerchar CLASIFICACIÓN CERCHAR, ÍNDICE DE ABRASIVIDAD ÍNDICE DE ABRASIVIDAD CERCHAR (0,1 mm) DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA < 1,2 Extremadamente poco abrasiva 1,2 2,5 Ligeramente abrasiva 2,5 3,5 Abrasividad media 3,5 4,0 Moderadamente abrasiva 4,0 4,25 Abrasiva 4,25 4,5 Altamente abrasiva > 4,5 Extremadamente abrasiva Atendiendo a los valores medios, las rocas del GRUPO 1 se clasifican, dentro de este criterio, como rocas ligeramente abrasivas. No obstante, las desviaciones de los valores de abrasividad han sido importantes, de manera que en algunos casos pueden clasificarse como rocas moderadamente abrasivas. A continuación se muestran los resultados de los valores estadísticos de los ensayos de dureza Cerchar: 71

72 Tabla nº 37: Resumen de Índice de dureza Cerchar GRUPO 1 Nº de valores 13 Promedio 131 Máximo 536 Mínimo 16 Desviación estándar 170 Los criterios para clasificar la roca según su dureza son los siguientes: Tabla nº 38: Criterio de clasificación en función de la dureza Cerchar ENSAYO DE DUREZA CERCHAR ÍNDICE CERCHAR DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA 0 20 Roca blanda Roca poco dura Roca dura Roca muy dura > 120 Roca extremadamente dura Los valores de dureza Cerchar obtenidos de los ensayos han resultado muy dispersos. Los valores mayores se han obtenido en las metareniscas y filitas corneanizadas (OQEC), rocas del metamorfismo de contacto entre la formación Invernadeiro (OQP) y el granito de Alberguería (GR), que posiblemente corresponda con tramos de roca más metamorfizada. En cualquier caso, las cuarcitas y pizarras del Invernadeiro también ha presentado valores de dureza muy variables, pudiéndose clasificar en ocasiones desde roca blanda a extremadamente dura. Los valores estadísticos de los ensayos Schimazek se presentan en la tabla siguiente, para el grupo geotécnico 1: 72

73 TABLA Nº 39: Índice Schimazek F (kn/m) GRUPO 1 Nº de valores 15 Promedio 0,4 Máximo 2,6 Mínimo 0,01 Desviación estándar 0,7 Los valores de índice Schimazek clasifican a la roca en función de su rozabilidad de muy buena a muy mala, como sigue: Tabla nº 40: Criterio de clasificación de la rozabilidad en función del índice Schimazek. CLASIFICACIÓN CERCHAR, ÍNDICE DE ABRASIVIDAD ÍNDICE SCHIMAZEK F (kn/m) DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA < 0,3 Rozabilidad muy buena 0,3 0,4 Rozabilidad buena 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,8 0,8 1,0 Rozabilidad moderada Rozabilidad regular Rozabilidad mala Rozabilidad muy mala Los valores de índice Schimazek también han dado valores muy dispersos. A excepción de dos valores superior a 1, los valores típicos se encuentran entre 0,007 y 0,4, por lo que la roca se engloba dentro de las categorías de rozabilidad buena a muy buena. A través del ensayo Schimazek también se conocen los contenidos de cuarzo de las muestras ensayadas, lo que tiene influencia también en la dificultad de excavación. 73

74 En la siguiente tabla se presentan los valores estadísticos de los contenidos en cuarzo de esta formación geotécnica: Tabla nº 41: Resumen de contenidos en cuarzo (%) GRUPO 1 Nº de valores 14 Promedio 50 Máximo 93 Mínimo 0,5 Desviación estándar 33 Tal como se observa, las rocas del GRUPO 1 tienen, en general, un alto contenido de cuarzo, con un promedio del orden del 50%. Aunque los porcentajes de cuarzo son elevados, lo que puede repercutir en un elevado consumo de cortadores en algunas zonas, sin embargo, las resistencias de la roca, son bajas, de modo que la excavabilidad con tuneladora es viable, y además, recomendable, en estas formaciones. Se han realizado cinco ensayos DRI (Drilling Rate Test) para la caracterización de la perforabilidad de los materiales del grupo 1. Este índice se obtiene a través de dos ensayos de laboratorio: Ensayo de caída (drop test), que proporciona una medida indirecta de la energía necesaria para triturar la roca. El valor obtenido S 20 representa el porcentaje de material que pasa por un tamiz de 11,2 mm de abertura, después de 20 impactos. Ensayo de perforación (Siever s miniature drill test) que da una medida indirecta de la dureza de la superficie de la roca, representativa de la resistencia a identación. El valor obtenido (S J ) se define como la profundidad del taladro, medido en décimas de milímetro, después de 200 rotaciones efectuadas por una pequeña barrena sometida a un empuje de 20 kg. Se han obtenido los siguientes valores medios, máximos y mínimos en los ensayos de drop-test y Siever s miniature drill test: 74

75 Tabla nº 42: Valores de ensayos de caída (S 20 ) y perforación (S J ) GRUPO 1 S 20 S J Nº de valores 4 4 Promedio Máximo Mínimo 47 9 Desviación estándar 8 37 El cálculo del índice de perforabilidad se realiza introduciendo en la gráfica de la figura 18 cada par de valores obtenidos de ambos ensayos. Figura 18: Gráfica para la determinación del Drilling Rate Index 75

76 En consecuencia, los rangos de valores en los que se establece el parámetro DRI son: Tabla nº 43: GRUPO 1.Resumen de valores de ensayos Drilling Rate Index (DRI) DRI Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 5 61, Los valores medios de DRI se encuentran dentro de los valores esperados para las filitas y pizarras y son algo superiores a los habituales para las areniscas, como se desprende de la siguiente figura: 76

77 Figura 19: Valores del Drilling Rate Index según la litología Tabla nº 44: Criterio de clasificación en función de DRI. Categoría perforabilidad DRI Extremadamente baja < 25 Muy baja Baja Media Alta Muy alta Extremadamente alta > 83 Tomando en consideración los valores medios de los ensayos de laboratorio del índice DRI el grupo 1 se integran dentro de la categoría de perforabilidad alta. El resto de valores se engloban entre las clases de perforabilidad media y extremadamente alta. 77

78 En cualquier caso, los resultados de estos ensayos demuestran que pueden esperarse abrasividades importantes en las rocas metamórficas, asociadas generalmente a la presencia de niveles areniscosos con elevados contenidos de cuarzo GRUPO 2: Pizarras, filitas y esquistos sanos a moderadamente meteorizados. GM-I-II-III. Este grupo geotécnico comprende a la Unidad del Invernadeiro y el Grupo de Santabaia, con las formaciones Pizarras de Luarca (OP), y Esquistos de Baldriz (OE). Se caracteriza por la presencia de rocas pizarrosas, muy foliadas y de baja resistencia. Estos materiales son interceptados por el túnel de Prado en su zona central. Debido a sus similares propiedades geotécnicas, se considera que las Pizarras de Luarca y los Esquistos de Baldriz pertenecen a un mismo grupo geotécnico. Al igual que con el GRUPO 1, para el análisis de los ensayos de identificación se ha realizado una distinción de las muestras con mayor o menor grado de meteorización, denominando GRUPO 2A aquellas muestras con G.M. I ó II y GRUPO 2B a las de meteorización G.M. III. Sin embargo, dada la poca representatividad de estas últimas, finalmente se han caracterizado conjuntamente. Ensayos de identificación Las densidades secas para la roca de grado de meteorización II o inferior, han mostrado una media de 26,4 kn/m3, con valores que oscilan entre 24 y 28 kn/m3. Se han obtenido valores de densidad aparente entre 25 y 28 kn/m3, con una media de 26,8 kn/m3. La roca moderadamente meteorizada, con grado III, muestra una densidad seca media de 25,8 kn/m3 y aparente de 26,3 kn/m3, con variaciones de 25 a 27 kn/m3 en ambos casos. La humedad natural en las muestras de los sondeos varía entre 0,2% y 4,2%, con un valor promedio de 1,5% en la roca con grados de meteorización I y II. Para 78

79 las de grado de meteorización III ha oscilado entre 0,9% y 3%, con un valor medio de 2%. La porosidad de 5 muestras en rocas sanas a moderadamente sanas presenta valores comprendidos entre 1,9% y 4,3%, con un valor promedio de 3,3%. No se han realizado ensayos para las muestras de grado III. En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, densidad aparente, humedad y porosidad obtenidos de las muestras de los sondeos en estos materiales: Tabla nº 45: GRUPO2A. Resumen de ensayos de identificación. GM. I-II Densidad seca (kn/m 3 ) Densidad aparente (kn/m 3 ) Humedad (%) Porosidad (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,4 26,8 1,5 3,3 27,8 28 4,2 4,3 24,1 25,1 0,2 1,9 0,9 0,8 0,9 1 Tabla nº 46: GRUPO2B. Resumen de ensayos de identificación GM. III Densidad seca (kn/m 3 ) Densidad aparente (kn/m 3 ) Humedad (%) Porosidad (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,8 26,3 2, ,3 3,0-24,7 25 0, ,8 - Ensayos de resistencia y deformabilidad El ensayo a compresión simple se utiliza para la determinación de la resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos, mediante la aplicación de una carga axial 79

80 con control de deformación. El ensayo se ejecuta sobre muestras inalteradas, remodeladas o compactadas. Proporciona un valor aproximado de la resistencia de los suelos cohesivos en términos de esfuerzos totales. Es aplicable solo a materiales cohesivos que no expulsan agua, durante la etapa de carga del ensayo y que mantienen su resistencia intrínseca después de remover las presiones de confinamiento, como las arcillas o los suelos cementados. Los suelos secos friables, los materiales fisurados, laminados o varvados, los limos las turbas y las arenas no pueden ser analizados por éste método para obtener valores significativos de la resistencia a la compresión no confinada. Se han realizado 8 ensayos de resistencia a compresión simple en los materiales del grupo 2, obteniendo los siguientes resultados: Tabla 47: GRUPO 2. Resumen de ensayos de resistencia a compresión simple. Resistencia a compresión simple (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 8 9,3 27,9 1 9,2 La tabla anterior pone de manifiesto una acusada dispersión de resultados en los ensayos de resistencia a compresión simple, que varían desde valores inferiores a 2 MPa hasta 28 MPa. Al igual que en las rocas pertenecientes al grupo geotécnico 1, los resultados de los ensayos de resistencia pueden ser muy variables en función de diversos factores, tales como la meteorización y profundidad de la muestra, la orientación de la esquistosidad, etc. Los valores de resistencia a compresión simple deducidos de sondeos en roca del grupo 2A, presentan una gran dispersión, desde 1 MPa hasta 28 MPa, con un valor medio de 11,3 MPa. Para la roca moderadamente meteorizada el valor medio es 6,1 MPa, oscilando entre 5,7 y 6,6 MPa. 80

81 Profundidad (m) En la gráfica siguiente se observa la variación de la resistencia a compresión simple con la profundidad. 0,00 RCS (MPa) 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 GRUPO2A GRUPO2B 140,00 Figura 20: Relación de la resistencia a compresión simple con la profundidad En la página siguiente se incluyen los gráficos de frecuencias y valores de resistencias a compresión simple (figuras 21 y 22). Se observa que la mayoría de las resistencias han resultado por debajo de 10 MPa. 81

82 4,05 4,28 6,6 6,08 0,96 5,73 19,11 27,9 Valores de qu (MPa) Población de qu Grupo Rango valores de qu (MPa) Figura 21: Rangos de valores de resistencia a compresión simple. Frecuencias 30 Grupo Grupo Rango valores de qu (MPa) Figura 22: Rangos de valores de resistencia a compresión simple. Valores La escasez de ensayos de resistencia realizados en este tramo para el grupo 2, 8 muestras, y las bajas resistencias obtenidas para valores bajos de beta, hacen que no sean representativos los resultados de estos ensayos para el Grupo 82

83 2. Se consideran, por tanto, los ensayos realizados sobre muestras obtenidas en tramos adyacentes, con el fin de afinar la caracterización para esta formación. Los resultados son los siguientes: Tabla 48: GRUPO 2. Resumen de ensayos de resistencia a compresión simple. Resistencia a compresión simple (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 95 14,3 100,7 0,3 12,1 En la gráfica siguiente se observa la variación de la resistencia a compresión simple de todas las muestras con la profundidad. Como se observa en el gráfico adjunto, no hay una correlación clara entre los valores de la resistencia a compresión simple y la profundidad de las muestras. Se deduce que las muestras ensayadas con grados de meteorización I a II presentan valores de la resistencia a compresión simple superiores a los obtenidos para las muestras de grados de meteorización III. Por otro lado, éstas son menos abundantes. 83

84 Profundidad (m) 0,00 RCS (MPa) ,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 GRUPO2A GRUPO2B 140,00 Figura 23: Relación de la resistencia a compresión simple con la profundidad. Todas las muestras Al igual que en el grupo geotécnico 1, en este apartado se estudia el efecto del buzamiento de la esquistosidad en sondeos con respecto al valor de la resistencia a compresión simple y se representa en una gráfica de resistencia a compresión simple frente al ángulo que forma la esquistosidad con la dirección de la carga del ensayo, ángulo denominado beta. En general los valores mayores se dan en las zonas centrales de la gráfica, donde las esquistosidades tienen ángulos beta de 15 a 20º, aunque también se dan valores bajos de la resistencia en esas circunstancias. Se deduce de los gráficos anteriores, que los valores promedio más frecuentes se encuentran en el entorno de 0 a 10 MPa y se dan para valores de bajos (ángulos de esquistosidad subverticales), iguales o inferiores a 30º. En los sondeos se ha verificado que las muestras en general se abren fácilmente por las esquistosidades, por lo que no es de extrañar que en direcciones más o menos paralelas a la carga, la rotura se produzca para valores bajos de la misma. De hecho, en la mayor parte de las muestras ensayadas, la rotura se ha producido a favor de los planos de esquistosidad. 84

85 RCS (MPa) Se establece así la influencia de la esquistosidad en la resistencia a compresión simple, obteniendo valores bajos de resistencia para esquistosidades subverticales (figura 24 y 25). 30 GRUPO 2A GRUPO 2B Beta b (º) Figura 24: GRUPO2. Relación de la resistencia a compresión 85

86 Promedio de q u ( ) BETA ( ) Figura nº25 GRUPO2. Valores medios de la resistencia a compresión simple en relación con la orientación de la esquistosidad. Para determinar el valor representativo de la resistencia a compresión simple de la roca intacta, se le han dado más peso a las muestras cuya esquistosidad presenta una orientación subhorizontal, debido a la influencia de la misma en el ensayo. Con este criterio se adopta una resistencia a compresión simple de 21 MPa para las muestras del grupo 2. No se han realizado ensayos de carga puntual Franklin sobre muestras de rocas del grupo 2. En dos de los ensayos de resistencia a compresión simple en las muestras más sanas se han medido las deformaciones uniaxiales con el fin de determinar los parámetros deformacionales del macizo. Los valores estadísticos obtenidos han sido los siguientes: 86

87 Tabla nº 49: GRUPO 2.Resumen de ensayos de módulos de Young y Poisson en ensayos de resistencia a compresión simple con bandas. Módulo de Young E (MPa) Módulo de Poisson Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar , , , ,01 Sólo se dispone de dos únicos ensayos, y no se pueden considerar datos representativos del módulo de Young y Poisson del grupo geotécnico 2. Se tienen en consideración para el análisis, los resultados obtenidos en ensayos realizados en tramos adyacentes: Tabla nº 50 :GRUPO 2. Resumen de ensayos de módulos de Young y Poisson en ensayos de resistencia a compresión simple con bandas en tramos adyacentes. Módulo de Young Módulo de Poisson E (MPa) Nº de valores Promedio ,2 Máximo ,6 Mínimo ,0 Desviación estándar ,2 La dispersión de valores del módulo de Young es muy significativa. A partir de estos ensayos, para la roca intacta del grupo 2 se ha tomado un módulo de deformación de MPa, que se encuentra en el entorno del valor medio. 87

88 Según la bibliografía consultada (Cimentaciones, Rodríguez Ortiz et al.), los coeficientes de Poisson habituales para estas rocas están en el entorno de 0,12 a 0,20, por lo que se encuentran en el entorno de estos valores. Se han realizado dos ensayos dilatométricos en un sondeo del grupo 2, obteniéndose los resultados de la tabla adjunta: Tabla nº 51: GRUPO 2 Resultados de ensayos dilatométricos Sondeo Prof. (m) Grado meteor RQD RMR Módulo dilatométrico (MPa) Inicial Ciclo ST-27 98,00 II PROMEDIO ST ,00 II PROMEDIO Presión final (MPa) > 6,0 > 6,0 Sólo se disponen de dos ensayos realizados sobre un mismo sondeo, ST-27, situado en la falla de Laza. Estos valores resultan bajos para los esperados. Por tanto, para el análisis del módulo dilatométrico se consideraran los ensayos realizados en tramos adyacentes. Tabla Nº 52: GRUPO 2. Resumen de ensayos dilatométricos en tramos adyacentes GRUPO 2 (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar

89 E dilat (MPa) Los valores inferiores corresponden, al igual que en el caso de los ensayos de resistencia a compresión simple con bandas, al sondeo ST-27, situado en la falla de Laza. En general, como se muestra en la gráfica siguiente, los valores del módulo dilatómetrico han resultado inferiores en zonas donde la fracturación es mayor. De este modo, los valores inferiores se tendrán en cuenta para la caracterización de las rocas más fracturadas y meteorizadas. RELACIÓN E dilat - RQD GRUPO RQD (%) Figura nº 26: GRUPO2. Relación de módulos dilatométricos y RQD (%) La relación entre los valores de módulos de deformación y resistencia a compresión simple debe encontrarse entre 200 y 500. En el caso de este grupo geotécnico, se han obtenido valores del cociente Ei 900. Como se ha señalado, este hecho redunda en la disparidad de valores obtenida en los ensayos. Durante la campaña de ampliación no se efectuaron ensayos presiómetricos en estos materiales. Los valores del módulo de deformación del macizo para las condiciones concretas de los túneles se estimarán a partir de la parábola de Hoek y Brown y se comprueba que son similares a los resultados de los ensayos in situ. 89

90 Se dispone de 5 ensayos triaxiales en roca de grado I a II para presiones de confinamiento de 1,6 a 2,7 MPa. Para muestras de grado de meteorización III no se cuenta con ensayos triaxiales. En las tablas siguientes se resumen las variaciones de resultados obtenidas. Tabla nº 53: GRUPO 2. Resultados de ensayos triaxiales 1 (MPa) 3 (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,4 2,1 23,3 2,7 11,5 1,6 5,4 0,5 Se dispone de 6 resultados de ensayos de tracción indirecta o brasileños para la roca de grados de meteorización I y II, así como 1 en las de grado de meteorización III. Los valores estadísticos de dichos ensayos se presentan a continuación: Tabla nº 54: GRUPO 2. Resumen de resultados de ensayos de ensayos brasileños Ensayos brasileños (MPa) Nº de valores 7 Promedio 1,4 Máximo Mínimo Desviación estándar 2 0,9 0,5 Para caracterizar las propiedades de la roca intacta se emplean los datos derivados de los ensayos de resistencia a compresión simple, brasileños y 90

91 triaxiales, siguiendo la misma metodología que se ha descrito en el apartado anterior. Para la correlación se han empleado los valores de los ensayos de laboratorio correspondientes a las muestras de grados de alteración I, II y III, eliminando los valores que despuntan tanto por arriba o por abajo. La correlación resultante se muestra en la siguiente figura: CORRELACIÓN HOEK-BROWN y = 157,86x + 438,66 R 2 = 0, ( 1-3) Figura nº 27: Correlación de Hoek y Brown De donde se obtiene: m i = 7,54 ci = 20,94 MPa 91

92 Estos valores se corresponden con los obtenidos con los criterios expuestos anteriormente en este apartado. El valor de mi resultante se encuentra dentro de los rangos recomendados para las filitas, de 7±3. Con los valores anteriores se ha elaborado la curva que define el criterio de plastificación de Hoek y Brown: Figura nº 28: Criterio de plastificación de Hoek y Brown Para definir los parámetros de Mohr Coulomb se realiza el ajuste con el criterio lineal de Mohr-Coulomb, cuya expresión es: 1 c K 3 Donde la constante K queda definida por: K 1 sen 1 sen 92

93 Tensión principal mayor 1 (MPa) es el ángulo de rozamiento interno de la roca Por tanto, el valor de la cohesión y del ángulo de rozamiento puede deducirse a partir de las siguientes expresiones: 2 atan 90 1 sen c c 2cos En la siguiente gráfica se presenta la recta de Mohr-Coulomb para el grupo 2. Se ha tomado una recta secante de modo conservador. CORRELACIÓN HOEK-BROWN & MOHR-COULOMB GRUPO 2 GM-I-II 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0-4,5-2,5-0,5 1,5 3,5 5,5 7,5 9,5 11,5 Tensión principal menor 3 (MPa) Figura nº 29: Correlación criterio de plastificación de Hoek y Brown y Mohr Coulomb 93

94 Empleando una resistencia a compresión simple de 22 MPa se obtienen los valores de cohesión y ángulo de rozamiento siguientes: c = 5,53 MPa = 34º Estos valores serán válidos para un rango de presiones de confinamiento entre 1,6 MPa y 2,7 MPa, que son las alcanzadas por los ensayos triaxiales, si bien pueden hacerse extensibles a otros valores superiores extrapolándolos para las condiciones reales de montera de los túneles. A pesar de establecer unas hipótesis conservadoras, los valores resultantes se consideran optimistas. Para la determinación de los parámetros del macizo rocoso, se emplea el programa RocLab, que determina la parábola de Hoek y Brown y el ajuste de Mohr Coulomb para un caso general, en función de diferentes valores del índice GSI. El análisis se ha realizado para los valores de GSI más típicos en estas formaciones. Valores inferiores a 40 se han considerado dentro del grupo geotécnico 4 perteneciente a la roca más alterada (GM. IV-V). El análisis de los parámetros de los macizos rocosos aplicados a túneles se realizará en el apartado 6. Geotecnia de túneles, donde se particularizan los resultados para las monteras y calidades geomecánicas del macizo presente en los túneles. La determinación del módulo de deformación del macizo se puede efectuar, para valores de σci < 100 MPa, a partir de la expresión: E m (GPa) = RMR D ci En las siguientes figuras 30, 31 y 32 se muestran los ajustes mencionados 94

95 Figura nº 30: GRUPO 2. Parábola de Hoek y Brown GSI = 60 95

96 Figura nº 31: GRUPO 2. Parábola de Hoek y Brown GSI = 50 96

97 Figura nº 32: GRUPO 2. Parábola de Hoek y Brown GSI = 40 97

98 Tabla nº 55: GRUPO 2. Valores de parámetros de roca intacta y macizo rocoso. GSI General 3,max (MPa) ci m i Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso E i (Mpa) mb s a c (MPa) º tm (MPa) cm (MPa) E m (MPa) 60 5,23 20,94 7, ,733 0,0117 0,503 1, ,14 4, ,23 20,94 7, ,264 0,0039 0,506 0, ,06 3, ,23 20,94 7, ,848 0,0013 0,511 0, ,03 0, Los valores del módulo de deformación del macizo que se han obtenido con la parábola de Hoek y Brown se encuentran comprendidos en el mismo rango de valores que se han alcanzado en los ensayos dilatométricos y presiométricos. En las rocas con mayor índice de calidad el módulo de deformación del macizo se mantiene por debajo del intervalo superior de valores (el valor máximo obtenido de los ensayos in situ se encuentra entorno a MPa). En el caso de los índices de calidad más bajos, los módulos resultan, en orden de magnitud, entorno a la rama más intermedia de valores o inlcuso algo más bajos. En los ensayos dilatométricos hay varios resultados del orden de MPa. El extremo inferior de los ensayos se considera más apropiado para las rocas de más baja calidad geotécnica y más fracturadas, que se incluyen ya en el grupo geotécnico 4. Los valores más bajos de los ensayos en sondeo han resultado alrededor de MPa, a excepción de un valor inferior de 500 MPa. Se dispone de 5 ensayos de corte directo en juntas en materiales del grupo geotécnico 2. Se ha elaborado un diagrama P-Q con la totalidad de resultados obtenidos en los ensayos para obtener los parámetros de cohesión y ángulo de rozamiento en juntas: 98

99 Q (Kg/cm2) DIAGRAMA P-Q 3,50 3,00 y = 0,5356x + 0,2714 R² = 0,6295 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 P (Kg/cm2) Círculos de Mohr juntas Figura nº 33: GRUPO 2. Diagrama P-Q. Ensayos de corte directo en Los valores de cohesión y ángulo de rozamiento en juntas obtenidos son: c (t/m 2 ) º 3,21 32,4 Como puede advertirse a partir del gráfico anterior, la correlación de los datos de ensayo es deficitaria. Además, el valor obtenido para la cohesión en juntas es muy elevado, y no se corresponde con las observaciones de campo. Es preciso señalar la dificultad que estriba la obtención de parámetros representativos de este tipo de ensayos. En el Apéndice 14, se incluyen los cálculos de tres análisis retrospectivos realizados en los materiales de estas formaciones. Estos análisis se han realizado con el programa CALEST y se han comprobado con el programa SWEDGE, con el fin de determinar unos parámetros resistentes en juntas más realistas. Los análisis se basan en algunas caídas de bloques y cuñas observadas en los desmontes del ferrocarril existente. Tanteando los valores de ángulos de rozamiento y de cohesión hasta llegar a un factor de seguridad crítico, se obtuvieron las parejas de valores más probables de estas formaciones. 99

100 De este modo, se confirma que, en la formación OP, para valores de la cohesión superiores a 0,62 t/m2 y ángulos de rozamiento de 30º en la esquistosidad y para una pareja de valores de cohesión de 1,5 t/m2 y ángulo de rozamiento de 28º en juntas, no se producirían las caídas existentes, por lo que, del lado de la seguridad, se han adoptado las siguientes parejas de valores, que resultan más razonable: Tabla nº 56: GRUPO 2. Parámetros resistentes adoptados en los cálculos de desmontes (O P ) Discontinuidad c (t/m 2 ) º Esquistosidad 0 30 Juntas 0 28 Se han realizado 3 ensayos de velocidad sónica con un resultado variable entre m/s y m/s, con un valor medio de m/s. Estos valores son inferiores a los valores obtenidos con las referencias bibliográficas de este tipo de rocas en estado sano, por lo que indican un elevado grado de microfracturación. Para asignar un criterio de la calidad del macizo rocoso atravesado por los túneles se ha empleado el criterio de Coon and Merrit (1970). Este criterio tiene en cuenta el coeficiente entre la velocidad de las ondas longitudinales medida in situ en el macizo rocoso con la velocidad medida en probetas de matriz rocosa en laboratorio (V in-situ / V lab )2, que se ha denominado índice de velocidad relativa. Para este cálculo se ha considerado los valores de las velocidades sónicas de las probetas ensayadas en el entorno del túnel, y la velocidad sísmica obtenida en los perfiles de sísmica de refracción en esta formación (3.000 m/s). El valor obtenido de esta relación oscila entre 0,9 y 1,9, lo que indica una escasa correlación entre los valores de módulos de deformación in situ y en laboratorio. En cualquier caso, los resultados basados en velocidades sónicas en general son poco precisos y no suficientemente contrastados. 100

101 Tabla nº 57: GRUPO 2. Resumen de resultados de velocidad sónica GRUPO 2 V in situ (V in-situ / V lab ) 2 Nº de valores 3 3 Promedio 2.631,7 1,39 Máximo Mínimo Desviación estándar , ,93 480,6 0,51 Ensayos de estabilidad frente a sulfatos sódico y magnésico Se ha ensayado una muestra para conocer su estabilidad al NaSO4 y otra para ensayarla al MgSO4. Los resultados obtenidos son frente al sulfato sódico del 24% y frente al sulfato magnésico del 6,1%. Se consideran en el análisis los ensayos realizados en muestras adyacentes y los resultados se resumen en la tabla siguiente: Tabla nº 58: GRUPO 2. Resumen de valores de ensayos de estabilidad frente a sulfatos sódico y magnésico para muestras adyacentes. Estabilidad frente al NaSO 4 (%) Estabilidad frente al MgSO 4 (%) Nº de valores 3 7 Promedio 29,1 8,0 Máximo Mínimo Desviación estándar 36,4 19,0 24,0 2,1 6,5 7,4 En el caso del sulfato sódico, no se cumple en ningún caso los requerimientos indicados en el Pliego de ADIF (PGP-2008 v 1.11) para su empleo en pedraplenes, donde se exige que las pérdidas en el ensayo de ataques de sulfatos sódico sean inferiores al 20%. Para el caso del sulfato magnésico el PGP establece como límite superior del valor de pérdidas en 30% para su empleo como pedraplén. Todos los resultados de los ensayos son inferiores a este límite. 101

102 Los mismos límites son requeridos para el empleo del material como cimiento drenante. Ensayos de desgaste y durabilidad Se han realizado ensayos de desgaste Los Ángeles, Micro Deval húmedo y coeficiente de Friabilidad para evaluar el posible aprovechamiento del material extraído de la excavación del túnel en mina. El resumen de resultados de los ensayos anteriores se muestran en la siguiente tabla: Tabla nº 59: GRUPO 2. Resumen de valores de ensayos de desgaste y durabilidad Microdeval (%) Coeficiente de Friabilidad F (%) Coeficiente de Los Ángeles DLA (%) Slake Durability Index SDT (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar , , , , , ,5 1,1 Ante la escasez de ensayos de desgaste y durabilidad en este tramo en muestras del grupo 2, se analizan los resultados de ensayos realizados en muestras obtenidas en tramos adyacentes: 102

103 Tabla nº 60: GRUPO 2. Resumen de valores de ensayos de desgaste y durabilidad para muestras adyacentes Microdeval (%) Coeficiente de Friabilidad F (%) Coeficiente de Los Ángeles DLA (%) Slake Durability Index SDT (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar En el Pliego de ADIF para las capas de forma y subbalasto se exige un coeficiente de Los Ángeles superior al 30% y al 28% (DLA<30% y DLA<28% respectivamente). Aproximadamente la mitad de las muestras cumplen con el criterio exigido al material para capa de forma y tan sólo 4 muestras de las 11 ensayadas están por debajo del 28%. A excepción de dos muestras, todas son válidas para su empleo como cimiento drenante (DLA<35. Para su empleo como pedraplén (DLA<50%) todas las muestras serían válidas. Prestando atención únicamente a este criterio, para poder emplear estos materiales en pedraplén, se deberían seleccionar las muestras más cuarcíticas. El valor medio en el ensayo de Microdeval ha sido de 56%, lo que cualifica al material como no apto para su empleo en capas de sub-balasto o capa de forma (MDE<22% y MDE<25% respectivamente). Ninguna de las muestras ensayadas se encuentra por debajo de los valores indicados. Para su empleo en pedraplenes (F<25%) este material se clasificaría como apto, siendo que de 3 muestras, dos cumplen con los requerimientos para ello. En todos los casos se cumple el criterio en función del coeficiente de friabilidad F para su empleo como material drenante de cimientos de terraplén (F<50%). 103

104 Se han recibido siete resultados del ensayo Slake, con valores que se clasifican, según Gamble (1971) como materiales de durabilidad alta o muy alta. En la tabla siguiente se presenta el criterio de clasificación de Gamble: Tabla nº 61: Criterio de clasificación de los macizos rocosos según su durabilidad GAMBLE (1971) Índice ID 2 Durabilidad al desmoronamiento > 98 Muy alta Alta Media alta Media Baja < 30 Muy baja En este caso, los valores superan los requerimientos del Pliego para su empleo como pedraplén y cimiento de terraplén drenante. Ensayos de abrasividad y perforabilidad Se han solicitado en algunas muestras, ensayos de compresión y ensayos de tracción, para obtener valores de tenacidad, directamente de muestras ensayadas en estos materiales. La tenacidad obtenida según la fórmula Rt/Rc, resulta, por lo tanto, en estas muestras: Tabla nº 62: GRUPO 2. Resumen de resultados de tenacidad Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 8 0,46 1,94 0,14 0,61 104

105 De forma aproximada, puede estimarse la rozabilidad según la tenacidad o razón entre la resistencia a compresión simple y la resistencia a tracción, a partir de los umbrales siguientes: - Rocas fácilmente rozables: t/ ci < 0,1 - Rocas difícilmente rozables: t/ ci >0,1 Siendo t la resistencia a tracción, y ci la resistencia a compresión simple de la matriz rocosa. Los valores de tenacidad calculados superan en todos los casos el valor de 0,1, por lo que, según este criterio, las rocas correspondientes al GRUPOS 2 se encontrarían dentro del rango de rocas difícilmente rozables, según este criterio. Se dispone de 5 ensayos de abrasividad Cerchar en materiales del grupo 2, con un valor medio de 0,8. Los valores obtenidos en los ensayos efectuados han dado los siguientes valores medios, máximos y mínimos. Tabla nº 63: Resumen de Índice de abrasividad Cerchar GRUPO 2 Nº de valores 5 Promedio 0,8 Máximo Mínimo Desviación estándar 2,7 0,0 1,1 El rango de valores de para la clasificación de abrasividad Cerchar se incluye en el siguiente cuadro resumen: 105

106 Tabla nº 64: Criterio de clasificación en función de la abrasividad Cerchar CLASIFICACIÓN CERCHAR, ÍNDICE DE ABRASIVIDAD ÍNDICE DE ABRASIVIDAD CERCHAR (0,1 mm) DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA < 1,2 Extremadamente poco abrasiva 1,2 2,5 Ligeramente abrasiva 2,5 3,5 Abrasividad media 3,5 4,0 Moderadamente abrasiva 4,0 4,25 Abrasiva 4,25 4,5 Altamente abrasiva > 4,5 Extremadamente abrasiva Atendiendo a los valores medios, las rocas del grupo 2 se clasifican, dentro de este criterio, como rocas extremadamente poco abrasivas. No obstante, las desviaciones de los valores de abrasividad han sido importantes, de manera que en algunos casos pueden clasificarse como rocas de abrasividad media. A continuación se muestran los resultados de los valores estadísticos de los ensayos de dureza Cerchar: Tabla nº65: Resumen de Índice de dureza Cerchar GRUPO 2 Nº de valores 5 Promedio 36,2 Máximo 58,4 Mínimo 20,4 Desviación estándar 16,3 Los criterios para clasificar la roca según su dureza son los siguientes: 106

107 Tabla nº 66: Criterio de clasificación en función de la dureza Cerchar. ENSAYO DE DUREZA CERCHAR ÍNDICE CERCHAR DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA 0 20 Roca blanda Roca poco dura Roca dura Roca muy dura > 120 Roca extremadamente dura Los valores obtenidos en el grupo 2 han sido inferiores a 60 (roca dura), si bien en su mayoría la roca se clasifica como poco dura. Los valores estadísticos de los ensayos Schimazek se presentan en la tabla siguiente, para el grupo geotécnico 2. Tabla nº 67: Índice Schimazek F (kn/m) GRUPO 2 Nº de valores 4 Promedio 0,04 Máximo 0,05 Mínimo 0,02 Desviación estándar 0,01 Los valores de índice Schimazek clasifican a la roca en función de su rozabilidad de muy buena a muy mala, como sigue: 107

108 Tabla nº 68: Criterio de clasificación de la rozabilidad en función del índice Schimazek. CLASIFICACIÓN CERCHAR, ÍNDICE DE ABRASIVIDAD ÍNDICE SCHIMAZEK F (kn/m) DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA < 0,3 Rozabilidad muy buena 0,3 0,4 Rozabilidad buena 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,8 0,8 1,0 Rozabilidad moderada Rozabilidad regular Rozabilidad mala Rozabilidad muy mala Los índices Schimazek no superan un máximo de 0,05, por lo que su rozabilidad en todo caso se mantiene dentro de la clase muy buena. A través del ensayo Schimazek también se pueden conocer los contenidos de cuarzo de las muestras ensayadas, lo que tiene influencia también en la dificultad de excavación. En la siguiente tabla se presentan los valores estadísticos de los contenidos en cuarzo de esta formación geotécnica: Tabla nº 69: Resumen de contenidos en cuarzo (%) GRUPO 2 Nº de valores 39 Promedio 17 Máximo Mínimo Desviación estándar 93 0,5 21 El contenido medio en cuarzo en este grupo geotécnico es de 17%, muy inferior a la media resultante en el grupo 1. Aunque a priori esta formación se distingue de la primera por ser menos abrasiva y presentar un menor contenido en cuarzo, no debe descartarse, y así lo confirman los ensayos, contenidos elevados 108

109 de cuarzo en forma de venas, asociados a los grandes esfuerzos tectónicos que han podido sufrir estas rocas. Se han realizado 2 ensayos DRI (Drilling Rate Test) para la caracterización de la perforabilidad de los materiales del grupo 2. Los valores medios, máximos y mínimos de los ensayos de drop-test y Siever s miniature drill test se muestran en la tabla siguiente: Tabla nº 70: Valores de ensayos de caída (S 20 ) y perforación (S J ) GRUPO 2 S 20 S J Nº de valores 2 2 Promedio 60,8 79,3 Máximo 63,2 87,2 Mínimo 58,4 71,4 Desviación estándar 3,4 11,2 El cálculo del índice de perforabilidad se realiza introduciendo en la gráfica siguiente cada par de valores obtenidos de ambos ensayos. 109

110 Figura 34: Gráfica para la determinación del Drilling Rate Index En consecuencia, los rangos de valores en los que se establece el parámetro DRI son: Tabla nº 71: GRUPO 2.Resumen de valores de ensayos Drilling Rate Index (DRI) DRI Nº de valores 2 Promedio 71,0 Máximo 74,0 Mínimo 68,0 Desviación estándar 4,2 Los valores medios de DRI se encuentran por encima de los valores esperados para las filitas y pizarras, como se desprende de la siguiente figura 35: Figura 35: Valores del Drilling Rate Index según la litología 110

111 Tabla nº 72: Criterio de clasificación en función de DRI. Categoría perforabilidad DRI Extremadamente baja < 25 Muy baja Baja Media Alta Muy alta Extremadamente alta > 83 Tomando en consideración los valores medios de los ensayos de laboratorio del índice DRI el grupo 2 se integran dentro de la categoría de perforabilidad muy alta. El resto de valores se engloban entre las clases de perforabilidad alta y muy alta. Estos resultados entran en contradicción con los resultados obtenidos en los otros ensayos de abrasividad, que en general no han resultado tan desfavorables. A la vista de los ensayos de resistencia, abrasividad y dureza realizados en laboratorio se puede concluir que, en estas formaciones, la excavación mediante tuneladora de las rocas atravesadas por los túneles es viable y adecuada. Son esperables elevados rendimientos durante la excavación y un consumo de cortadores medio, dentro de los valores habituales en túneles de similares características. Este consumo medio puede aumentar puntualmente en zonas de mayor contenido de cuarzo. 111

112 GRUPO 3: Cuarcitas, filitas y gneises meteorizados. GM. IV-V. Corresponden a las rocas alteradas a grado IV y V de la Unidad Invernadeiro OQP, OQF y Fe y del Grupo de Sanatabaia (OQEC), alteración de las rocas del grupo 1. En general, el espesor de alteración de estas rocas es muy pequeño, del orden de 1,0 a 2,0 m, por lo que son pocas las muestras ensayadas. En profundidad también son escasas las muestras tomadas en roca alterada, correspondientes a algún tramo fallado. Para realizar la caracterización geotécnica de estos materiales se han considerado los ensayos realizados sobre muestras tomadas en tramos adyacentes, debido a la escasez de muestras en el tramo en estudio, se dispone de dos muestras de un mismo ensayo, ST-47, y con el objeto de obtener unos parámetros lo más reales posibles. Las muestras de roca alterada a grado IV o V presentan una densidad seca media de 22 kn/m3 en una población de 13 muestras. La densidad aparente media ha resultado ser 24 kn/m3 para humedades variables entre 3,3% y 22%. En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, aparente y humedad obtenidos en las muestras de los sondeos: Tabla nº 73: GRUPO 3. Resumen de ensayos de identificación Densidad seca (kn/m 3 ) Densidad aparente (kn/m 3 ) Humedad (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,1 24,1 25,0 27,5 18,5 20,2 2,1 2,5 13 8,9 22,8 3,3 4,7 Se dispone de la granulometría de ocho muestras extraídas en sondeos. El porcentaje de grava/arena/finos medio es de 58/28/20, y los límites de Atterberg líquido, plástico e índice de plasticidad 34/23/

113 En los cuadros siguientes se muestran los resúmenes de resultados de los ensayos de granulometría y límites de Atterberg. Tabla nº 74: GRUPO 3. Resumen de ensayos de granulometría RET. # 10 >2,00 mm (Grava) PASA #10 - RET. #200 (Arenas) PASA # 200 <0,074mm (Finos) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar Tabla nº 75: GRUPO 3. Resumen de ensayos de Atterberg Límite Líquido WL (%) Límite Plástico WP (%) Indice de plasticidad IP(%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 8 8 8, , ,9 NP NP NP 8 8 8,0 Las muestras se han representado en la gráfica de Casagrande para su clasificación según dicho criterio: 113

114 Índice de plasticidad Ip CARTA DE PLASTICIDAD DE CASAGRANDE C 40 CL MH- 10 CL-ML ML Límite líquido WL O1 Nivel 2 Nivel 3 Nivel 4 Nivel 5 Nivel 6 Nivel 7 Tabla nº 76: Carta de plasticidad de Casagrande En todos los casos los resultados están dentro de las clases de arcillas y limos de baja plasticidad según el ábaco de Casagrande anterior. Según la clasificación del PG-3, este material se puede clasificar como tolerable o adecuado, con tan sólo una muestra que se clasifica como seleccionado. Las muestras se clasifican en su mayor parte como gravas limosas GM o arenas arcillosas SC, según la clasificación USCS. A continuación se muestran los resultados de los ensayos químicos realizados en las muestras de roca alterada: 114

115 Tabla nº 77: GRUPO 3. Resultados de ensayos químicos M.O. (%) CO 3 Ca (%) SO 3 (%) Sales solubles (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo ,48 0,00 0,01 0,20 0,74 0,00 0,02 0,87 0,13 0,00 0,00 0,02 Se han realizado cuatro ensayos de resistencia a compresión simple en suelos, que han dado valores comprendidos entre 1,28 y 2,71 MPa. El valor medio ha sido 1,89 MPa, tal como se muestra en la siguiente tabla: Tabla nº 78: GRUPO 3. Resumen de ensayos de compresión simple Resistencia a compresión simple en suelos qu (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 4 1,89 2,71 1,28 0,62 En estos materiales resulta complicado la toma de muestras y la realización de otro tipo de ensayos para determinar las propiedades resistentes, ya que se trata de materiales que se disgregan fácilmente y que en gran parte se pueden considerar similares a suelos. A falta de otros ensayos para caracterizar los materiales del grupo geotécnico 3, para la estimación de los parámetros resistentes se ha procedido de forma análoga a la roca sana o moderadamente alterada (grados I-II-III). Para ello se han tomado unos parámetros de la roca intacta algo peores que los empleados en las rocas del grupo 1. Para la elección 115

116 de los valores de roca intacta más adecuados se toman los resultados de ensayos de la roca moderadamente alterada a grado III (Grupo 1B), que aunque con poca representación, en general han dado valores por debajo de los de las rocas más sanas. Al no disponer de suficientes ensayos sobre muestras alteradas a grado III en este tramo, se han tenido en consideración los tramos adyacentes para el análisis. Realizando los mismos cambios de variable que en los casos del grupos 1 y 2, - en la siguiente figura: y = 56,605x + 78,539 CORRELACIÓN HOEK-BROWN R² = 0, ( 1-3) Figura 36: Correlación de Hoek y Brown De donde se obtiene: m i = 6,39 ci = 8,86 MPa 116

117 Tensión principal mayor 1 (MPa) Estos valores serán válidos para un rango de presiones de confinamiento entre 0,5 MPa y 2,3 MPa, que son las alcanzadas por los ensayos triaxiales, si bien pueden hacerse extensibles a otros valores superiores extrapolándolos para las condiciones reales de montera de los túneles. Por lo tanto, para la roca alterada a grado IV-V se ha considerado una resistencia a compresión simple de la roca intacta de 8,86 MPa. El grado de correlación obtenido es elevado (87%). Con estos parámetros, la parábola estimada a partir de los ensayos queda: CRITERIO DE PLASTIFICACIÓN GRUPO 3 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0-4,5 5,5 15,5 25,5 35,5 45,5 55,5 65,5 75,5 85,5 Tensión principal menor 3 (MPa) Figura 37: Criterio de plastificación de Hoek y Brown Empleando los parámetros de Hoek - Brown obtenidos de esta forma y particularizándolos para RMR inferiores a 40, se tienen los siguientes parámetros del macizo (figuras 38 y 39): 117

118 Figura 38: GRUPO 3. Parábola de Hoek y Brown GSI =

119 Figura 39: GRUPO 3. Parábola de Hoek y Brown GSI =

120 Tabla nº 79: GRUPO 3. Valores de parámetros de roca intacta y macizo rocoso GSI General 3,max (MPa) ci m i Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso E i (Mpa) mb s a c (MPa) º tm (MPa) cm (MPa) E m (MPa) 30 2,21 8,86 6, ,565 0,0004 0,522 0, ,007 0, ,21 8,86 6, ,367 0,0001 0,544 0, ,071 0, Los valores de la resistencia a compresión simple del macizo quedan por debajo de los obtenidos en los ensayos realizados en laboratorio. Los resultados de módulos de elasticidad del macizo se encuentran en el mismo orden de magnitud, si bien, algo más pequeños, que los rangos inferiores de los ensayos in situ dilatométricos, en los que se obtienen valores entre 825 y MPa GRUPO 4: Pizarras, filitas y esquistos meteorizados. GM. IV-V. No se dispone de muestran en sondeos de rocas alteradas a grado IV y V de las formaciones rocosas pertenecientes a la Formación Luarca (OP), y Esquistos de Baldriz (OE) debido a que, en general, el espesor de alteración de estas rocas es muy pequeño y en profundidad también es escasa la presencia de roca alterada, lo que ha dificultado la toma de muestras. Siguiendo la misma metodología que en el grupo 3, se emplean los valores de ensayos de la roca moderadamente meteorizada. También son muy pocas las muestras de la roca moderadamente alterada del grupo 2 (Grupo 2B). Se dispone de un ensayo triaxial, dos ensayos brasileños y seis ensayos de resistencia a compresión simple de la roca moderadamente alterada. A partir de estos valores se obtiene la correlación de Hoek y Brown siguiente: 120

121 Figura 40: Correlación Hoek y Brown A partir de esta gráfica se obtienen los valores siguientes: m i = 7,54 ci = 9,06 MPa El grado de correlación es pequeño (0,55), pero los resultados son coherentes con los obtenidos en el grupo 3. El criterio de plastificación con estos parámetros quedará: 121

122 Tensión principal mayor 1 (MPa) CRITERIO DE PLASTIFICACIÓN GRUPO 4 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0-4,5-2,5-0,5 1,5 3,5 5,5 7,5 Tensión principal menor 3 (MPa) Figura 41: Criterio de plastificación de Hoek y Brown Empleando los parámetros de Hoek - Brown obtenidos de esta forma y particularizándolos para RMR inferiores a 40, se tienen los siguientes parámetros del macizo: 122

123 Figura 42: GRUPO 4. Parábola de Hoek y Brown GSI =

124 Tabla nº 43: GRUPO 4. Parábola de Hoek y Brown GSI =

125 Tabla nº 80: GRUPO 4. Valores de parámetros de roca intacta y macizo rocoso. GSI General 3,max (MPa) ci m i Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso E i (Mpa) mb s a c (MPa) º tm (MPa) cm (MPa) E m (MPa) 30 2,27 9,06 7, ,619 0,0004 0,522 0, ,006 0, ,27 9,06 7, ,433 0,0001 0,544 0, ,003 0, Los resultados de módulos de elasticidad del macizo se encuentran en el mismo orden de magnitud, si bien, algo más pequeños, que los rangos inferiores de los ensayos in situ dilatométricos, en los que se obtienen valores entre 825 y MPa GRUPO 5: Formaciones cuaternarias depósitos coluviales (Qc), depósitos aluviales (QAl), rellenos (R) y vertidos (V). La escasa presencia de estos materiales a lo largo del trazado ha limitado la toma de muestras de suelos de depósito. Únicamente en los sondeos cercanos a los arroyos se presentan suelos en espesores reducidos, permitiendo la recogida de algunas muestras para su análisis en el laboratorio y caracterización geotécnica. Prácticamente los suelos cuaternarios podrán encontrarse en los apoyos de los viaductos, no siendo interceptados en principio por los túneles. A continuación se muestran los resúmenes de los ensayos realizados sobre las muestras de suelo. Suelos coluviales Q c En el tramo en proyecto solo se disponen de 4 muestras ensayadas para suelos coluviales, tres de ellas tomadas en un mismo sondeo. Con el objeto de afinar la caracterización geotécnica para estos suelos se consideran las muestras de suelos coluviales ensayadas en los tramos adyacentes. 125

126 Éstas presentan una densidad seca media de 21 kn/m3 en una población de 11 muestras. La densidad aparente media ha resultado ser 24 kn/m3 para humedades variables entre 3,3% y 22%. En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, aparente y humedad obtenidos en las muestras de los sondeos para estos suelos: Tabla nº 81: GRUPO 5. Qc Resumen de ensayos de identificación Densidad seca (kn/m 3 ) Densidad aparente (kn/m 3 ) Humedad (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,3 24,1 25,9 27,6 15,8 19,2 4,1 3, ,4 26,7 4,6 6,7 Se dispone de la granulometría de ocho muestras extraídas en sondeos. El porcentaje de grava/arena/finos medio es de 37/32/31, y los límites de Atterberg líquido, plástico e índice de plasticidad 34/25/10. En los cuadros siguientes se muestran los resúmenes de resultados de los ensayos de granulometría y límites de Atterberg. 126

127 Tabla nº 82: GRUPO 5. Qc. Resumen de ensayos de granulometría RET. # 10 >2,00 mm (Grava) PASA #10 - RET. #200 (Arenas) PASA # 200 <0,074mm (Finos) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar Tabla nº 83: GRUPO 5. Qc. Resumen de ensayos de Atterberg. Límite Líquido WL (%) Límite Plástico WP (%) Indice de plasticidad IP(%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar , , ,6 NP NP NP 5 6 2,1 Las muestras se han representado en la gráfica de Casagrande para su clasificación según dicho criterio: 127

128 Índice de plasticidad Ip CARTA DE PLASTICIDAD DE CASAGRANDE CH 40 CL MH- 10 CL-ML ML Límite líquido WL Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 Nivel 4 Nivel 5 Nivel 6 Nivel 7 Figura 44: Carta de plasticidad de Casagrande En todos los casos los resultados están dentro de la clase de arcillas o limos de baja plasticidad según el ábaco de Casagrande anterior. Dos de las muestras se encuentran en la categoría de limo orgánico. Según la clasificación del PG-3, este material se puede clasificar como tolerable o adecuado, con tan sólo una muestra, perteneciente al tramo contiguo, que se clasifica como marginal. Las muestras se clasifican en su mayor parte como gravas limosas o arenas arcillosas, según la clasificación USCS. A continuación se muestran los resultados de los ensayos químicos realizados en las muestras de suelo coluvial: 128

129 Tabla nº 84: GRUPO 5. Qc. Resultados de ensayos químicos M.O. (%) CO 3 Ca (%) SO 3 (%) Sales solubles (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo ,83 0,00 0,02 0,08 1,84 0,00 0,04 0,13 0,19 0,00 0,01 0,03 Se dispone de un único valor de resistencia a compresión simple en estos materiales, que ha dado como resultado 0,33 MPa. Suelos aluviales Q a No ha sido posible recoger muestras de suelos aluviales para ensayar en laboratorio, debido a su escasa representación en el trazado. Rellenos R No se dispone de muestras en rellenos en el tramo en estudio, por tanto, se analizan los resultados de los ensayos realizados sobre muestras de tramos adyacentes. Se han ensayado 3 muestras en los rellenos antrópicos existentes en la zona de proyecto, pertenecientes a los caminos o viales de la zona. En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, aparente y humedad obtenidos en las muestras de los sondeos para estos rellenos, que en general han dado valores muy dispersos, según se observa: 129

130 Tabla nº 85: GRUPO 5. R Resumen de ensayos de identificación. Densidad seca (kn/m 3 ) Densidad aparente (kn/m 3 ) Humedad (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,7 22,8 26,2 26,6 17,6 19,9 4,8 3,4 3 11,5 19,6 1,5 9,2 Las muestras han dado porcentajes elevados de gravas (promedio 66%), clasificándose por lo tanto como gravas limosas o arcillosas (GM o GC). En los cuadros siguientes se muestran los resúmenes de resultados de los ensayos de granulometría: Tabla Nº 86: GRUPO 5. R Resumen de ensayos de granulometría. RET. # 10 >2,00 mm (Grava) PASA #10 - RET. #200 (Arenas) PASA # 200 <0,074mm (Finos) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar Los resultados obtenidos con los ensayos de límites de Atterberg han dado no plásticos en dos de las tres muestras, siendo los valores de límites líquido, plástico e índice de plasticidad de 31/19/13 en la otra muestra ensayada, clasificándose por lo tanto como arcilla de baja plasticidad. Según la clasificación del PG-3, este material se puede clasificar como adecuado, con tan sólo una muestra que se clasifica como tolerable. 130

131 Se han ensayado dos de las muestras para obtener sus contenidos en materia orgánica, carbonatos, yeso y sales solubles, cuyos resultados se muestran en la tabla siguiente: Tabla Nº 1: GRUPO 5. R Resultados de ensayos químicos M.O. (%) CO 3 Ca (%) SO 3 (%) Sales solubles (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo ,02 0,00 0,01 0,10 1,04 0,00 0,01 0,11 0,99 0,00 0,00 0, GRUPO 6: Granitos sanos o moderadamente meteorizados. Formación G RA (GM-I-II-III). El trazado corta estos materiales al final del túnel de Prado. Para el análisis de estas rocas en los ensayos de identificación y los de resistencia se ha realizado una distinción de las muestras con mayor o menor grado de meteorización, denominando GRUPO 6A aquellas muestras con G.M. I ó II y GRUPO 6B a las que se han caracterizado con un grado de meteorización G.M. III. Ensayos de identificación La roca en estado sano, grado II o inferior, presenta una densidad seca media de 26 kn/m3, con valores que oscilan entre 23,7 y 27,2 kn/m3. Los resultados de la roca de grado III son muy similares, con un valor medio de 25,6 kn/m3. La humedad natural en 47 muestras de roca sana con grados de meteorización I-II varía entre 0,1% y 1,8%, con un valor medio de 0,3%. La humedad media en las muestras con grado de meteorización III aumenta ligeramente a 1,1%, siendo el valor superior de 5,6% y el inferior de 0,3%. 131

132 La porosidad de 13 muestras ha oscilado entre 0,30% y 10,8%, con un valor medio de 3,5%. No se dispone de ensayos de porosidad en las muestras de roca moderadamente alterada (GM.III). En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, densidad aparente, humedad y porosidad obtenidos de las muestras de los sondeos en estos materiales: Tabla Nº 88: GRUPO 6A. Resumen de ensayos de identificación. GM. I-II Densidad seca (kn/m 3 ) Densidad aparente (kn/m 3 ) Humedad (%) Porosidad (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,1 26,2 0,3 3,5 27,2 27,3 1,8 10,8 23,7 23,9 0,1 0,3 0,7 0,7 0,3 3,1 Tabla nº 89: GRUPO 6B. Resumen de ensayos de identificación GM. III Densidad seca (kn/m 3 ) Densidad aparente (kn/m 3 ) Humedad (%) Porosidad (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,6 25,9 1,1-27,0 27,1 5,6-23,7 24,0 0,3-0,9 0,8 1,4 - Ensayos de resistencia y deformabilidad Se han realizado 39 ensayos de resistencia a compresión simple en los materiales del grupo 6, obteniendo los siguientes resultados: 132

133 Tabla nº 90: GRUPO 6. Resumen de ensayos de resistencia a compresión simple. Resistencia a compresión simple (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,1 7,4 34,6 Los valores resultantes de los ensayos muestran una gran dispersión. Analizando por separado las muestras con grados de meteorización I y II y las muestras que presentan grado III, se obtiene: Tabla nº 91: Grupo 6ª.Resumen de ensayos de resistencia a compresión simple G.M. I-II. Resistencia a compresión simple (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 32 70,5 143,1 13,5 33,2 133

134 Tabla nº 92: Grupo 6B.Resumen de ensayos de resistencia a compresión simple G.M. III. Resistencia a compresión simple (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 7 40,3 92,5 7,4 31,4 Como se observa, la dispersión sigue siendo notable tanto en el caso de roca sana como de roca moderadamente alterada. En la siguiente gráfica se observa la variación de la resistencia a compresión simple con la profundidad, diferenciando las muestras por su grado de meteorización: 134

135 Profundidad (m) 0,00 RCS (MPa) ,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 200,00 220,00 GRUPO 6A GM-I-II GRUPO 6B GM-III 240,00 Figura 45. Relación de la resistencia a compresión simple con la profundidad Como se observa en el gráfico, los valores de resistencia a compresión simple aumentan ligeramente con la profundidad, pero no se puede establecer una claramente una correlación entre los valores de la resistencia a compresión simple y la profundidad de las muestras. Se deduce que las muestras ensayadas 135

136 con grados de meteorización I a II presentan en general valores de la resistencia a compresión simple superiores a los obtenidos para las muestras de grados de meteorización III. Tal como se observa en las figuras siguientes 46 y 47, la mayoría de las resistencias han dado valores entre 40 y 80 MPa para las muestras de grado de meteorización I y II. Para grados de meteorización GM-III los valores alcanzados con mayor frecuencia han sido inferiores a 20 MPa. Población de qu I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III < > 140 Figura nº 46. Rangos de valores de resistencia a compresión simple. Frecuencias 136

137 Valores promedio de qu 143,10 130,02 93,38 92,49 70,90 66,66 48,65 45,93 34,54 30,93 13,50 13,93 I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III I - II III < > 140 Figura nº 47. Rangos de valores de resistencia a compresión simple. Promedio de valores Discriminando los valores superiores e inferiores, se obtiene un valor promedio de 81,18 MPa para las muestras que presentan un grado de meteorización G.M. I ó II. Para las muestras con grado de meteorización III, se obtiene un valor medio de 45,78 MPa. En 8 de los ensayos de resistencia a compresión simple de las muestras del grupo 6A se han medido las deformaciones uniaxiales con el fin de determinar los parámetros deformacionales del macizo. En las muestras de grado III se han ensayado otras 2 muestras Los valores estadísticos obtenidos han sido los siguientes: 137

138 Tabla nº 93: GRUPO 6ª.Resumen de ensayos de módulos de Young y Poisson en ensayos de resistencia simple con bandas. GM.I-II. Módulo de Young E (MPa) Módulo de Poisson Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,5 0, ,0 0, ,0 0, ,8 0,1 Tabla nº 94: GRUPO 6B.Resumen de ensayos de módulos de Young y Poisson en ensayos de resistencia simple con bandas. GM.III. Módulo de Young E (MPa) Módulo de Poisson Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,5 0, ,0 0, ,0 0, ,3 0,1 En ambos casos, la dispersión de valores del módulo de Young es muy significativa, si bien se aprecian importantes diferencias de magnitud entre los resultados obtenidos para las muestras más sanas y las moderadamente meteorizadas. A partir de estos ensayos, para la roca intacta del grupo 6 se ha tomado un módulo de deformación de MPa, que resulta más cercano a los valores inferiores. Se han realizado un total de cuatro ensayos dilatométricos en los sondeos ST- 31 y ST-33, obteniéndose los siguientes resultados: 138

139 Tabla nº 95: GRUPO 6.Resultados de ensayos dilatométricos. Sondeo Prof. (m) Grado meteor RQD RMR ST I Módulo dilatométrico (MPa) Inicial Ciclo PROMEDIO ST I PROMEDIO ST III PROMEDIO ST III PROMEDIO Presión final (MPa) >9 > 8,5 >9 >9 En estos ensayos se han presentado desviaciones muy importantes. Los valores inferiores corresponden a una zona de sondeo con grado de meteorización GM-III. La relación entre los valores de módulos de deformación y resistencia a compresión simple debe encontrarse entre 200 y 500. En el caso de este grupo geotécnico, se han obtenido valores del cociente E i ci comprendidos entre 50 y 200, lo que hace pensar que los valores obtenidos en los ensayos dilátometricos han resultado algo bajos. Para las condiciones específicas de terreno y montera del túnel se particularizarán los valores de módulos de deformación a emplear en los cálculos comprobando que se encuentran dentro de los órdenes de magnitud de los resultados de los ensayos in situ. 139

140 Se dispone de 5 ensayos triaxiales en granitos con grado de meteorización I a II y 6 en los granitos con grado III, para presiones de confinamiento lateral entre 0,5 y 2,7 MPa. En la siguiente tabla se presentan los resultados para cada subgrupo y totales: Tabla Nº 96: GRUPO 6. Resultados de ensayos triaxiales Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 1 (MPa) 3 (MPa) ,61 1,38 2,62 2,73 0,74 0,50 0,56 0,75 Se dispone de 13 ensayos de tracción indirecta o brasileños para la roca de grados de meteorización I y II, así como 6 ensayos en las de grado de meteorización III. Los valores estadísticos de dichos ensayos se presentan a continuación: Tabla nº 97: GRUPO 6. Resumen de resultados de ensayos de ensayos brasileños Ensayos brasileños (MPa) Nº de valores 19 Promedio 8,1 Máximo 13,5 Mínimo 2,2 Desviación estándar 3,5 Los valores de tenacidad calculados superan en todos los casos el valor de 0,1, por lo que, según este criterio, las rocas correspondientes al GRUPOS 6A y 6B se encontrarían dentro del rango de rocas difícilmente rozables. 140

141 Para caracterizar las propiedades de la roca intacta se emplean los datos derivados de los ensayos de resistencia a compresión simple, brasileños y triaxiales. Se ha considerado el criterio desarrollado por Hoek y Brown, en el que se determina la tensión máxima (σ 1) que produce la plastificación del material para una tensión principal menor (σ 3) dada mediante la expresión: a ci m 3' b s ci ' 1 ' 3 + (1) donde: σ 1 y σ 3 : tensiones efectivas máxima y mínima en rotura. m b : constante de Hoek y Brown para macizos rocosos. s y a: constantes que dependen de las características del macizo rocoso. σ ci : resistencia a compresión simple de los bloques de roca intacta. Para los bloques de roca intacta, los valores de a y s son respectivamente 0,5 y 1. Por tanto, aplicando el criterio en esta hipótesis, se obtiene: 3 ' 1 ' 3 + i 1 ci 0,5 ' ci m (2) donde: m i : constante de Hoek y Brown para roca intacta. La determinación del parámetro mi de la matriz de roca inalterada se ha efectuado mediante la realización de ensayos triaxiales, de resistencia a compresión simple y brasileños, sobre muestras de testigos parafinados. Para obtener el valor de mi se ha realizado en la ecuación (2) el cambio: y = ( 1 3 )² (3) x = 3 Con lo que el criterio de rotura toma la forma: y = m ci. x + ci 2 (4) 141

142 Representando los valores de x e y en una gráfica, el valor de mi se obtiene aproximando los resultados de los ensayos efectuados mediante una recta ajustada por el método de los mínimos cuadrados, incluyendo los valores de la resistencia a compresión simple y de resistencia a tracción. Resulta, por tanto: ( 1 3 )² = m i. ci. 3 + ci ² de esta expresión se obtiene m i y ci. Para la correlación se han empleado los valores de los ensayos de laboratorio correspondientes a las muestras de grados de alteración I, II y III, eliminando los valores que despuntan tanto por arriba o por abajo. La correlación resultante se muestra en la siguiente figura: Figura nº 48. Correlación de Hoek y Brown GRUPO 6A 142

143 De donde se obtiene: m i = 7,02 ci = 81,79 MPa El valor de la resistencia a compresión simple en este caso es muy similar al promedio estimado desechando muestras poco significativas, por lo que se toma como representativo este resultado. El valor de mi, en cambio, es inferior a los habituales para los granitos, en los que la bibliografía indica un valor de 32±3. Figura 49. Correlación de Hoek y Brown GRUPO 6B De donde se obtiene: m i = 9,7 ci = 47,1 MPa El valor de la resistencia a compresión simple así obtenido es ligeramente superior a la media de los valores de ensayo, mientras que el valor de mi resulta muy inferior a los valores habituales para este tipo de roca. 143

144 Para definir los parámetros de Mohr Coulomb se realiza el ajuste con el criterio lineal de Mohr-Coulomb, cuya expresión es: 1 c K 3 Donde la constante K queda definida por: K 1 sen 1 sen es el ángulo de rozamiento interno de la roca Por tanto, el valor de la cohesión y del ángulo de rozamiento puede deducirse a partir de las siguientes expresiones: 2 atan 90 1 sen c c 2cos A continuación se presenta la parábola de Hoek y Brown para un caso general, obteniendo de esa forma los parámetros resistentes del macizo. Se ha realizado para los valores de GSI más típicos en estas formaciones. Valores inferiores a 40 se han considerado dentro del grupo geotécnico 3 que se corresponden con la roca más meteorizada (GM. IV-V). El análisis de los parámetros de los macizos rocosos aplicados a túneles se realizará en el apartado de Geotecnia de túneles, donde se particularizan los resultados para las monteras y calidades geomecánicas del macizo presente en los túneles. 144

145 Figura 50. Grupo 6.Parabola de Hoek y Brown GSI=70 145

146 Figura 51. Grupo 6.Parabola de Hoek y Brown GSI=50 146

147 Figura 52. Grupo 6. Parabola de Hoek y Brown GSI =40 147

148 Tabla nº 98. GRUPO 6. Valores de parámetros de roca intacta y macizo rocoso. GSI General Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso 3,max (MPa) ci m i E i (Mpa) mb s a c (MPa) º tm (MPa) cm (MPa) E m (MPa) 70 20,45 81,79 7, ,404 0,0357 0,501 5, ,213 20, ,45 81,79 7, ,177 0,0039 0,506 3, ,269 12, ,45 81,79 7, ,824 0,0013 0,511 3, ,126 9, Los valores del módulo de deformación del macizo que se han obtenido con la parábola de Hoek y Brown se encuentran comprendidos en el mismo rango de valores que se han alcanzado en los ensayos dilatométricos. En las rocas con mayor índice de calidad el módulo de deformación del macizo se mantiene algo por encima del intervalo superior de valores (el valor máximo obtenido de los ensayos in situ está entorno a MPa). En el caso de los índices de calidad más bajos, los módulos resultan, en orden de magnitud, por debajo del intervalo inferior de valores (el valor mínimo obtenido de los ensayos in situ está entorno a MPa aproximadamente). El extremo inferior de los ensayos se considera más apropiado para las rocas de más baja calidad geotécnica y más fracturadas, que se incluyen ya en el grupo geotécnico 7. Se dispone de 5 ensayos de corte directo en juntas para el grupo geotécnico 6. Para analizar los datos de manera conjunta se ha elaborado un diagrama P-Q con la totalidad de resultados obtenidos en los ensayos: 148

149 Q (Kg/cm2) Figura nº 53.GRUPO 6. Diagrama P-Q. Ensayos de corte directo en juntas DIAGRAMA P-Q y = 0,6667x + 0,2673 R² = 0,8073 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 P (Kg/cm2) Círculos de Mohr De donde se obtienen los siguientes valores de cohesión y ángulo de rozamiento en juntas: c (t/m2) º 3,59 41,8 A pesar de que el ajuste de los datos en el diagrama P-Q es adecuado, con un grado de correlación muy elevado, del 80,7%, el valor obtenido para la cohesión en juntas parece muy elevado. Valores elevados de cohesión en juntas dan lugar a análisis de estabilidad excesivamente optimistas, que no se corresponden con la realidad. No se presentan taludes en estas formaciones. No obstante se estima que la siguiente pareja de valores resultaría más razonable en estos análisis: c (t/m2) º 0 30 Se han realizado 14 ensayos de velocidad sónica con un resultado variable entre m/s y m/s, con un valor medio de m/s. No se dispone de valores de velocidad in situ en granito sano para realizar la correlación de Coon and Merrit. Los valores de laboratorio son elevados, lo que indica una alta calidad de la roca. 149

150 Tabla nº 99 GRUPO 6. Resumen de resultados de velocidad sónica GRUPO 6 Nº de valores 14 Promedio 4.440,2 Máximo 5.110,0 Mínimo 2.755,0 Ensayos de estabilidad frente a sulfatos sódico y magnésico Se han ensayado 2 muestras para conocer su estabilidad al NaSO4 y otras 2 más al MgSO4. Los valores resultantes son los siguientes: Tabla nº 100. GRUPO 6. Resumen de valores de ensayos de estabilidad frente a sulfatos sódico y magnésico. Estabilidad frente al NaSO 4 (%) Estabilidad frente al MgSO 4 (%) Nº de valores 2 2 Promedio 7,3 3,5 Máximo Mínimo Desviación estándar 11,8 5,7 2,7 1,3 6,4 3,1 En el caso del sulfato sódico, los dos valores cumplen los requerimientos indicados en el Pliego de ADIF (PGP-2008 v 1.11) para su empleo en pedraplenes, donde se exige que las pérdidas en el ensayo de ataques de sulfatos sódico y magnésico inferiores al 20%. Para el caso del sulfato magnésico, todos los resultados son inferiores al 30% exigido en la norma. Los mismos valores son requeridos para su empleo como cimiento drenante. Ensayos de desgaste y durabilidad Se han realizado ensayos de desgaste Los Ángeles, Micro Deval húmedo y coeficiente de Friabilidad para evaluar el posible aprovechamiento del material extraído de la excavación del túnel en mina. Los resúmenes de estos ensayos se muestran en la siguiente tabla: 150

151 Tabla nº 101: GRUPO 6. Resumen de valores de ensayos de desgaste y durabilidad. Microdeval (%) Coeficiente de Friabilidad F (%) Coeficiente de Los Ángeles DLA (%) Slake Durability Index SDT (%) Nº de valores Promedio 28,0 11,3 35,8 98,4 Máximo 47,0 22,4 58,0 99,5 Mínimo 11,0 0,2 27,0 96,8 Desviación estándar 18,1 15,7 12,7 1,5 De las 5 muestras ensayadas, dos presentan un coeficiente de Los Ángeles dentro del rango indicado en el Pliego de ADIF para las capas de forma y subbalasto (DLA<30% y DLA<28% respectivamente). En cuanto a cimiento drenante (DLA<35%) cumplen todas a excepción de una, con un coeficiente de los ángeles de 58. Únicamente esta muestra no cumple las condiciones para su empleo como pedraplén (DLA<50%). El valor medio en el ensayo de Microdeval ha sido de 28%, lo que cualifica al material como no apto para su empleo en capas de sub-balasto o capa de forma (MDE<22% y MDE<25% respectivamente). Sólo una muestra ha dado un valor de 11% que cumpliría para su empleo como subbalasto. Los dos ensayos de friabilidad disponibles se encuentran dentro del rango adecuado para su empleo en pedraplenes (F<25%), al igual que para material drenante de cimientos de terraplén (F<50%). Se han recibido 3 resultados del ensayo Slake, con valores que se clasifican, según Gamble (1971) como materiales de durabilidad alta a muy alta. En la tabla siguiente se presenta el criterio de clasificación de Gamble: 151

152 Tabla nº 102: Criterio de clasificación de los macizos rocosos según su durabilidad GAMBLE (1971) Índice ID 2 Durabilidad al desmoronamiento > 98 Muy alta Alta Media alta Media Baja < 30 Muy baja En este caso, ambos valores superan los requerimientos del Pliego para su empleo como pedraplén y cimiento de terraplén drenante. Ensayos de abrasividad y perforabilidad Se dispone de 16 ensayos de abrasividad Cerchar en materiales de este grupo geotécnico, con un valor medio de 3,5 (0,1 mm). Los valores obtenidos en los ensayos efectuados han dado los siguientes valores medios, máximos y mínimos. Tabla nº 103: Resumen de Índice de abrasividad Cerchar GRUPO 6 Nº de valores 16 Promedio 3,5 Máximo Mínimo Desviación estándar 4,7 2,1 0,7 El rango de valores de para la clasificación de abrasividad Cerchar se incluye en el siguiente cuadro resumen: 152

153 Tabla nº 104: Criterio de clasificación en función de la abrasividad Cerchar CLASIFICACIÓN CERCHAR, ÍNDICE DE ABRASIVIDAD ÍNDICE DE ABRASIVIDAD CERCHAR (0,1 mm) DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA < 1,2 Extremadamente poco abrasiva 1,2 2,5 Ligeramente abrasiva 2,5 3,5 Abrasividad media 3,5 4,0 Moderadamente abrasiva 4,0 4,25 Abrasiva 4,25 4,5 Altamente abrasiva > 4,5 Extremadamente abrasiva Atendiendo a los valores medios, las rocas del GRUPO 6 se clasifican, dentro de este criterio, como rocas moderadamente abrasivas. No obstante, el rango de resultados abarca las categorías de ligeramente abrasiva a abrasiva. A continuación se muestran los resultados de los valores estadísticos de los ensayos de dureza Cerchar: Tabla nº 105. Resumen de Índice de dureza Cerchar GRUPO 6 Nº de valores 8 Promedio 245,5 Máximo Mínimo Desviación estándar 463,9 97,4 116,3 Los criterios para clasificar la roca según su dureza son los siguientes: 153

154 Tabla nº 106. Criterio de clasificación en función de la dureza Cerchar ENSAYO DE DUREZA CERCHAR ÍNDICE CERCHAR DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA 0 20 Roca blanda Roca poco dura Roca dura Roca muy dura > 120 Roca extremadamente dura Los valores de dureza Cerchar obtenidos de los ensayos clasifican a la roca entre roca muy dura y extremadamente dura. Los valores estadísticos de los ensayos Schimazek se presentan en la tabla siguiente, para el grupo geotécnico 1: Tabla nº 107. Índice Schimazek F (kn/m) GRUPO 6 Nº de valores 20 Promedio 3,4 Máximo Mínimo Desviación estándar 12,3 0,1 3,5 Los valores de índice Schimazek clasifican a la roca en función de su rozabilidad de muy buena a muy mala, como sigue: 154

155 Tabla nº 108. Criterio de clasificación de la rozabilidad en función del índice Schimazek CLASIFICACIÓN ÍNDICE SCHIMAZEK ÍNDICE SCHIMAZEK F (kn/m) DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ROCA < 0,3 Rozabilidad muy buena 0,3 0,4 Rozabilidad buena 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,8 0,8 1,0 Rozabilidad moderada Rozabilidad regular Rozabilidad mala Rozabilidad muy mala Los valores de índice Schimazek en granitos han dado valores muy dispersos. Han resultado en su mayor parte superiores a 0,8, por lo que se trataría de una roca de rozabilidad muy mala, según la clasificación de este índice. A través del ensayo Schimazek también se conocen los contenidos de cuarzo de las muestras ensayadas, lo que tiene influencia también en la dificultad de excavación. En la siguiente tabla se presentan los valores estadísticos de los contenidos en cuarzo de esta formación geotécnica: Tabla nº 109. Resumen de contenidos en cuarzo (%) GRUPO 6 Nº de valores 16 Promedio 34 Máximo Mínimo Desviación estándar ,5 155

156 Los porcentajes de cuarzo son elevados, lo que puede repercutir en un elevado desgaste de los útiles de corte, sin embargo, son inferiores a los contenidos de cuarzo obtenidos en las otras formaciones. Se han realizado ocho ensayos DRI (Drilling Rate Test) para la caracterización de la perforabilidad de los materiales del grupo 6. Este índice se obtiene a través de dos ensayos de laboratorio: Ensayo de caída (drop test), que proporciona una medida indirecta de la energía necesaria para triturar la roca. El valor obtenido S20 representa el porcentaje de material que pasa por un tamiz de 11,2 mm de abertura, después de 20 impactos. Ensayo de perforación (Siever s miniature drill test) que da una medida indirecta de la dureza de la superficie de la roca, representativa de la resistencia a identación. El valor obtenido (SJ) se define como la profundidad del taladro, medido en décimas de milímetro, después de 200 rotaciones efectuadas por una pequeña barrena sometida a un empuje de 20 kg. El cálculo del índice de perforabilidad se realiza introduciendo en la gráfica siguiente cada par de valores obtenidos de ambos ensayos. Figura nº 54. Gráfica para la determinación del Drilling Rate Index 156

157 En consecuencia, los rangos de valores en los que se establece el parámetro DRI son: Tabla nº 110. GRUPO 6. Resumen de valores de ensayos Drilling Rate Index (DRI) DRI Nº de valores 8 Promedio 49,9 Máximo Mínimo Desviación estándar 68,0 37,0 9,9 Los valores medios de DRI se encuentran dentro de los valores esperados para los granitos, como se desprende de la siguiente figura: Figura nº 55. Valores del Drilling Rate Index según la litología 157

158 Tabla nº 111. Criterio de clasificación en función de DRI. Categoría perforabilidad DRI Extremadamente baja < 25 Muy baja Baja Media Alta Muy alta Extremadamente alta > 83 Tomando en consideración los valores medios de los ensayos de laboratorio del índice DRI el grupo 6 se integran dentro de la categoría de perforabilidad media. El resto de valores se engloban entre las clases de perforabilidad baja y alta. Las conclusiones derivadas de estos resultados parecen no concordar con las esperadas, ya que a priori se presume que los granitos presentan una abrasividad mayor que las rocas metamórficas ordovícicas. En cualquier caso, estos resultados demuestran que pueden esperarse abrasividades importantes no sólo en los granitos sino también en las rocas metamórficas, asociadas generalmente a la presencia de niveles areniscosos con elevados contenidos de cuarzo. 158

159 GRUPO 7: Granitos meteorizados y suelo residual procedente de los granitos (jabres). Formación G RA (GM. IV-V) y Q J. Estos materiales se presentan en la zona final del trazado, en el emboquille oeste del túnel de Prado. Se han reconocido espesores de jabre del orden de 9,0 a 20,0 m en los sondeos ST-33 y SD-34. A continuación se muestran los resúmenes de los ensayos realizados sobre las muestras de suelo. Se han ensayado tres muestras de granito meteorizado a grado IV-V y jabres, presentando una densidad seca media de 22,4 kn/m3. La densidad aparente media ha resultado ser 22,8 kn/m3 para humedades variables entre 0,7% y 3,3%. En el cuadro siguiente se resumen los valores de densidad seca, aparente y humedad obtenidos en las muestras de los sondeos para estos suelos: Tabla nº 112. GRUPO 7. G RA (GM IV-V) y QJ Resumen de ensayos de identificación. Densidad seca (kn/m 3 ) Densidad aparente (kn/m 3 ) Humedad (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar ,4 22,8 2,1 23,9 24,1 3,3 21,5 22,2 0,7 1,3 1,1 1,3 Se dispone de ensayos granulométricos en 4 muestras extraídas en sondeos. El porcentaje de grava/arena/finos medio es de 9/68/23. Todas las muestras han sido no plásticas en los ensayos de límites de Atterberg. En los cuadros siguientes se muestran los resúmenes de resultados de los ensayos de granulometría. 159

160 Tabla nº 113. GRUPO 7. Resumen de ensayos de granulometría RET. # 10 >2,00 mm (Grava) PASA #10 - RET. #200 (Arenas) PASA # 200 <0,074mm (Finos) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 3,2 5,3 5,1 Según la clasificación del PG-3, este material se puede clasificar como tolerable. Todas las muestras se clasifican como arenas limosas SM, según la clasificación USCS. Según la clasificación americana AASHTO las muestras se han clasificado en las dos categorías siguientes: A-2-4(0) y A-1-b(0). A continuación se muestran los resultados de los ensayos químicos realizados en las muestras de suelo coluvial: Tabla nº 114. GRUPO 7. Resultados de ensayos químicos M.O. (%) CO 3 Ca (%) SO 3 (%) Sales solubles (%) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo ,4 0,3 0,0-0,5 0,4 0,0-0,3 0,2 0,0 - Se dispone de 3 resultados de ensayos de resistencia a compresión simple en estos materiales, con los siguientes resultados: 160

161 Tabla nº 115. GRUPO 7 Resumen de ensayos de resistencia a compresión simple Resistencia a compresión simple (MPa) Nº de valores Promedio Máximo Mínimo Desviación estándar 3 5,3 10,4 2,1 4,5 Al igual que en las rocas metamórficas, para los granitos alterados se emplean valores de la roca intacta correspondientes a los rangos inferiores obtenidos en las muestras de grado GM-III fundamentalmente. Estas muestras corresponden a los granitos más alterados (Grupo 6B). Figura nº 56. Correlación de Hoek y Brown GRUPO 6B 161

162 De donde se obtiene: m i = 9,7 ci = 47,1 MPa El valor de la resistencia a compresión simple así obtenido es ligeramente superior a la media de los valores de ensayo, mientras que el valor de mi resulta muy inferior a los valores habituales para este tipo de roca. A continuación se presenta la parábola de Hoek y Brown para un caso general, obteniendo de esa forma los parámetros resistentes del macizo con GSI=30 para los granitos (GM. IV-V) del grupo 7. El análisis de los parámetros de los macizos rocosos aplicados a túneles se realizará en el apartado de Geotecnia de túneles, donde se particularizan los resultados para las monteras y calidades geomecánicas del macizo presente en los túneles. 162

163 Figura nº 57. GRUPO 6. Parábola de Hoek y Brown GSI = 30 Tabla nº 116. GRUPO 7. Valores de parámetros de roca intacta y macizo rocoso GSI General Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso 3,max (MPa) ci m i E i (Mpa) mb s a c (MPa) º tm (MPa) cm (MPa) E m (MPa) 30 11, , ,796 0,0004 0,522 1, ,025 0, De los ensayos realizados para los materiales del grupo 6, teniendo en consideración los resultados de los ensayos realizados sobre las muestras más alteradas, se estima una resistencia a compresión simple para los materiales del Grupo 7 de 50 MPa y un módulo de deformación de

164 Se considera del lado de la seguridad para los cálculos de estabilidad de taludes en estos suelos, emplear un valor más conservador. De este modo, se adoptan en la hipótesis de desmonte, los siguientes parámetros resistentes, resultantes de la bibliografía existente: Tabla nº 117. Parámetros geotécnicos para taludes en roca meteorizada Litología Densidad aparente ap (kn/m 3 ) Cohesión c(kn/m 2 ) Ángulo de rozamiento (º) Jabres Q J 21, Granito alterado (GM. IV) 21, Resumen de parámetros En las tablas siguientes se muestra el resumen de los valores medios, de los principales ensayos, así como el posible aprovechamiento de los materiales excavados y sus condiciones de excavabilidad, A continuación se muestran los valores de los parámetros adoptados en los cálculos de desmontes, derivados de los ensayos de laboratorio, tal como se ha indicado a lo largo de la caracterización geotécnica. Tabla nº 128. Resumen de valores de ensayos en rocas 164

165 GRUPO 6 GRUPO 2 GRUPO 1 FORMACIÓN GEOTÉCNICA Densid ad seca (kn/m 3 ) Densid ad aparent e (kn/m 3 ) Resist. a compr. simple ci(mp a) Módul o Young E (MPa) E i (MPa) Módul o dilat E dil (MPa) Triaxiales 1 (MP a) 3 (MP a) Parámetros en juntas Cohesió n (Mpa) Ángul o roz. (º) Posibilidad de Aprovechamie nto Excavabilid ad Nº ENSAYOS PROMEDI O 26 26,3 24, ,2 35,4 1,8 0, PROMEDI O GM-I-II PROMEDI O GM-III 25,8 26,5 28,3 26,2 25,8 12, ,2 35,4 1,8 0,409 0, ,269 MÁX 25,4 28,4 104, ,4 64,3 4,1 0, MÍN 23 23,8 4, ,1 7,1 0,6 0, Todo-uno (cimiento, coronación y núcleo) y en falsos túneles Voladuras VALOR ADOPTAD O (*) 0, Nº ENSAYOS PROMEDIO 26,3 26,7 14, ,2 15,4 2,1 0, PROMEDIO GM-I-II 26,4 26,8 15, ,2 15,4 2,1 0, PROMEDIO GM-III 25,8 26,3 9, MÁX 27, , ,6 23,3 2,7 0, , Todo-uno (cimiento, coronación y núcleo) y en falsos túneles Voladuras MÍN 24,1 25 0, ,0 11,5 1,6 0, VALOR ADOPTADO (*) Nº ENSAYOS , O P-S 0 30 O P-J 0 28 S FA S-J 0 35 PROMEDIO 26,0 26,1 65, ,2 74,0 2,2 0,6 35,5 PROMEDIO GM-I-II PROMEDIO GM-III 26,1 26,2 25,6 25,9 60, ,2 40, ,1 MÁX 27,2 27,3 143, ,2 81,4 2,7 51,6 0,5 83,7 4, ,9 49,0 Todo-uno (cimiento, coronación y núcleo) y en falsos túneles Voladuras MÍN 23,7 23,9 7, VALOR ADOPTA DO ,1 51,6 0,5 0,3 16,4 81, (*) 0,

166 (*)Estos valores se particularizarán para los túneles en función de sus condiciones geotécnicas reales. Tabla nº 129. Resumen de valores de ensayos en suelos FORMACIÓN GEOTÉCNICA Nº ENSAY OS Dens idad seca (kn/ m3) Dens idad apar ente (kn/ m3) Hum edad (%) W L ( % ) W P ( % ) IP ( % ) RET. # 10 >2,0 mm (Gra va) PAS A #10 RET. #20 0 (Are nas) PAS A # 200 <0,0 74m m (Fin os) Cl asi f. US CS Clasi f. PG-3 Resis t. a comp r. simpl e ci(m Pa) Módu lo Youn g E i (MPa) Posibilida d de Aprovech amiento Excavab ilidad GRUPO 3/4 PROM EDIO 22,1 24,1 8,9 MÁX 25,0 27,5 MÍN 18,5 20,2 22,8 3, , G Toler 6 M able/ , Adec SC uado , Terraplén (cimiento, coronación y núcleo) y en falsos túneles Ripable- Excavabl e VALOR ADOPT ADO Nº ENSAY OS , , GRUPO 5 PROM EDIO 21,3 24,1 14,4 MÁX 25,9 27,6 26,7 MÍN 15,8 19,2 4, , 5 1 2, 6 6, G Toler M- able/ G Adec C uado Terraplén (cimiento, coronación y núcleo) y falsos túneles Ripable- Excavabl e VALOR ADOPT ADO Nº ENSAY OS , , GRUPO 7 PROM EDIO MÁX MÍN 22,4 22,8 2,1 N P 23,9 24,1 3,3 N P 21,5 22,2 0,7 N P N P N P N P N P N P N P , G M- G C Toler able 10, ,1 Terraplén (cimiento, coronación y núcleo) y falsos túneles Ripable- Excavabl e VALOR ADOPT ADO ,25 166

167 Tabla nº 130. Resumen de parámetros empleados en los cálculos de desmontes en roca. FORMACIÓN GEOTÉCNICA Densidad aparente (kn/m 3 ) Resist. a compr. simple (MPa) Tipo de discontinuidad Parámetros en juntas Cohesión (Mpa) Ángulo roz. (º) GRUPO S y J 0 30 GRUPO O P - S 30 O P - J 0 28 S FA - S y J 35 Tabla nº 131. Parámetros geotécnicos para taludes en roca meteorizada. Litología Densidad aparente ap (kn/m 3 ) Cohesión c(kn/m 2 ) Ángulo de rozamiento (º) Jabre QJ 19, Granito alterado (GM. IV) 19,

168 Tabla nº 132. Valores de parámetros de roca intacta y macizo rocoso. FORMACIÓ N GEOTÉCNIC A GS I 60 Genera l Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso (*) 3,max (MPa) ci m i 5,45 21,8 2 7,2 3 E i (Mpa) mb s a 1,73 3 0, ,50 3 c (MPa ) º tm (MPa ) cm (MPa ) 1, ,15 4,15 E m (MPa) GRUPO ,45 21,8 2 7, ,21 2 0, ,50 6 0, ,07 1, ,45 21,8 2 7, ,84 8 0, ,51 1 0, ,03 0, ,23 20,9 4 7, ,73 3 0, ,50 3 1, ,14 4, GRUPO ,23 20,9 4 7, ,26 4 0, ,50 6 0, ,06 3, ,23 20,9 4 7, ,84 8 0, ,51 1 0, ,03 0, ,45 81,7 9 7, ,40 4 0, ,50 1 2, ,213 20, GRUPO ,45 81,7 9 7, ,17 7 0, ,50 6 1, ,269 12, ,45 81,7 9 7, ,82 4 0, ,51 1 3, ,126 9, (*)En el estudio geotécnico de túneles, estos parámetros se ajustarán a las condiciones de montera y calidad del macizo rocoso especificas del túnel, asignado unos valores tipo a cada clase de terreno estudiada. 168

169 Tabla nº133. Valores de parámetros de roca intacta y macizo rocoso en las rocas alteradas. FORMACIÓ N GEOTÉCNIC A GRUPO 3/4 GS I Genera l Roca intacta Hoek - Brown Parámetros macizo rocoso (*) 3,max (MPa) ci m i 30 2,21 8, ,21 8,8 6 6,3 9 6,3 9 E i (Mpa) , ,36 7 mb s a 0, , ,52 2 0,54 4 c (MPa ) º tm (MPa ) cm (MPa ) 0, ,007 0,772 0, ,071 0,565 E m (MPa ) GRUPO , , ,79 6 0, ,52 2 1, ,025 0, CRITERIOS DE APROVECHAMIENTO En el Anejo de Materiales se presentan los criterios adoptados para el aprovechamiento de los materiales excavados en la traza. En el siguiente cuadro se presenta un resumen del empleo de dichos materiales, indicando el grupo geotécnico y su posible aprovechamiento. 169

170 Tabla nº 134. Resumen posibles aprovechamientos Litología Aprovechamiento GRUPO 1 Cuarcitas y filitas del Invernadeiro O QP, O QF, Fe y O QE, O QEC (GM-I-II-III) GRUPO 2 Pizarras y filitas.o P y O E. (GM-I-II-III) GRUPO 3 Cuarcitas y filitas del Invernadeiro. O QP, O QF, Fe y O QE, O QEC (GM-IV-V) GRUPO 4 Pizarras y filitas. O P y O E. ( GM-IV-V) GRUPO 5 Formaciones cuaternarias GRUPO 6 Granitos G RA (GM-I-II-III). GRUPO 7 Arenas graníticas (jabres) (G J ) Todo-uno (cimiento, coronación y núcleo) y en falsos túneles Todo-uno y terraplén (cimiento, coronación y núcleo) y en falsos túneles Terraplén (cimiento, coronación y núcleo) y en falsos túneles Terraplén (cimiento, coronación y núcleo) y en falsos túneles Vertedero Todo-uno (cimiento, coronación y núcleo) y en falsos túneles Terraplén (cimiento, coronación y núcleo) y en falsos túneles NOTA: Los materiales rocosos, para su empleo en coronación, deberán pasar por un proceso de machaqueo previo para obtener los tamaños requeridos 170

171 En la tabla siguiente se resumen los posibles usos de los materiales excavados en la traza, para las distintas necesidades de la plataforma ferroviaria: Tabla nº 135. Posibles usos de materiales excavados en traza GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3 GRUPO 4 GRUPO 5 GRUPO 6 GRUPO 7 PEDRAPLÉN NO NO NO NO NO NO NO CIMIENTO DRENANTE CIMIENTO TERRAPLÉN O TODO-UNO NÚCLEO TERRAPLÉN O TODO UNO NO NO NO NO NO SÍ NO SI SÍ SI SÍ NO SÍ SÍ SÍ SÍ SÍ SÍ NO SÍ SÍ CORONACIÓN TERRAPLÉN O SI SÍ SÍ SÍ NO SÍ SÍ TODO-UNO (1) RELLENO TÚNELES SÍ SÍ SÍ SÍ NO SÍ SÍ ARTIFICIALES CUÑAS TRANSICIÓN ESTRUCTURAS (2) NO NO NO NO NO NO NO HORMIGONES NO NO NO NO NO SI SI CAPA DE FORMA (2) NO NO NO NO NO NO NO SUBBALASTO NO NO NO NO NO NO NO ZAHORRAS NO NO NO NO NO SI NO RELLENOS DE CAMINOS Y REPOSICIONES SI SI SI SI NO SI SI CORONACIÓN CAMINOS Y REPOSICIONES SI SI SI SI NO SI SI (1) NOTA: Siempre y cuando se machaque y cribe el material procedente de la excavación de los túneles para obtener tamaños < 10 cm. (2) NOTA: Las cuñas de transición cumplirán las mismas condiciones que la capa de forma. No obstante podría ser discutible su aprovechamiento, si el único factor por el que no cumple fuera el Coeficiente de Los Ángeles (LA). 171

172 3.4. COEFICIENTE DE PASO En las tablas siguientes se resumen los valores de coeficientes de paso adoptados: Tabla nº 136. Coeficientes de paso. ROCA Litología Grado de aprovechamiento (%) Coeficiente de paso inicial Coeficiente de paso final GRUPO ,20 1,14 GRUPO ,20 1,14 GRUPO ,20 1,14 Vertedero - 1,30 - Tabla nº 137.Coeficiente de paso. SUELOS Litología Grado de aprovechamiento (%) Coeficiente de paso inicial Coeficiente de paso final Q C 0 1,16 0,0 GRUPO ,16 1,05 GRUPO ,16 1,05 GRUPO ,9 El valor 0,0 en la litología QC, indica que estos materiales no se aprovecharán para las necesidades de la traza, sino que irán vertedero, debiendo aplicar el coeficiente de paso de vertedero (1,30). Estos coeficientes se han justificado en el Anejo de Materiales AGRESIVIDAD AL HORMIGÓN Durante las campañas de investigación geotécnica y complementaria, se han tomado un total de 14 muestras de agua en sondeos y otras 3 muestras en manantiales, para comprobar su posible agresividad a los hormigones. Los tipos de ensayos realizados en laboratorio, junto con las normativas UNE y EN, se indican en el cuadro dado a continuación. 172

173 Tabla nº 138. Tipos de ensayos en hormigones Los resultados de los ensayos, se representan en la tabla dada a continuación. (Tabla 139) Indican que la agresividad del agua varía, en general, entre No Agresiva y un Grado Débil de agresividad. Existen cinco muestras que presentan un grado de agresividad medio, con valores de residuo seco comprendidos entre 57,5 65,3 mg/l (según norma, Medio: mg/l). TRAMO: TÚNEL DE PRADO. VÍA IZQUIERDA Situación M - 2 M - 3 M - 7 ST - 25 ST - 26 ST - 27 ST - 28 ST - 30 ST - 31 ST - 33 ST - 35 ST - 47 ST - 48 ST ST - 49 ST SD - 34 ph 5,79 9,08 6,91 5,99 7,03 7,18 6,53 6,54 6,59 6,15 5,77 6,48 6,64 6,4 6,5 6,3 6,19 Amonio 1,5 1,1 1,8 0,4 2,2 0,6 3,5 28,2 16,9 28,2 13,4 1,1 10 3, Residuo seco 61,4 81,3 65,3 58,9 141,1 110,8 420,3 102,9 100,6 57,5 117,9 77,6 369, , Sulfato ,6 39,9 12,48 14,98 Magnesio 21,9 21,1 21,4 18,7 22,5 29,8 40,2 24,1 23,9 21,2 22,4 24,1 19,7 1,1 2,9 1 0,9 Diox. Carbono 11 3,3 7,7 6,6 4,4 3, ,9 15,4 4,4 28,6 4,4 24, Olor Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora Inolora AGRESIVIDAD MEDIA DEBIL MEDIA MEDIA DEBIL DEBIL NO AGRESIVA DEBIL DEBIL MEDIA DEBIL DEBIL DEBIL NO AGRESIVA MEDIA DEBIL DEBIL Tabla nº 139. Resultados de los ensayos en hormigones 173

174 4. GEOTECNIA DE LAS OBRAS DE TIERRA ESTUDIOS DE DESMONTES Introducción La traza del ferrocarril discurre por un terreno muy abrupto, discurriendo en túnel en toda su longitud. Tan sólo se estudian, por tanto, los desmontes de la trinchera del emboquille oeste de los túneles de Prado. El subtramo comprende la vía izquierda del túnel de Prado (PK PK ) y el emboquille Oeste de los Túneles de Prado (PK ). La trinchera de este emboquille tiene una altura máxima de 34,0 m y se excavará en granitos. La ladera en la que está situado está muy vegetada, y no se han observado afloramientos. En esta zona el granito se presenta meteorizado y desarrolla suelos graníticos (jabres) de espesor estimado en torno a 8,0 m. En la siguiente tabla se resumen las características geométricas de los desmontes proyectados: Tabla nº 140. Características geométricas de los desmontes proyectados DESMONTE Altura máxima (m) P.K. a P.K. Longitud Izq. Frontal Der. Litología Clave ,0 22, ,0 34,0 Granitos G RA La campaña de investigación geotécnica y el levantamiento geológicogeotécnico efectuado han permitido estimar, a través de un número importante de puntos de lectura y de investigación geotécnica, la estructura del macizo rocoso en los desmontes de los emboquilles, así como la profundidad de meteorización y posición del nivel freático. Este reconocimiento de la estructura y meteorización del macizo rocoso, lógicamente no puede considerarse como definitivo y completo, ya que está condicionado por el número, necesariamente limitado, de puntos de investigación. Debe ser completado por tanto, durante la ejecución de las obras, a la vista de los 174

175 nuevos datos facilitados por las excavaciones y del comportamiento real del terreno Estudio de los desmontes existentes Con objeto de ajustar los parámetros de diseño y predecir el comportamiento de los taludes a proyectar en los desmontes del ferrocarril, se ha llevado a cabo una toma de datos de los principales taludes y desmontes existentes en las proximidades del tramo en estudio. La existencia de desmontes, tanto de emboquille de túneles como de trazado, en el ferrocarril existente, han permitido realizar un estudio detallado del comportamiento de los taludes excavados en los materiales a atravesar por el trazado. Las observaciones realizadas se presentan al final del apartado, en una tabla resumen con los datos obtenidos. Estos, han sido los siguientes: litología, inestabilidades observadas, medidas de corrección y presencia de agua. La ficha se acompaña de una fotografía del talud estudiado. Todos los desmontes del ferrocarril, han sido excavados hace más de 50 años. El ángulo de excavación adoptado, su respuesta frente a la meteorización, las inestabilidades producidas, las medidas correctoras adoptadas en algunos casos y su comportamiento, así como la revegetación natural que presentan hoy día, son factores muy útiles para el diseño de los futuros taludes de emboquille de los túneles previstos. El estudio de desmontes existentes afecta a las formaciones con esquistosidad de la traza, OQF y OQP. La principal característica de las formaciones de tipo pizarroso es la presencia de superficies muy continuas, de bajo espaciado como la esquistosidad y, en el caso de la formación OQP - OQF, además, la estratificación que presentan las metareniscas y cuarcitas. La esquistosidad o la estratificación, por tanto, condicionan fuertemente el comportamiento del talud según la dirección y el ángulo con el que sean cortadas por el trazado. 175

176 La dirección del trazado del ferrocarril actual es NO SE y los ángulos de excavación de los taludes oscilan entre 45º (1H:1V) y subverticales (1H:3V). Según la dirección de intersección entre la esquistosidad estratificación y el trazado del ferrocarril, se pueden dar dos situaciones posibles: Intersección con direcciones paralelas y subparalelas (FD 17 a FD 30): En numerosas zonas del ferrocarril actual, la esquistosidad en filitas y la estratificación en el caso de metareniscas y cuarcitas, son subparalelas al trazado. Puesto que buzan constantemente hacia el NE, son descalzadas por los taludes izquierdos y buzan hacia el interior del macizo rocoso en los taludes derechos (según el avance de los P.K.). En el caso de la ficha FD-18, el cambio de dirección del ferrocarril en ese punto, hace que el talud que descalza la estratificación sea el derecho, produciéndose deslizamientos de bloques planos de gran tamaño, con buzamientos variables de 50º - 55º. En los taludes izquierdos, se han observado deslizamientos de bloques planos a favor de la esquistosidad y la estratificación con buzamientos de 35º - 37º, siendo estables los taludes con ángulos de excavación coincidentes con los buzamientos. En los taludes derechos, la esquistosidad actúa como junta de tracción, produciéndose caídas de cuñas y chineo de cantos a favor de los sistemas de juntas (en general, 3 familias y la esquistosidad). Intersección con direcciones perpendiculares (FD 15, FD 16 y FD-31): En este caso, la dirección de esquistosidad y estratificación es perpendicular a la del trazado. Por tanto, no constituyen una superficie inestable para los taludes laterales, aunque sí para aquellos taludes frontales que miren hacia el Este. Los taludes frontales que miran hacia el Oeste son bastante estables, ya que la estratificación y la esquistosidad buzan hacia el interior del talud. No obstante, pueden presentar pequeñas inestabilidades por combinación de juntas. En los taludes izquierdo y derecho, se producen caídas de cuñas, pequeñas en general, y chineos de cantos a favor de los sistemas de juntas. Como medidas correctoras, se han observado mallas de triple torsión en algunos taludes frontales, bulones en la corona de la boquilla en un caso solo, y muros de hormigón de 1,5 m de altura. Los taludes laterales se mantienen limpiando las caídas que afecten a las vías. Muchos de ellos están revegetados de forma natural. 176

177 Al final de la traza, se atraviesa el Granito de Alberguería (G RA ). Se trata de una litología bastante homogénea y sin direcciones estructurales preferentes. En este caso se produce una tercera situación en el comportamiento geotécnico de los taludes: Intersección sin direcciones preferentes (FD-32 y FD-33): Se trata en este caso de taludes excavados en rocas homogéneas (granito), en donde no hay una discontinuidad preferente. Los taludes estudiados, no presentan prácticamente inestabilidades en forma de cuñas o bloques, aunque sí se han observado pequeños deslizamientos rotacionales y desprendimientos en masa en los suelos de alteración (jabres) y en alguna brecha de falla. Como medidas correctoras, se han observado mallas de triple torsión en algunos taludes frontales, bulones en la corona de la boquilla de un túnel (un solo caso), y muros de hormigón de 1,5 m de altura. Los taludes laterales se mantienen limpiando las pequeñas caídas que afectan a las vías. Muchos de ellos están revegetados de forma natural. 177

178 Tabla nº 141. Características de desmontes existentes. FICHA TALUD ALTURA (m) PENDIENTE LITOLOGÍA AGUA ESTRUCTURA INESTABILIDADES MEDIDAS CORRECTORAS FD-15 FD-16 FD-17 FD-18 FD-19 FD-20 FD-22 FD-23 FD-24 FD-25 FD-26 FD-27 FD-28 FD-29 FD-30 FD-31 FD-32 FD-33 Izquierdo 6 80º Derecho 12 76º Izquierdo 8 75º Derecho 12 75º Izquierdo 8 72º Derecho 10 72º Izquierdo 12 74º Derecho 8 85º Izquierdo 12 61º Derecho 6 70º Izquierdo 12 62º Derecho 6 72º Izquierdo 11 65º Derecho 6 70º Izquierdo 12 63º Derecho 7 70º Izquierdo 10 61º Derecho 7 12º Izquierdo 9 66º Derecho 7 72º Izquierdo 13 67º Derecho 7 72º Izquierdo 11 70º Derecho 9 72º Izquierdo 10 54º Derecho 10 53º Izquierdo 10 56º Derecho 13 63º Izquierdo 20 73º Derecho 6 62º Izquierdo 10 73º Derecho 10 72º Izquierdo 20 54º Derecho 9 76º Izquierdo 15 71º Derecho 8 74º Metareniscas y filitas (OQF) Metareniscas y filitas (OQF) Metareniscas y filitas (OQF) Metareniscas y filitas (OQP) Filitas y esquistos negros (OP) Filitas y esquistos negros (OP) Filitas y esquistos negros (OE) Filitas y esquistos negros (OE) Filitas y esquistos negros (OE) Filitas y esquistos negros (OE) Filitas y esquistos negros (OE) Cuarcitas y filitas grises (OQEC) Cuarcitas y filitas grises (OQEC) Cuarcitas y filitas grises (OQEC) Granito (GRA). Cuarcitas y esquistos Cuarcitas y esquistos grises (OQEC) Granito (GRA) Granito (GRA) TABLA RESUMEN DE FICHAS DE DESMONTES EXISTENTES Seco Seco Seco Seco Seco Seco Seco Seco Seco Seco Seco Seco Seco Seco (T.D.). Húmedo (T.I.) Seco (T.D.). Húmedo (T.I.) Seco Seco Seco Esquistosidad y estratificación, con 2-3 familias de juntas. Esquistosidad y estratificación, con 2-3 familias de juntas. Esquistosidad y estratificación con 3 familias de juntas continuas. Esquistosidad y estratificación, con 2-3 familias de juntas. Esquistosidad y 3 familias de juntas continuas. Esquistosidad y 3 familias de juntas continuas. Esquistosidad y 3 familias de juntas con continuidad baja. Esquistosidad y 3 familias de juntas con continuidad baja. Esquistosidad y 3 familias de juntas con continuidad baja. Esquistosidad y 3 familias de juntas con continuidad baja a Esquistosidad y 3 familias de juntas con continuidad baja a Esquistosidad y estratificación, con 2-3 familias de juntas. Esquistosidad y estratificación, con 2-3 familias de juntas. Esquistosidad y 2-3 familias juntas con continuidad baja a Caidas de bloques pequeños y chineo de cantos (T.I. y T.D.). Estable con buzamiento favorable (T.F.). Caidas de bloques pequeños y chineo de cantos (T.I. y T.D.). Estable con buzamiento favorable (T.F.). Estable con chineo leve (T.I.). Caidas de bloques métricos y lajas (T.D.). Caídas de bloques y lajas (T.F.) Caídas de bloques planos (T.I.). Caídas de bloques y cuñas pequeñas (T.D.) Inestable. Caídas de lajas abundantes (T.I.). Chineo de cantos leve (T.D. y T.F.) Caídas de lajas planas (T.I.). Caídas escasas de bloques y cuñas pequeñas (T.D.) Caídas de lajas planas (T.I.). Caídas de bloques y cuñas pequeñas (T.D.) Inestable. Caídas de lajas pequeñas (T.I.). Chineo de cantos leve (T.D.) Inestable. Caídas de lajas escasas y pequeñas (T.I.). Chineo de cantos leve (T.D.) Caídas de cuñas grandes y lajas pequeñas (T.I.). Chineo de cantos leve (T.D.) Inestable. Caídas de lajas escasas y pequeñas (T.I.). Chineo de cantos leve (T.D.) Estable, con chineo escaso de cantos (T.I.). Chineo leve de cantos (T.D.). Desprendimientos pequeños (T.Frontal). Esquistosidad y estratificación, Ambos taludes estables con 4 familias de juntas (granito). Esquistosidad y estratificación, con 3 familias de juntas. 3-4 familias de juntas principales. 1 falla con brecha arenizada 0,80 m. 3-4 familias de juntas principales, con continuidad Caídas de bloques y lajas pequeñas (T.I.). Chineo de cantos leve (T.D.) Caídas de bloques pequeños (T.I.). Caídas de bloques planos (T.D.). Ambos taludes estables. Chineo muy ocasional Estable (T.I.). Despendimientos en masa en la brecha arenosa de la falla. Deslizamientos rotacionales en coluvial (T.D.) Estable. Chineo muy leve de cantos (T.I.). Estable, sin caídas (T.D.). No. Prácticamente sin revegetar No. Revegetación natural parcial Malla de triple torsión en talud frontal. Prácticamente sin revegetar. No. Revegetación natural parcial Muro de hormigón de 1,5 m (T.I.). Revegetación natural parcial. No. Revegetación natural parcial No. Revegetación natural parcial Sin medidas correctoras (T.I. y T.D.). Bulones en la corona del emboquille. No. Sin revegetar prácticamente. No. Sin revegetar prácticamente. No. Sin revegetar prácticamente. No. Revegetación natural parcial Muro de hormigón de 1,5 m (T.I. y T.D.). Revegetación natural escasa. Muro de hormigón de 1,5 m (T.I. y T.D.). Revegetación natural parcial. No. Revegetación natural No. Revegetación natural parcial No. Revegetación natural parcial No. Revegetación natural parcial 178

179 Condiciones de excavación Los materiales que habrán de excavarse para las obras de explanación del ferrocarril pueden clasificarse en tres categorías, en función de su facilidad de extracción: Materiales excavables, que se pueden extraer con maquinaria convencional: retroexcavadora o pala cargadora, pudiendo requerir en ocasiones una operación previa de ripado para su extracción. Materiales ripables, que requieren el empleo de ripper para su excavación. Materiales que requieren del uso sistemático de voladuras para su excavación. Las condiciones de excavabilidad de los materiales afectados por el ferrocarril se han determinado a partir de los datos obtenidos en la campaña de investigación geofísica, mediante sísmica de refracción, así como en los sondeos, calicatas y puntos de lectura de afloramientos próximos a la traza. Para definir el grado de excavabilidad del macizo rocoso se han utilizado dos criterios definidos por: Caterpillar (1994) Petiffer y Fookes (1994), a su vez basado en Franklin (1971) El criterio propuesto por la empresa Caterpillar se basa fundamentalmente en la velocidad sísmica del macizo, considerada para diferentes litologías, con los que se establece el umbral en el que el ripado del macizo rocoso es viable. En el gráfico adjunto Figura 58 se indican los rangos de valores recomendados para un tractor D-10, publicados en En general estas tablas tienden a sobrevalorar la capacidad de las máquinas. En fase de proyecto es conveniente adoptar como límite para el ripado del macizo, valores algo menores, y considerar frente a la opción de forzar el ripado, el empleo de voladuras de esponjamiento, como criterio más conservador para definir la excavación del macizo rocoso. 179

180 Figura nº 58: Criterio de excavabilidad propuesto por la empresa Caterpillar (1994) Definir la excavabilidad del macizo, únicamente en función de la velocidad de propagación de las ondas sísmicas, determinadas mediante sísmica de refracción, puede conducir a errores, al no tener en cuenta aspectos como la estructura del macizo y su grado y tipo de fracturación. En la bibliografía geotécnica se encuentran diversas clasificaciones que definen la excavabilidad del macizo en función de criterios como la resistencia de la roca, el espaciado de las discontinuidades, el grado de meteorización y la abrasividad del material. En 1971, Franklin et al. propusieron un gráfico en el que se definía la excavabilidad en función de la resistencia de la roca, medida mediante el ensayo de carga puntual y el espaciado de las discontinuidades. Posteriormente Pettifer y Fookes (1994) propusieron una revisión de dicho gráfico, basándose en más de 100 casos de estudio. Para el presente proyecto se ha realizado la estimación de la excavabilidad basándose en este segundo criterio de Petiffer y Fookes, más actual. 180

181 En la siguiente figura se presenta el gráfico de referencia de Pettifer y Fookes (1994), junto al propuesto por Franklin et al. (1971). Figura nº 59: Criterio de excavabilidad de Pettifer y Fookes (1994), basado en Franklin (1971) 181

182 Para definir la excavabilidad de los materiales cortados en la traza en función de los datos obtenidos, se ha tramificado considerando zonas de meteorización y de características de excavación similares a lo largo de la traza. Para cada franja de terreno en profundidad se ha definido el posible tipo de excavación según cada criterio indicado, y finalmente se ha establecido una recomendación, tal y como se indica en la tabla adjunta. La tendencia actual se orienta a evitar forzar el ripado en desmonte. El ripado de materiales que se encuentren próximos al límite en que se recomienda el uso de explosivos da lugar a rendimientos bajísimos de producción. En consecuencia, se ha recomendado el uso de explosivos en algún subtramo en el que la aplicación estricta de los criterios citados hubiera dado como resultado recomendar el ripado. En el Apéndice 12 se muestra el espaciado de las discontinuidades en los desmontes singulares. En la tabla nº 134, se resumen los gráficos incluidos en este apartado. Los PK corresponden al ámbito en que se encuentra situado el desmonte considerado. De acuerdo con los resultados obtenidos, los terrenos por los que discurre el ferrocarril pueden distribuirse de la forma siguiente: Materiales excavables: Se considera que se pueden extraer con maquinaria convencional (retroexcavadora o pala cargadora), pudiéndose requerir en ocasiones una operación previa de ripado para su extracción, los siguientes materiales: Todos los suelos cuaternarios existentes. Los tramos superficiales de roca alterada (grado de meteorización III-IV) correspondientes a las Metareniscas y Filitas de Invernadeiro. La roca meteorizada GM.-V correspondiente a los granitos de Alberguería (jabres). Materiales que requerirán ripado: Se considera necesario el empleo de ripper: 182

183 Las pizarras y esquistos del Ordovícico moderadamente meteorizadas (GM-III) y bajas velocidades sísmicas. Las cuarcitas y filitas del Invernadeiro moderadamente meteorizadas (GM-III) La roca meteorizada (grado de meteorización IV) correspondiente a los granitos de Alberguería. Materiales que requerirán voladuras: Se consideran que requerirán voladuras: Las pizarras y esquistos sanos (GM- I-II) del Ordovícico. Las Cuarcitas y filitas del Invernadeiro sanas (GM II) Los granitos sanos (grado de meteorización II-III). Los porcentajes de materiales excavables o que requerirán voladuras para su excavación, se han obtenido aplicando los criterios de excavabilidad mencionados. El proceso seguido para calcular dichos porcentajes ha sido el siguiente: Para cada uno de los desmontes proyectados, de acuerdo con los resultados obtenidos en las prospecciones geotécnicas y geofísicas, se ha realizado una tramificación en función de las clasificaciones adoptadas (Caterpillar, 1994; Petiffer y Fookes, 1994 y Scoble y Muftouglu, 1984). Para cada uno de los tramos homogéneos obtenidos, se han determinado las profundidades a las que se estima que las condiciones de excavabilidad del material varían. Es decir, se ha estimado la franja más superficial en la que se considera que el material podrá ser excavado con medios mecánicos convencionales, pudiendo requerirse en ocasiones el uso de ripper para su excavación y, la zona que se estima que requerirá el uso de voladuras. Los espesores considerados para cada franja de terreno, se utilizan en el programa TRAZADO para calcular el movimiento de tierras. Con dicha medición se calculan los porcentajes de cada tipo de terreno en cada tramo de desmonte. 183

184 TRAMO Prof. Capa PARAMETROS DEL MACIZO CRITERIOS EXCAVABILIDAD PK A PK (m) Material Meteori zación Resist encia Esp. Juntas V. Sísmi ca Sísmica D10 Pettifer y fookes RECOMEN DACIÓN (Caterpilla Grado MPa m m/seg r, 1994) (1994) 0-6,5 Jabre V <2-650 RIPABLE Excavaci ón fácil Excavable ,5-15 Granito alterado GM IV IV ,06-0, RIPABLE Ripado fácil Ripable NO Requiere >15 Granito sano I-II 82 0, RIPABLE voladura Voladura Tabla nº 142: Excavabilidad de los materiales atravesados por la traza. En la guitarra del perfil geológico-geotécnico se resumen los espesores estimados de material excavable, ripable y volable en cada tramo. En la excavación de los desmontes en roca sana, se recomienda realizar precorte para evitar alterar la zona superficial del talud final. Asimismo, se recomienda no forzar el ripado. La excavación mediante voladura permite una mayor fracturación de los materiales, y un mejor aprovechamiento para los rellenos. Para evitar disminuir la resistencia del pie del talud se deberá evitar que los barrenos perforados próximos al talud sobrepasen el pie del desmonte Condiciones de estabilidad. Taludes recomendados En el presente apartado se describen las condiciones generales de desmontes proyectados y los criterios adoptados para el análisis de estabilidad, concluyendo con la definición de los taludes de diseño correspondientes. Se consideran los siguientes tipos de rotura posibles: Roturas por vuelco Roturas por deslizamiento plano 184

185 Roturas globales Roturas por caída de cuñas y bloques. Para que se produzcan roturas por vuelco son necesarias las siguientes condiciones: 1) Buzamiento de estratos contrario a la inclinación del talud y dirección sensiblemente paralela a éste. Goodman y Bray (1976) cifran en ±10º la diferencia máxima entre ambos para que se produzca vuelco de estratos. 2) Buzamientos altos, iguales o superiores a los 70º. Roturas planas: Para que se den este tipo de inestabilidades, son necesarias las siguientes condiciones: 1) Buzamiento de estratos a favor del ángulo de talud y dirección paralela a éste. 2) Discontinuidad de alta continuidad en dirección y buzamiento descalzada por el talud. Se presenta una roca masiva, sin una estructura que de lugar a orientaciones preferentes (granito), por lo que no pueden producirse ni vuelco de estratos ni deslizamientos planos. Las roturas globales a través de la masa del macizo sólo pueden producirse en macizos muy alterados o fracturados, y en suelos. En taludes en roca sana las roturas más probables tendrán lugar a través de los planos de discontinuidad, por combinación de juntas. Estos aspectos se han tenido en cuenta al realizar el análisis de estabilidad en los desmontes del emboquille oeste del túnel de Prado. En resumen, para abordar el análisis de estabilidad de los desmontes proyectados se ha considerado que el comportamiento de los materiales cortados por la traza puede asimilarse a una de las agrupaciones siguientes: Suelos y roca meteorizada. La roca alterada, grado V y IV en algunos casos, tiene un comportamiento resistente tipo suelo, de manera que la rotura se produce a través de la masa de material. 185

186 Roca sana o moderadamente meteorizada. El talud de excavación está condicionado por la disposición de las discontinuidades. En los taludes del emboquille será necesaria la utilización de medidas de refuerzo complementarias, consistentes en hormigón proyectado con fibras para los taludes laterales y hormigón proyectado con mallazo y bulones para el talud frontal. Para el análisis de los desmontes se ha dispuesto de la información siguiente: Sondeos mecánicos Perfiles sísmicos de refracción Levantamiento geológico-geotécnico de la traza, incluyendo una intensa toma de datos estructurales. Fichas de desmontes y taludes existentes. En coronación de los desmontes del emboquille oeste de Prado se han identificado suelos eluviales de alteración del granito (jabres) y roca meteorizada que requieren un retaluzado de los taludes. Se han proyectado con taludes tendidos, del 1(H):1(V). La profundidad de retaluzado se ha fijado en función de los espesores de alteración predominantes en cada desmonte. El retaluzado del talud frontal se ha forzado a un 1H:1V debido a la suave pendiente de la ladera existente. Un talud menor originaría un movimiento de tierras excesivo, aumentando considerablemente el volumen de tierra a excavar y las necesidades de ocupación. El cálculo de estabilidad para los desmontes excavados en suelos y roca meteorizada se ha efectuado un primer análisis teniendo en cuenta las formulaciones indicadas por Hoek y Bray1. Esta situación se da en el caso del emboquille de salida de los Túneles de Prado, ubicado en granitos, donde se alcanzan unos 8,0 m de jabres (granitos GM-V) y hasta 15,0 m de granitos alterados a GM-IV. Se ha considerado la mayor altura de estos desmontes en roca alterada, 15 m, y se han adoptado los parámetros que se indican a continuación en la tabla siguiente, para los materiales en los que se excavan estos desmontes. 1 HOEK y BRAY, 1977, Manual de Ingeniería de Taludes,, 1987, ITGE, Madrid 186

187 Siguiendo las recomendaciones indicadas en Curso aplicado de cimentaciones. Rodríguez Ortiz y Otros, se definen los parámetros geotécnicos para taludes en roca meteorizada. Para la roca alterada a grado IV, se consideran los parámetros de roca intacta del apartado de caracterización geotécnica, particularizados para la situación de desmonte: 187

188 Figura nº 61:Analysis of Rock Strength using Roc.Lab. 188

189 Tabla nº 142. Parámetros geotécnicos para taludes en roca meteorizada Litología Densidad aparente ap (kn/m 3 ) Cohesión c(kn/m 2 ) Ángulo de rozamiento (º) Jabres Q J 19, Granito alterado (GM. IV) 19, Para este primer análisis se utiliza el ábaco nº 2 de Hoek y Bray, para rotura circular con un talud parcialmente saturado que se incluye en la (figura 62). En la tabla adjunta se resumen los factores de seguridad obtenidos del gráfico para el talud estudiado. Figura nº 62: Ábaco nº2 de Hoek y Bray para rotura circular. Desmontes 189

190 En la tabla siguiente se muestran los resultados obtenidos para el caso de cálculo: Tabla nº 143. Factores de seguridad obtenidos del ábaco de Hoek y Bray Litología Angulo de talud FS obtenido de FS obtenido de Altura de talud (tg /FS) (c/.h.fs) Jabres Q J 1H:1V 8 1,16 1,20 En estas condiciones, para un talud 1(H):1(V), considerando una altura máxima de desmonte excavado en jabres de 8 m, se obtiene un factor de seguridad inferior a 1,5, que se considera inadecuado. En los taludes excavados en suelo o roca alterada, se ha efectuado un análisis de estabilidad de estos desmontes considerando que se comportan como un suelo. Este análisis se ha efectuado mediante el programa SLOPE/W de Geo- Slope Internacional. Este programa permite definir el sostenimiento necesario en caso que se presente inestabilidad en el talud. Se requiere para el talud frontal del emboquille oeste de Prado una malla de bulones como refuerzo. El área en el que se enmarca el trazado según la Norma de construcción sismorresistente NCSE-02, se encuentra situada en una zona de sismicidad media, por lo que la aceleración sísmica básica es: ab = 0,04g, donde g = aceleración de la gravedad. El desmonte calculados con SLOPE, ha sido recalculado para condiciones de sismo, empleando una aceleración de cálculo de ac=0,042g. Se comprueba que, el factor de seguridad de la sección reforzada frente a sismo (FS= 1,462), es superior a 1,1, que es el coeficiente de seguridad en acciones accidentales. En el Anejo Nº7.-Sismicidad se desarrolla el proceso para la obtención de este valor de aceleración de cálculo. Los cálculos realizados se han incluido en los Apéndices 12 y 13. En los desmontes excavados en roca sana o moderadamente meteorizada, para la altura de desmonte proyectada, la rotura únicamente puede tener lugar a favor de los planos de discontinuidad, como son la estratificación, familias de juntas y fallas. A cada litología se le ha asignado un ángulo de rozamiento interno (φ) y una cohesión (c), asignados para cada litología mediante análisis 190

191 retrospectivos en los taludes existentes. Se han adoptado valores conservadores. Los parámetros utilizados en los cálculos se resumen en la tabla siguiente: Tabla Nº 144: Parámetros adoptados para las discontinuidades Litología Tipo de plano Cohesión c(kn/m 2 ) Ángulo de rozamiento (º) Granitos de Alberguería (G RA ) Junta 0 30 Cada uno de los desmontes singulares en roca se han estudiado mediante el programa de cuñas y bloques CALEST (desarrollado por TYPSA). Este programa permite, por un lado, obtener los polos medios de las discontinuidades medidas en campo y analizar la estabilidad de los taludes de la traza a partir de la combinación de las distintas discontinuidades presentes en un desmonte determinado, obteniendo un factor de seguridad para cada una de ellas. Figura nº 63. Figura nº 63: Programa de cuñas y bloques CALETS 191

192 En el caso de que se detecten inestabilidades durante la excavación de los taludes, se deberán prever medidas de refuerzo para evitar la caída de bloques. El cálculo de estas medidas se realizaría mediante el programa SWEDGE. Los cálculos de estabilidad se han realizado para coeficientes de seguridad mayores de 1,5 aunque en las trincheras de los emboquilles del túnel, podrían admitirse factores de seguridad menores por su carácter provisional. Dado que son excavaciones importantes, que deberán estar abiertas durante toda la ejecución de los túneles, con el consiguiente tránsito del personal de obra, se ha estimado oportuno mantener el coeficiente de seguridad de 1,5, propio de taludes permanentes. En los taludes laterales de los emboquilles se ha adoptado el talud estable resultante del análisis de bloques y cuñas para un factor de seguridad de 1,5. El talud obtenido es del 1(H):2(V). Para facilitar el emboquillado de los túneles, en el talud frontal se ha adoptado sistemáticamente el talud 1(H):3(V) Medidas complementarias de protección y drenaje En los siguientes apartados se definen las medidas complementarias de protección y drenaje y se analizan en detalle las condiciones de estabilidad de cada uno de los desmontes singulares existentes a lo largo del tramo Introducción El sistema de excavación de los desmontes influirá de forma notable, tanto en la estabilidad y mantenimiento de los taludes, como en el aprovechamiento posterior de los materiales obtenidos en la excavación. Como primera medida, conviene no forzar la ejecución de los desmontes mediante ripado, ya que produce taludes sucios, con bloques removidos e inestables y tiende a producir granulometrías muy pobres de cara al aprovechamiento de los materiales para relleno. Se recomienda realizar la excavación de los desmontes mediante voladuras. Únicamente, en los tramos donde aparezca muy meteorizado, puede procederse a su ripado sin repercusión notable en la estabilidad de los taludes o en el aprovechamiento de los materiales obtenidos de la excavación. 192

193 Para evitar que las voladuras originen planos de discontinuidad adicionales en el macizo rocoso, se recomienda realizar precorte sistemático en los taludes en roca con grado de meteorización III o inferior Sostenimiento Los taludes proyectados en los emboquilles, se han diseñado con medidas de sostenimiento. En el talud frontal serán requeridas las medidas más importantes de sostenimiento. En los taludes laterales de emboquilles, se protegerá el talud mediante una capa de hormigón proyectado con fibras. En el talud frontal la protección consistirá en dos capas de hormigón proyectado con mallazo intermedio y una malla de bulones. Se ha previsto el gunitado sistemático de los taludes de los emboquilles, aún siendo estables, para evitar que los desprendimientos de pequeñas cuñas lleguen a la plataforma, con el fin de favorecer la seguridad de los trabajadores durante las obras. A continuación se indican las medidas de sostenimiento diseñadas para estas excavaciones: Tabla nº 145. Sostenimientos para los taludes del emboquille Oeste de Prado Talud derecho Sin bulonado - Protección del talud mediante una capa de 10 cm de espesor de hormigón proyectado con fibras. Talud izquierdo Sin bulonado - Protección del talud mediante una capa de 10 cm de espesor de hormigón proyectado con fibras. Talud frontal - de 3,0 x 3,0 m. Las longitudes de los bulones varían de 16, 14 y 10 m. - Protección del talud mediante dos capas de 5 cm de espesor de hormigón proyectado con mallazo intermedio 150x150x6 mm. Los bulones se anclarán en su parte final, dejando una zona libre entre el bulbo de anclaje y la cabeza. La longitud mínima del bulbo de anclaje será de 4 m mínima. La justificación de esta longitud se incluye en el Apéndice 13. No obstante, se recomienda que durante la ejecución de la obra se realicen ensayos de tracción de bulones para determinar con precisión la longitud de bulbo necesaria. 193

194 Los bulones se tensarán, una vez colocados, al 75% de su carga admisible, por tratarse de anclajes temporales, según recomendaciones de la Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera. Posteriormente al tensado, y en toda su longitud, los bulones deberán inyectarse para evitar la corrosión, disponiendo bulones de doble protección Bermas y cunetones de pie de talud Para proteger la plataforma del ferrocarril de la caída de bloques es necesario cuidar la terminación final del talud, saneando los taludes en roca y perfilando los taludes en suelos, para evitar que queden piedras y bloques sueltos. No se han proyectado cunetones Ritchie para los taludes del subtramo. En los taludes del emboquille oeste del túnel de Prado se han dispuesto bermas intermedias, de 2,5 m de ancho, entre el talud en roca y el retaluzado en suelos, en todos los lados. Las bermas proyectadas, dispondrán de una pequeña cuneta no revestida como medida adicional de seguridad Cuneta de guarda Para evitar que el agua de escorrentía que circula a lo largo de la ladera ocasione erosión en los taludes temporales de los emboquilles, o incluso permita llegar agua a la explanación, se han proyectado cunetas de protección en la coronación tanto en el talud frontal como en los laterales, como protección durante la ejecución de las obras. Se indican a continuación los desmontes en los que se propone colocar cunetas de guarda. Tabla nº 146. Posición de las cunetas de coronación de desmonte. Tramo PK inicio PK final Lado Emboquille oeste Prado (PK ) Todos NOTA: Los PK. se refieren a la vía derecha Drenes californianos y mechinales No se ha previsto la disposición de drenes californianos, dado que no se prevé la necesidad de drenar el macizo, al no haberse observado humedades en los taludes. 194

195 En cualquier caso, si fuese necesario, se dispondría una fila de drenes al pie del talud, espaciados 10 m. la longitud del dren californiano sería entorno a 15 m. El diámetro mínimo de la perforación de 10 cm, y el del tubo de PVC mínimo será de 60 mm. El tubo dren se envuelve en un geotextil para evitar el arrastre de finos y se perforarán con una pendiente ascendente mínima de un 10%. La boca de los drenes se debe sellar con una lechada de cemento o bentonita-cemento hasta una profundidad mínima de 25 cm, comprobando que no se sale agua por el espacio comprendido entre el tubo dren y el taladro. En el retaluzado de los taludes del emboquille Oeste de Prado se recomienda colocar mechinales en una malla de 5 x 5 m. Se perforarán con una pendiente ascendente mínima de un 10%. Los mechinales atravesarán el hormigón proyectado, penetrando al menos 50 cm en el terreno natural. En la siguiente tabla se resumen los tramos de desmonte en los que se ha previsto colocar mechinales. Tabla nº 147. Emplazamiento de mechinales Desmonte Mechinales PK inicio PK final Longitud. (m) Lado Longitud (m) Espaciado (m) Observaciones Emboquille Oeste Prado (PK ) Todos 2 5 Malla de mechinales en retaluzado, separados 5,0 m Desmontes singulares En este apartado se describen las condiciones, características, análisis y conclusiones elaboradas para los desmontes singulares del tramo. Se han considerado como desmontes singulares los taludes del emboquille oeste del túnel de Prado. Este apartado se complementa con la información recogida en la tabla, Cuadro de Desmontes. Tronco. Tanto en el perfil geológico-geotécnico como en la planta geológico-geotécnica (Figuras 2 y 3), se resumen las características geotécnicas del terreno y se muestra la investigación realizada. 195

196 En el emboquille oeste del túnel de Prado se ha efectuado un perfil longitudinal y otro transversal geológico-geotécnicos de detalle, a escala 1:500. Al final del subtramo, en el granito de Alberguería, se han desarrollado potentes suelos eluviales de alteración (jabres) detectados con la investigación. En el caso de los taludes excavados en roca muy meteorizada o suelos, la rotura tendrá lugar a través de la propia masa del material. Por el contrario, los taludes excavados en roca sana o ligeramente meteorizada, podrán presentar roturas condicionadas por los planos de discontinuidad. Los taludes de este emboquille, se excavarán en suelos eluviales (jabres) y en una roca masiva, sin una estructura que de lugar a orientaciones preferentes (granito). Por tanto, no pueden producirse ni deslizamientos planos, ni vuelco de estratos. Para la definición de los taludes se han tenido en cuenta todos estos aspectos, tratando de proporcionar un talud con el que los desmontes sean estables a largo plazo. En ocasiones, ha habido que adoptar medidas de refuerzo complementarias (bulonado y hormigón proyectado). En concreto, para analizar la estabilidad de los taludes se han empleado los siguientes métodos: Estabilidad de taludes excavados en suelos o roca meteorizada mediante el programa SLOPE/W. En este caso se han presentado 15 m de roca alterada. Análisis de la caída de cuñas y bloques en macizos excavados en roca sana, mediante el programa CALEST (desarrollado por TYPSA) y el SWEDGE (en el caso de requerirse refuerzos). El factor de seguridad de diseño a adoptar es FS = 1,5. El área en el que se enmarca el trazado según la Norma de construcción sismorresistente NCSE-02, se encuentra situada en una zona de sismicidad media, por lo que la aceleración sísmica básica es: ab = 0,04g, donde g = aceleración de la gravedad. Los desmontes de este tramo, correspondientes al emboquille Oeste de Prado, calculados con SLOPE, han sido re-calculados para condiciones de sismo, empleando una aceleración de cálculo, ac=0,042g. En el 196

197 Anejo Nº7.-Sismicidad se desarrolla el proceso para la obtención de este valor de aceleración de cálculo. Dada la condición excepcional del sismo, y teniendo en cuenta que las excavaciones de los emboquilles son situaciones provisionales, se considera que un factor de seguridad igual o superior a 1,3 es perfectamente admisible. Dado que son excavaciones importantes, que deberán estar abiertas durante toda la ejecución de los túneles, con el consiguiente tránsito del personal de obra, se ha estimado oportuno mantener el coeficiente de seguridad de 1,5, propio de taludes permanentes. El programa CALEST permite obtener los polos medios de las discontinuidades medidas en campo y analizar la estabilidad de los taludes de la traza a partir de la combinación de las distintas discontinuidades presentes en un desmonte determinado, obteniendo un factor de seguridad para cada una de ellas. Todos los casos se analizan para un talud de 80º de inclinación, de manera que el programa también proporciona el talud necesario para la eliminación de cada cuña, según el factor de seguridad establecido. En este caso, el factor de seguridad establecido es de 1,5 para todos los taludes. En general, los taludes se han diseñado estables, a excepción de los taludes frontales de los emboquilles, en los que sistemáticamente se ha dispuesto un talud 1(H):3(V). Como criterio general, no se han tenido en cuenta las combinaciones de juntas con un volumen unitario inferior a 0,1, por ser despreciable. En el caso de obtener alguna cuña o bloque inestable con una determinada combinación de juntas, se analizará con el programa SWEDGE, calculando el refuerzo de bulones necesario para sostenerlo, introduciendo en este caso el talud de diseño adoptado. El programa forma las cuñas a partir de los datos geométricos de las mismas y del talud. En el Anejo Nº 3. Geología, se recogen dentro del Apéndice 2 Puntos de Lectura, las descripciones litológicas y datos estructurales de las esquistosidades y la estratificación de las distintas formaciones litológicas atravesadas por la traza. En el Apéndice 9 del presente anejo Estaciones Geomecánicas, se muestran las medidas tomadas en campo con las características de las discontinuidades y la estructura del macizo rocoso. 197

198 Los cálculos de estabilidad efectuados para los desmontes del emboquille, se incluyen en el Apéndice 12 de este anejo. Los cálculos de los sostenimientos requeridos en los taludes del emboquille, se incluye en el Apéndice 13. A continuación se describen las características de los desmontes singulares del emboquille oeste del túnel: Emboquille Oeste del Túnel Desmonte situado al final del tramo, entre los P.K , vía derecha y P.K , vía izquierda. Corresponde al emboquille de salida del Túnel. La altura máxima es de 22 m en el talud izquierdo, 34 m en el talud derecho y 33 m en el talud frontal. La investigación realizada, comprende las siguientes actuaciones: Sondeos ST 33 (50,40 m) y SD-34 (36 m) Perfiles de sísmica de refracción: PS 12 (120 m) y PS 13 (60 m) Puntos de lectura y estaciones geomecánicas: P-332, P-333, E-96, E-97 y E- 98 El emboquille se sitúa en una ladera muy cubierta, vegetada principalmente por árboles de gran tamaño y monte bajo. Los afloramientos son muy escasos y están restringidos a los taludes del ferrocarril existente y la carretera Prado Borrán. Las características del terreno son las siguientes. El suelo vegetal tiene un espesor de 0,70 m. Se ha cortado en los sondeos un potente espesor de suelos eluviales de alteración del granito (jabres) de 9,0 y 20,0 m. El espesor de los suelos de alteración se confirma con los perfiles de sísmica, presentando un espesor variable entre 6 11 m. El nivel de agua en los sondeos se presenta, dentro de los jabres, a 6,0 y 8,70 m de profundidad. El sustrato rocoso está constituido por un granito de dos micas (GRA) de resistencia media. El suelo eluvial y la roca meteorizada con GM V, presentan un espesor de 6,0 a 8,50 m y una velocidad sísmica media Vp = 650 m/s. Por debajo del jabre, el espesor de roca con GM IV cortado en el sondeo y estimado por los perfiles de sísmica es de 6 a 8 m, con una velocidad media Vp = 1200 m/s. Inmediatamente debajo, se detecta una capa con una velocidad media Vp = m/s, correspondiente principalmente a roca moderadamente meteorizada con GM III. La profundidad de esta capa en el sondeo llega a los 48 m. A partir de aquí, 198

199 se corta roca sana con GM II, correspondiente a una velocidad media Vp = m/s. La estructura de la roca es masiva, y está caracterizada por la presencia de cuatro familias de juntas (J1 a J4) y una falla (F). Los taludes de este emboquille, se excavarán en suelos eluviales (jabres) y en una roca masiva, sin una estructura que de lugar a orientaciones preferentes (granito). Por tanto, no pueden producirse ni deslizamientos planos, ni vuelco de estratos. Los polos medios de los principales sistemas de discontinuidades son los siguientes: Esquistosidad (S) / Juntas (J) / Fallas (F) Dirección de buzamiento (º) Buzamiento (º) F J J J J Tabla nº 148: Discontinuidades El análisis geométrico realizado con el programa CALEST, para cada uno de los taludes de emboquille da las inestabilidades potenciales siguientes: Talud izquierdo: La combinación de juntas da lugar a la formación de varias cuñas inversas y una cuña directa. Los factores de seguridad oscilan entre 5,00 (estable) y 1,04 (crítico). Los taludes necesarios para la eliminación de las inestabilidades varían entre 54º (si bien esta cuña da un volumen despreciable y no se tendrá en cuenta) y 71º. Talud derecho: La combinación de juntas da lugar a la formación de varias cuñas directas y un bloque. Los factores de seguridad oscilan entre 2,41 (estable) y 0,21 (inestable). Los taludes necesarios para la eliminación de las inestabilidades varían entre 68º y 70º. 199

200 Talud frontal: La combinación de juntas da lugar a la formación de varias cuñas directas y un bloque. Los factores de seguridad oscilan entre 2,41 (estable) y 0,46 (inestable). El talud necesario para la eliminación de las inestabilidades estos oscila entre 63º (si bien con un volumen de cuña despreciable, por lo que no se tiene en cuenta) y 77º. Los taludes recomendados son: Izquierdo Derecho Frontal 1(H):2(V) 1(H):2(V) 1(H):3(V) Retaluzado 1(H):1(V) Frontal 3(H):2(V) Laterales Tabla nº 149: Taludes recomendados El retaluzado del talud frontal se ha forzado a un 1(H):1(V). La pendiente de la ladera existente es muy suave y cualquier talud menor originaría un movimiento de tierras excesivo, aumentando considerablemente el volumen de tierra a excavar y las necesidades de expropiación. En este caso no ha sido necesaria la disposición de bulones en los taludes del emboquille, tal como se indica a continuación: Talud izquierdo: Según los resultados del CALEST, con un talud 1(H):2(V) (63º), se eliminan todas las cuñas existentes, por lo que sólo se realizará un gunitado de la superficie del talud con 10 cm de hormigón proyectado con fibras como medida de protección durante la construcción. Talud derecho: Según los resultados del CALEST, con un talud 1(H):2(V) (63º) se eliminan todas las cuñas inestables. Para proteger el talud se ha previsto el gunitado del talud con una capa de 10 cm de hormigón proyectado con fibras. Talud frontal: Según los resultados del CALEST, con el talud 1(H):3(V) (72º) se eliminan todas las cuñas inestables. Como protección del talud frontal, se ha previsto la proyección de dos capas de 5 cm de gunita y un mallazo intermedio de 150x150x6 mm. Estas recomendaciones son válidas para la parte excavada en roca. Para el estudio de la estabilidad de la parte excavada en suelos, esto es, el retaluzado de 15 m de espesor máximo, se ha realizado un cálculo con el programa SLOPE. Se considera una primera capa de aproximadamente 8 m de 200

201 profundidad en jabres (QJ), y el resto, hasta los 15 m, granitos alterados (GM-IV). de diámetro y longitudes de 16, 14 y 10 metros, dispuestos en una malla de 3 x 3 m. Como protección adicional, se ha previsto la proyección sobre el talud de dos capas de 5 cm de gunita y un mallazo intermedio de 150x150x6 mm. Con el sostenimiento definido, el factor de seguridad obtenido aumenta hasta un valor de 1,580 y el cálculo frente a sismo (aceleración de cálculo 0,042g), da un factor de seguridad de 1,462, considerados ambos estables. Estos cálculos se incluyen en el Apéndice 13. Se construirá cuneta de guarda en la coronación de los taludes para evitar la circulación de agua por la cara del talud y recoger la escorrentía de la ladera. Entre el talud en roca y el retaluzado se dispone de una berma de 2,5 m de anchura. El fondo de excavación apoya directamente sobre roca sana (Gr GM-II). La capa de forma apoyará directamente sobre estos materiales. Se considera que la excavación del talud se realizará con métodos mecánicos hasta los 6,5 m de profundidad, hasta los 15,0 m será ripable y con voladuras se excavará el resto del talud. El material excavado podrá aprovecharse para los rellenos de los caminos. En la figura 4 se incluyen un perfil geológico-geotécnico longitudinal y un perfil transversal del desmonte en estudio Cuadro resumen de desmontes Se adjunta a continuación la tabla resumen de los desmontes proyectados, en el que se resumen las características y conclusiones de los mismos. Tabla Nº 150. Cuadro resumen de desmontes. EMBOQUILLE DESMONTE Altura máxima (m) Tunel P.K ap.k. Longitud Izq. Frontal Derecha Emboquille Oeste_Vía Derecha Emboquille Oeste_Vía Izquierda ,0 Granitos 6y 7 201

202 EMBOQUILLE Túnel Litología Grupo Geotécnico Investigación Realizada Profundidad Media Roca Sana (m) Cota del nivel Freático (m) Espesor de Tierra Vegetal Emboquille Oeste_Vía Derecha Emboquille Oeste_Vía Izquierda Granitos 6 y 7 ST-33 SD-34 PS-12;PS-13 E-95-E-96-E-97- E98 15,0 8,7 0,7 EMBOQUILLE TALUDES PROPUESTOS Túnel IZQUIERDO DERECHO FRONTAL TALUD RETALUZADO PROF. H1(m) P.K EMBOQUILLE (1) Emboquille Oeste_Vía ,22 Derecha Emboquille 1H:2V 1H:2V 1H:3V 1H:1V.-FRONTAL 3H:2V LATERALES 15 Oeste_Vía ,13 Izquierda EMBOQUILLE Túnel Berma L(m) Drenaje Sostenimiento y medidas correctoras Excavabilidad Aprovechamiento de materiales Emboquille Oeste_Vía Derecha Emboquille Oeste_Vía Izquierda 2,5 Cuneta de guarda y cuneta en berma Mechinales en el retaluzado en malla de 5.0x5.0m TTF: Dos capas de 5cm de espesor de hormigón proyectado con mallazo intermedio 150x150x6 mm. Bulones en malla de 3x3 m y longitud L=16m, L=14m y L=10m TD YTI: Una capa de 10 cm de espesor de hormigón proyectado con fibra. 40% Excavable 45%Ripable 15%Voladuras Rellenos de la traza y rellenos de caminos 4.2. ESTUDIOS DE RELLENOS Criterios generales El trazado de este subtramo, se ha resuelto mediante túnel, y no incluye ningún relleno propiamente dicho en el tronco. Sin embargo, existe un relleno importante en el vertedero V-42 (PK ), donde se llevarán los materiales sobrantes de la excavación del túnel de Prado. Este gran vertedero, se ha dividido en tres zonas, cada una de las cuales acogerá 202

203 el exceso de tierras de tres subtramos constructivos. Los materiales de este tramo se llevarán al vertedero V-42D. Para la realización del vertedero se ha previsto que el material que proviene de las excavaciones del túnel, sea previsiblemente machacado y su puesta en obra se ejecute como un relleno convencional. Considerando la altura máxima prevista del vertedero proyectado en situación definitiva, así como la naturaleza de los materiales previstos para su construcción, el relleno podría ejecutarse con taludes relativamente fuertes. No obstante, se ha considerado oportuno resolver el diseño del relleno empleando taludes suaves, del 2(H):1(V) en ambos taludes Condiciones generales de estabilidad y asientos No son previsibles asientos significativos en el vertedero, dado que apoyará directamente sobre roca sana o moderadamente meteorizada (grado de meteorización II o III). En todo caso, los asientos que puedan existir se producirán en su mayor parte durante la fase de construcción Apoyo de rellenos: tratamiento y drenaje En el apoyo del mencionado relleno del vertedero V-42D se deberán tener en cuenta los siguientes aspectos: Espesor y naturaleza de los suelos de apoyo Captación y evacuación de las aguas de escorrentía Drenaje de antiguos cauces Captación de pozos y manantiales Escalonamiento del apoyo Espesor y naturaleza de los suelos de apoyo Para garantizar un correcto apoyo de los rellenos se habrá de proceder en primer lugar a la eliminación de la capa más superficial de tierra vegetal. Se resumen en la siguiente tabla los espesores de tierra vegetal estimados por tramos homogéneos a lo largo del trazado. 203

204 Tabla Nº 151. Espesores de tierra vegetal. Tramo Espesor PK inicio PK final tierra vegetal (m) , ,70 Los suelos susceptibles de crear problemas de capacidad portante o compresibilidad que se consideren inadecuados para apoyo de rellenos habrán de ser retirados, procediendo al saneo y sustitución por material apto para cimiento de terraplenes. En este subtramo no aparecen este tipo de materiales. Captación de pozos y manantiales Los pozos existentes a lo largo del trazado en ningún caso afectan a la zona de apoyo de los rellenos proyectados. En cualquier caso, en el caso de existir algún manantial o pozo no inventariado en una zona de relleno, será necesaria la captación del agua y su conducción fuera de la zona del apoyo, extendiendo, en una zona de unos 5 a 10 metros de radio, alrededor del punto de posible surgencia, una capa de grava de machaqueo de 1,0 metro de potencia, con tamaño de árido comprendido entre 1 y 5 cm, envuelta en geotextil. Las aguas recogidas se deberán conducir fuera de la zona de apoyo a través de una zanja de profundidad aproximada 0,5 m, rellena con grava, también de machaqueo y envuelta en geotextil y evacuarán en un arroyo cercano. Escalonamiento del apoyo La morfología de la zona de estudio es muy abrupta, por lo que en algunos casos la inclinación del terreno de apoyo de los rellenos puede superar el 20 % En estos casos, la superficie de apoyo del relleno debe sanearse y escalonarse en bermas horizontales, con objeto de estabilizar la superficie de debilidad que se formaría caso contrario. Esta medida se ha tomado en el apoyo del vertedero V

205 Figura nº 64: Detalle del escalonado en el apoyo del relleno Rellenos singulares Se presenta a continuación la descripción detallada del único relleno del tramo que requiere un análisis individualizado. Se trata del vertedero V-42. Se han efectuado cálculos de estabilidad aplicando el método Spencer en el programa SLOPE/W, comprobando el factor de seguridad del círculo de rotura producido a través de la masa del terraplén. Se han considerado, para el cálculo, las siguientes características geotécnicas de los materiales del vertedero: Tabla Nº 152. Características geotécnicas de los materiales del vertedero. Densidad (kn/m 3 ) 20 Cohesión (kpa) 5 Ángulo de rozamiento (º) 33 Debido a que los escasos suelos en el apoyo (cuyo espesor se estima entorno a 1,0 m) serán retirados, el terraplén apoyará directamente en roca. No obstante, se ha realizado un cálculo de estabilidad para el conjunto ladera-relleno, demostrando la estabilidad global del conjunto, como cabía esperar. El área en el que se enmarca el trazado según la Norma de construcción sismorresistente NCSE-02, se encuentra situada en una zona de sismicidad 205

206 media, por lo que la aceleración sísmica básica es: ab = 0,04g, donde g = aceleración de la gravedad. También se ha realizado la comprobación para la hipótesis de sismo, empleando una aceleración de cálculo de ac=0,042g. En el Anejo Nº7.-Sismicidad se desarrolla el proceso para la obtención de este valor de aceleración de cálculo Cálculo de estabilidad del vertedero V-42 El vertedero se localiza aproximadamente en el PK sobre materiales de la formación OE- Esquistos de Baldriz. Para este cálculo se ha considerado la altura máxima de relleno en el vertedero en situación final. Para el estudio del Túnel de Prado se ha perforado un sondeo (ST-27) y se han cartografiado numerosos afloramientos, así como puntos de lectura, en el área donde está ubicado el vertedero. En el sondeo, el espesor de roca alterada ha resultado entorno a 1,5 m. El espesor de tierra vegetal se cifra en 0,2 m. El apoyo del vertedero se realiza en una ladera con pendiente superior a 5:1, por lo que se recomienda hacer un escalonado del apoyo, que ya implica la retirada de la tierra vegetal y de los suelos coluviales y roca alterada superficial, que se estima de espesor inferior a 1,0 m. Los taludes recomendados en ambos lados son 2H:1V (27º). El coeficiente de seguridad exigido se fija en función del documento Desarrollo técnico del Real Decreto 1481/2001, de 27 de diciembre, por el que se regula la eliminación de residuos mediante depósito en vertedero (Anexos I y III) elaborado por la Subdirección General de Calidad Ambiental. Los coeficientes de seguridad establecidos, en función de los riesgos generados por una posible inestabilidad del vertedero y en situación estática son: Tabla nº 153: Coeficientes de seguridad mínimos. Desarrollo técnico del R.D. 1481/

207 Las situaciones de bajo riesgo son aquellas en las que una potencial inestabilidad provocaría exclusivamente daños materiales sin consecuencias significativas ambientales ni para la seguridad de las personas. Por riesgo medio se entiende la situación de un vertedero cuya inestabilidad provocaría daños significativos para el medio ambiente pero no para la seguridad de las personas. Las situaciones de alto riesgo son aquellas en las que se pueden provocar daños a personas o bien impactos ambientales severos o irreversibles. El vertedero V-42D se considera en situación de riesgo medio, en cuyo caso se estipula un coeficiente de seguridad de 1,40. En periodos de fuertes lluvias, en el caso de obturación de los drenajes existentes, el factor de seguridad se rebaja en 0,10. En situación dinámica, para el análisis de sismicidad, el coeficiente de seguridad en vertederos de residuos inertes será como mínimo de 1,2. El cálculo ha dado un factor de seguridad de 1,46 en estado seco. Se ha considerando la presencia de agua en el vertedero en periodos de fuertes lluvias y se ha realizado el cálculo de estabilidad del terraplén estimando un grado de saturación del material de relleno del 10% (Ru=0,1). El factor de seguridad obtenido en este caso es de 1,30. Para la situación con sismo (aceleración de cálculo 0,042g) ha dado 1,35. En todas las hipótesis los factores de seguridad resultan válidos. También se ha realizado un cálculo de estabilidad del conjunto laderavertedero, demostrando la estabilidad del conjunto, como era de espera, al estar el vertedero apoyado directamente en roca sana. Los parámetros del macizo rocoso empleados corresponden a los estimados en el apartado de la caracterización geotécnica para el grupo geotécnico 2, considerando un RMR conservador de 40: 207

208 Tabla nº 154: Parámetros del macizo rocoso Terreno g (kn/m 3 ) c m (MPa) º O E RMR = , De esta comprobación se ha obtenido un coeficiente de seguridad de 4,48. A continuación se resumen los datos principales del vertedero: Tabla nº 155. Cuadro resumen de rellenos. Relleno P.K. Altura máxima (m) Der. Litología del terreno de apoyo Grupo geotecnico Investigación realizada Estaciones geomecánicas y puntos de lectura Profundidad media roca sana (m) Espesor de Profundidad tierra vegetal nivel de agua (m) (m) Materiales disponibles Núcleo Procedencia Coronación Procedencia TALUDES PROPUESTOS Izquierdo Derecho Medidas de mejora del apoyo y drenaje Vertedero V ,0 Esquistos de Baldriz 2 ST-47 P258, P269 A P273 1,5 0,2 - Traza Traza 2H:1V 2H:1V Escalonado del apoyo 4.3. RECOMENDACIONES DE TRAZADO EN CAMINOS Y VARIANTES DE CARRETERAS. Se ha observado que los desmontes de los caminos existentes se han excavado con taludes de entre el 1(H):1(V) y el 1(H):2(V), al igual que en los emboquilles de los túneles del ferrocarril existente. Los taludes del camino entorno al PK se excavan sobre filitas y esquistos, y se adopta un talud de excavación del 1H:2V. Los taludes de los caminos del final del tramo se excavan sobre materiales alterados, jabres, y se ha adoptado sistemáticamente un talud de excavación del 1(H):1(V). Atendiendo a los propios caminos y a los acondicionados para la ejecución de la campaña de investigación geotécnica, se ha previsto que en la mayor parte de los casos la excavación se llevará a cabo mediante medios mecánicos. Los materiales procedentes de las excavaciones se podrán aprovechar en los propios caminos. En todos los casos, para la ejecución de los rellenos se adoptarán las recomendaciones generales del tronco, esto es, taludes 2(H):1(V). 208

209 Aunque a priori no sería necesario, considerando que estos caminos están destinados al paso de maquinaria de obra, se ha previsto para el camino del PK una sección de firme consistente en una doble tratamiento superficial sobre una capa de zahorra y para los caminos del final de tramo se proyecta una sección con firme de hormigón Camino de enlace Este camino que bordea el lado este del vertedero V-42D. Los taludes de este camino se excavan en Esquistos de Baldriz (OE), con una altura máxima de talud de desmonte menor de 2 m. Se han proyectado las excavaciones con taludes 1(H):2(V). Como se observa en los perfiles transversales, en estos caminos no se han proyectado rellenos singulares (aquellos cuya altura es superior a 10 m), por lo que no se considera necesario realizar cálculos de estabilidad, recomendando una inclinación de 2(H):1(V) para los mismos Caminos de enlace y de servicio y giro a derechas Estos caminos se localizan en el emboquille oeste de los túneles de Prado. El camino de servicio parte del camino de enlace. Este último tiene alturas de desmonte menores de 5,0 m. En el camino de servicio , en cambio, la máxima altura de desmonte encontrada es de 13,0 m. Extendiendo los datos analizados de los reconocimientos del emboquille de Prado, se considera que los desmontes de ambos caminos se excavarán en roca meteorizada de grados GM-IV a V (jabres), por lo que el mecanismo de rotura del talud se producirá a través de la masa de terreno y no a través de las discontinuidades, como ocurre en la roca. Se ha comprobado la estabilidad del talud de mayor altura del camino de servicio mediante un cálculo con el programa SLOPE, para una altura de talud de 13,0 m de suelos en jabres y granito alterado a grado GM-V, y con nivel freático a 8,70 m de profundidad. El talud 1H:1V en estas condiciones ha resultado estable. Dicho cálculo se incluye en el Apéndice

210 Como se observa en los perfiles transversales, en estos caminos no se han proyectado rellenos singulares (aquellos cuya altura es superior a 10 m), por lo que no se considera necesario realizar cálculos de estabilidad, recomendando una inclinación de 2(H):1(V) para los mismos. En la tabla siguiente se presenta un resumen de las características correspondientes a los desmontes singulares de los caminos estudiados. Tabla nº 156. Características de los desmontes singulares CAMINO P.K. Inicio Desmonte P.K. Final Longit ud Altura máxima (m) Izq Der Seccio nes analiza das Grupo geotécnic o Estaci ones geome cánica s Taludes propuestos Izqui erdo Dere cho Observ acione s Sosten imiento Excavabil idad Aprovechamiento de materiales CAM_enlace_ E-95;E- 96;E- 97;E- 98 1H:1 V 1H:1 V 100% Excavable Rellenos de la traza y rellenos de caminos CAM_servicio_ SLOPE 6-7 E-95;E- 96;E- 97;E- 98 1H:1 V 1H:1 V 50% Excavable 50% Ripable Rellenos de la traza y rellenos de caminos 4.4. CAPA DE FORMA La plataforma puede estar formada por el propio terreno, cuando se trata de un desmonte, o por suelos de aportación, cuando se trata de un relleno. La plataforma queda rematada por una capa de terminación, llamada capa de forma. El espesor de la capa de forma se establece en función de la calidad del material soporte, ya sea coronación de terraplén o fondo de desmonte, de acuerdo con los criterios incluidos en el cuadro adjunto: 210

211 Tabla nº 157. Material soporte tipo suelo (Recomendaciones ADIF; IGP 2008 v1.11) Espesor de la capa de forma (cm) Características del material soporte (suelo) 0 Material soporte con menos del 5% de finos, o excepcionalmente hasta el 15% de finos no plásticos 40 Material soporte con un máximo de un 15% de finos plásticos, con LL<40 60 Material soporte con un máximo de un 40% de finos plásticos, con LL<40 En el caso en que el terreno de apoyo sea roca, se ha adoptado el criterio siguiente: Tabla Nº 158. Material soporte tipo roca (adaptado UIC y N.R.V.) Espesor de la capa de forma (cm) Características del material soporte (roca) 0 Material soporte con desgaste de Los Ángeles inferior a 30 y Microdeval húmedo inferior a Material soporte con desgaste de Los Ángeles inferior a 40 y Microdeval húmedo entre 25 y 40. Material soporte con desgaste de Los Ángeles superior a 40 y Microdeval húmedo superior a 40. En el presente Proyecto, el fondo de desmonte se verificará en todos los casos en roca moderadamente meteorizada a sana. En la sección en vía en placa no se dispone capa de forma en desmontes, sin embargo en la sección vía en balasto, considerando las especificaciones anteriores para los materiales existentes, las Normas de Vía de Renfe recomiendan un espesor de 60 cm. Esta sección coincide con la proyectada en el tramo siguiente. Esta sección se aplica en los tramos de vía en balasto, que en el presente tramo se ha proyectado en los siguientes puntos: 211

212 Tabla Nº 159. PP.KK. y longitudes vía en balasto Vía derecha Vía izquierda Comienzo vía en balasto P.K ,258 P.K ,858 Final vía en balasto P.K ,484 P.K , GEOTECNIA DE LAS CIMENTACIONES DE ESTRUCTURAS 5.1. CONDICIONES GENERALES DE CIMENTACIÓN En el presente apartado se definen los criterios a seguir en el diseño de las cimentaciones de las estructuras existentes, de cara a establecer la tipología de cimentación más adecuada en cada caso. Debido a la profundidad de los taludes de los emboquilles, la cimentación de falsos túneles en todos los casos se realiza en roca sana o moderadamente meteorizada (GM-I a III), que permite dimensionar las cimentaciones para cargas de diseño altas. Para el arrastre de la tuneladora al interior del túnel de Prado, es necesaria la ejecución de una losa de hormigón armado, que después servirá como cimentación de los falsos túneles Relación de estructuras En las tablas siguientes se presentan las estructuras proyectadas en el tramo denominado Vía izquierda túnel de Prado: Tabla nº 160. Relación de falsos túneles EMBOQUILLE Vía P.K. Inicio P.K. Final Longitud (m) EMBOQUILLE OESTE PRADO Derecha , ,08 108,87 Izquierda , ,06 108,87 212

213 Coeficientes de balasto vertical y horizontal Para el caso de cimentaciones con losa en roca, se requiere determinar el coeficiente de balasto vertical Kv,30. Dado que no se dispone de ensayos de carga con placa se han considerado valores de este coeficiente basados en la experiencia y en datos bibliográficos (Naval Facilities Engineering Command, Jiménez Salas, Rodríguez Ortiz et al, CTE.). Tabla nº 161. Valores de K v30. Fuente consultada Rango de valores de k v30 (kp/cm 3 ) Valor adoptado (kn/m 3 ) Naval Facilities Engineering Command. Design Manual 7.02 Arcilla muy rígida 1120 Curso aplicado de cimentaciones. Rodríguez Ortiz y Otros. Roca Código Técnico de Edificación CTE > JIMENEZ SALAS GYC III Cap1 Granito sano JIMENEZ SALAS GYC III Cap1 Granito meteorizado Como se observa, los valores que aparecen en la bibliografía son muy elevados, tomando para estar del lado de la seguridad, valores más conservadores. Para el empuje horizontal que ejerce el relleno en los hastiales de los falsos túneles, se requiere determinar el coeficiente de balasto horizontal, variable con la profundidad, según la siguiente formulación: siendo K h = f z/d K h : coeficiente de balasto horizontal (kn/m 3 ) Z: profundidad (m) D: ancho de la zona cargada, para obra lineal = 1m f: coeficiente (kn/m 3 ) 213

214 Los valores empleados en los cálculos se presentan en la tabla siguiente: Tabla nº 162. Valores de f. Fuente consultada Rango de valores de f (kn/m 3 ) Valor adoptado f (kn/m 3 ) Naval Facilities Engineering Command. Design Suelos granulares gruesos-denso a muy denso Curso aplicado de cimentaciones. Rodríguez Ortiz y Otros. Arenas compactas Como se observa, los valores que aparecen en la bibliografía son muy elevados, tomando para estar del lado de la seguridad, valores más conservadores Conclusiones. Los falsos túneles se cimentan sobre granitos (GRA). El plano de cimentación se ha situado sobre rocas de grado de meteorización GM-III o inferior. Para el arrastre de la tuneladora al interior del túnel de Prado, es necesaria la ejecución de una losa de hormigón armado, que después servirá como cimentación de los falsos túneles. Los parámetros de cálculo se han descrito en el apartado anterior CIMENTACIÓN DE ESTRUCTURAS SINGULARES. En este apartado se definen los tipos de cimentación y unas primeras recomendaciones sobre las profundidades de cimentación. El objetivo es destacar aquellos aspectos que, desde el punto de vista geotécnico, pueden condicionar la elección de tipologías estructurales y el diseño. En la redacción de cada uno de los informes, se sigue el esquema general siguiente: 214

215 Introducción Investigación disponible Características del terreno Recomendaciones y conclusiones Toda la investigación geotécnica efectuada, así como los ensayos de laboratorio se presentan en los Apéndices 1 a 10 de este mismo Anejo Falsos túneles Falsos túneles emboquille oeste Introducción En el emboquille oeste de los túneles de Prado se han proyectado dos falsos túneles de longitud 108,87 m en la vía derecha y en la vía izquierda. La sección interior de cada falso túnel coincide con la sección interior de túnel. El diámetro interior de la sección de túnel es de 8,50 m. Se ha previsto que la excavación de los túneles se acometa desde este emboquille. Investigación disponible En la zona donde se ubica el emboquille oeste de los túneles de Prado no se ha podido realizar investigación geotécnica, debido a la espesa vegetación arbórea y las dificultades de acceso para las máquinas de sondeos, aunque sí se han podido realizar dos perfiles de refracción (PS-12 y PS-13), el primero con 120 m paralelo al eje del ferrocarril, y el segundo, con 60 m, perpendicular al mismo. En este emboquille no se han encontrado apenas afloramientos de granitos sanos, por lo que los puntos de lectura y estaciones geomecánicas se encuentran algo alejados del propio emboquille. Tabla nº 163. Estaciones geomecánicas y puntos de lectura próximos al emboquille Oeste de los túneles. 215

216 Estaciones geomecánicas Puntos de lectura E-95 P332 E-96 P333 E-97 P354 E-98 P355 P356 P357 P358 Próximos al emboquille se han perforado los sondeos ST-33 y SD-34, que se han tenido en cuenta a la hora de estudiar el emboquille. Se propone una campaña de investigación complementaria, con la finalidad de completar la investigación de las estructuras en los apoyos inaccesibles durante la fase de proyecto. Esta investigación podrá realizarse durante la fase de obra una vez que se hayan ejecutado los accesos y las plataformas para la construcción de los apoyos de las estructuras. La relación de las calicatas propuestas se incluye en la siguiente tabla: Tabla nº 164. Relación de sondeos propuestos para fase de obra Calicata P.K. Litología Objeto CC CC Q J Jabres y granitos meteorizados Q J Jabres y granitos meteorizados Caracterización Caracterización Las estaciones geomecánicas se incluyen en el Apéndice 9 de este mismo Anejo y los puntos de lectura se han incluido en el Apéndice 2 del Anejo de Geología. Los perfiles de sísmica se encuentran en el Apéndice 4. Los registros de sondeo se encuentran en al Apéndice 2 del presente anejo. Características del terreno 216

217 La ladera presenta abundante vegetación arbórea, y no se han observado afloramientos. El material del sustrato es el Granito de Alberguería (GRA), que en esta zona se presenta muy meteorizado y desarrolla suelos graníticos (jabres), localmente de gran espesor. El sondeo ST-33, ha cortado cerca de 9,0 m de jabres y granito muy alterado GM-IV antes de alcanzar el sustrato granítico, que se presenta en general sano. El sondeo SD-34, ha perforado hasta 20 m de arenas graníticas (jabre), con alguna intercalación de granito muy meteorizado GM-IV. La alteración del granito, también se ha confirmado con los perfiles de sísmica de refracción PS-12 y PS-13. Se ha detectado una capa de jabre de espesor entre 6 y 8 m, con velocidades del orden de 650 m/s. Por debajo, existe una capa de granito meteorizado en grado GM IV hasta los m de profundidad con velocidades de m/s, que afecta prácticamente a todo el talud superior del emboquille. Sin embargo, los falsos túneles apoyarán en granitos relativamente sanos con GM-III, en los que la sísmica ha dado velocidades de m/s. En la roca más sana, el grado de fracturación es variable, con RQD comprendidos entre % en los sondeos. Se han atravesado varias fracturas y fallas, con valores del RQD cercanos a 0-10%. El granito se presenta en estas fallas muy fracturado y arenizado, así como muy meteorizado con GM-IV y V. El nivel freático medido en los sondeos se presenta dentro de la capa de jabres, a 8,70 m y 9,1 m de profundidad, algo por encima del contacto de los suelos con la roca en el sondeo. Recomendaciones y conclusiones Para la extracción de las tuneladoras por la boquilla este del túnel de El Corno, es necesaria la ejecución de una losa de hormigón armado. Esta losa, con un módulo de balasto KV30 de kn/m3, servirá como cimentación de los falsos túneles cuando éstos se ejecuten al finalizar los túneles en mina. La losa de cimentación garantizará que la sección de los túneles artificiales no se cierre en la zona inferior de los hastiales. Los rellenos del falso túnel serán ejecutados con material procedente de la excavación del túnel y deben tener características similares o mejores que los 217

218 materiales que se emplean en la traza para núcleo de terraplén al menos hasta 1,5 m por encima de la cota de clave. Podrán adoptarse los siguientes parámetros representativos del relleno: Densidad aparente: 21 kn/m 3 Módulo de balasto horizontal variable con la profundidad: KH = f z/d con f= kn/m 3 y D: 1 m Ángulo de rozamiento interno: 33º Las recomendaciones anteriores se resumen en la tabla siguiente: Tabla nº 165. Recomendaciones de cimentación. Falsos túneles Oeste. Tipología Profundidad mínima cimentación bajo explanación CIMENTACION DIRECTA LOSA K v,30 (kn/m 3 ) Directa Sobre la cota de explanada

219 Tabla nº 166 Recomendaciones de relleno. Falsos túneles oeste Prado RELLENO Material Talud Módulo de balasto horizontal Kh (kn/m 3 ) kn/m 3 ) º) Material apto para núcleo de terraplén 2H:1V Variable con profundidad según la ley: Kh= f z/d f = kn/m3 z:profundidad D: ancho de la zona cargada, para obra lineal = 1m GEOTECNIA DE TÚNELES 6.1. INTRODUCCIÓN Este apartado tiene por objeto la obtención y procesado de los datos básicos para el diseño de los túneles. En concreto, se ha obtenido información relativa a los siguientes aspectos: Litología y estructura del macizo rocoso atravesado. Posición del nivel freático a lo largo de los túneles. Permeabilidad del macizo rocoso y de las zonas de falla. Estimación de la calidad del macizo rocoso, clasificación geomecánica y tramificación de los túneles. Características geotécnicas de los materiales. En el trazado denominado vía izquierda Túnel de Prado, se ha definido un túnel: Prado. Este túnel tiene una longitud de 7.595,36 m y una pendiente máxima del 15 %. En el Anejo nº 11. Túneles se contemplan los métodos constructivos y los sostenimientos recomendados para cada sección diseñada. El estudio del túnel comprende tanto su definición geométrica, la sección de excavación y los posibles métodos constructivos, evaluando las medidas de protección especiales que se puedan requerir, así como la descripción del sistema de drenaje e impermeabilización y, finalmente, el establecimiento de los criterios generales para la construcción de los emboquilles. 219

220 En dichas recomendaciones se han tenido en cuenta los aspectos geológicos y geotécnicos de los terrenos atravesados por el túnel, derivados de la investigación de campo y de los ensayos realizados, incluyendo un resumen de los aspectos más relevantes y de los parámetros geotécnicos de las formaciones afectadas CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS En los últimos años, las clasificaciones geomecánicas se han convertido en una herramienta básica para el análisis de los problemas de mecánica de rocas, particularmente en el diseño de túneles. La gran experiencia acumulada mediante el uso de estas clasificaciones y su correlación con el comportamiento de obras reales, permite un diseño cada vez más preciso y ajustado de los sostenimientos de túneles. Existen numerosas clasificaciones, desde la clásica de Terzaghi (1.946), hasta las más recientes como son la de Barton Lien y Lunde (1.972, revisada en y 1.994, y adaptada al trabajo con tuneladoras en 2.001) y la clasificación de Bieniawski en función del RMR (1.973, modificada en y 1.989). Las clasificaciones más completas y elaboradas que se usan actualmente para la estimación de los sostenimientos y de las presiones sobre los revestimientos son las siguientes: Índice RSR (Rock Structure Ratio), definido por Wickham, Tiedemann y Skinner (1.972), basado en las hipótesis de Terzhagui y en el empleo de cerchas metálicas. Louis et al. (1.974), basada en la resistencia compresión simple de la roca y el tamaño medio de los bloques en que se encuentra dividido el macizo por las discontinuidades. Bieniawski (1.973, y 1.989) obtiene un índice RMR (Rock Mass Rating) a partir de varios parámetros y condiciones del macizo, tales como el RQD, resistencia a compresión simple, separación y estado de las juntas, presencia de agua y orientación de las discontinuidades principales respecto del túnel. A partir de este índice se ha propuesto una corrección de su valor, para los casos de túneles a excavar con tuneladora que se denomina RMRTBM. Recientemente (Romana, 2000) ha publicado una revisión y sistematización de las recomendaciones de sostenimiento según la clasificación del RMR, basada 220

221 en las excavaciones de túneles recientes, que presenta un mayor detalle y con más subdivisiones que la publicada por Bieniawski. Barton, Lien y Lunde (1.974, con valores revisados en y en la última versión del Norwegian Geotechnical Institute del año 2.003), que constituye el sistema Q. A partir de valores del RQD, número de familias, estado de las juntas, agua y el estado tensional del macizo rocoso, se obtiene el valor del índice Q. Con el diámetro del túnel y el sistema constructivo esperado, así como dicho valor de Q, pueden estimarse las necesidades de sostenimiento. Índice de Resistencia Geológica (GSI), introducido por Heek, Kaiser y Bawden (1.995), que proporciona un sistema para estimar la reducción de resistencia que experimenta un macizo rocoso según se hacen más deficientes sus condiciones geológicas. Índice de Excavabilidad del Macizo Rocoso (RME), elaborado por Bieniawski (2006), es eficaz para predecir la excavabilidad del macizo mediante tuneladoras para roca, proporcionando una cuantificación del rendimiento (velocidades de avance) y permitiendo escoger el método constructivo de un túnel empleando TBM. El índice, se basa en 5 parámetros: RCS, DRI (perforabilidad), discontinuidades en el frente, tiempo de autoestabilidad (en horas) y afluencia de agua (l/seg.). En España, las clasificaciones más empleadas y contrastadas son el sistema RMR y el sistema Q. Recientemente, Romana (2000) ha publicado una revisión y sistematización de las recomendaciones de sostenimiento según la clasificación del RMR, basada en las excavaciones en túneles recientes. Esta clasificación presenta un mayor detalle y un mayor número de subdivisiones que la publicada por Bieniawski. La clasificación GSI ha encontrado igualmente gran aceptación por su aplicación práctica para la determinación de los parámetros resistentes del modelo de Hoek-Brown. En el caso de las tuneladoras, los índices RME y RMRTBM, son los más utilizados. A continuación se presenta un cuadro con la clasificación geomecánica de Bieniawski (1989) empleada. 221

222 Tabla nº 167:Clasificación Geomecánica RMR Bieniawski_1989) 6.3. TÚNELES Estructura y tectónica El Túnel de Prado (LTRAMO D.-túnel en mina y artificial= 7.595,36), atraviesa en su trazado las formaciones litológicas siguientes: Cuarcitas y Filitas del Invernadeiro (OQP), Pizarras de Luarca (OP), Esquistos de Baldriz (OE), Cuarcitas y Filitas de Carraxo (OQEC), Metavulcanitas de Carraxo (OG) y el Granito de Alberguería (GRA). Inicialmente, se cruzan a lo largo de 590 m las 222

223 Cuarcitas y Filitas del Invernadeiro (litotipo OQP), que presentan buzamientos altos a subverticales hacia el NE (50º - 75º). Las filitas son rocas de baja resistencia con aspecto pizarroso y esquistosidad muy penetrativa de fase 1. En este tramo, próximo al contacto con las Pizarras de Luarca, los niveles de metareniscas son muy delgados (centimétricos) y cada vez más escasos a medida que nos acercamos al contacto entre ambas formaciones. Posteriormente, el túnel entra en las Pizarras de Luarca (OP), atravesándolas a lo largo de 590 m. Se caracterizan por la monotonía litológica. Se trata de filitas y esquistos satinados grises, que intercalan ocasionalmente niveles de metareniscas grises de grano muy fino, ambas de espesor centimétrico. Las filitas y esquistos son rocas de baja resistencia. La roca está moderadamente alterada en superficie, con meteorización en grados Gm III y IV ocasionalmente. Pueden presentar abundantes venas milimétricas y centimétricas de cuarzo blanco, tanto paralelas a la esquistosidad como transversales a esta. Posteriormente, la traza cruza la Falla de Laza, una importante macroestructura compleja de fase 3, rejugada posteriormente en fases tardías, con una dirección NO SE. Afecta principalmente a la formación Esquistos de Baldriz (OE). Estructuralmente, se caracteriza por presentar dos esquistosidades muy penetrativas. Una de fase 1, plano paralela y muy fina, y otra posterior de cizalla que deforma a la primera con estructuras de tipo S - C. Los buzamientos oscilan entre 50º y 80º hacia el NE y la dirección es oblicua a la traza proyectada. La Falla de Laza, presenta también un plano de falla de tipo frágil (pk ) desarrollado durante etapas más tardías. Asociadas a la falla dúctil de Laza, se han cartografiado y detectado en sondeos, otras fracturas de tipo frágil con rocas muy trituradas y brechas arcillosas. Son fallas de espesores métricos relativamente importantes. Destaca la falla del pk , vista en afloramientos y detectada en el sondeo ST-28, que pone en contacto los Esquistos de Baldriz con las Cuarcitas de Carraxo. Posteriormente, se atraviesan, a lo largo de 1560 m, las Cuarcitas y Filitas de Carraxo (OQEC). Son rocas bien estratificadas, en capas decimétricas y centimétricas, con filitas grises en alternancias. En este tramo intercalan capas decimétricas a métricas de cuarcitas. Las metareniscas y filitas son rocas de baja 223

224 resistencia, similares entre sí. Las cuarcitas son rocas de resistencia media alta. La meteorización observada en superficie es de grado medio en general (GM III). Los buzamientos medidos son variables entre 45º y 65º hacia el NE. La dirección de la esquistosidad y la estratificación es también oblicua al trazado. Este tramo, pertenece al flanco oriental del Anticlinal de Carraxo, un macropliegue de fase 3, subvertical y con escala kilométrica, intruido por el Granito de Alberguería. Cerca del contacto con el granito de Alberguería, la formación OQEC sufre un metamorfismo de contacto, desarrollándose litologías mosqueadas, y esquistos muy micáceos. Los buzamientos de esta formación se disponen paralelos al contacto intrusivo, oscilando entre los 30º y 60º hacia el exterior de la ladera. La orientación también es subparalela al trazado del ferrocarril. Posteriormente, el túnel atraviesa el Granito de Alberguería (GRA), con un tramo con rocas metamórficas intercalado en el centro. El granito es una roca homogénea, bastante masiva, de resistencia media - alta. En los bordes, presenta una facies heterogénea, con grano muy variable y diques de pegmatitas y aplitas. Puede presentar una estructura ligeramente foliada en los bordes, perteneciente a la fase-3, pero nunca constituye un plano de discontinuidad. Se encuentra afectada por 3 sistemas principales de juntas de continuidad media alta. También se han observado algunas fallas pequeñas. El granito se atraviesa en dos tramos de y m, separados por un tramo central de 1090 m correspondiente al roof pendant de Riobóo. Este tramo de rocas metamórficas, está constituido por las formaciones Cuarcitas y Filitas de Carraxo y las Metavulcanitas de Carraxo, por debajo de la anterior. Las cuarcitas y filitas ya se han descrito. Pasamos a desribir, por tanto, las Metavulcanitas de Carraxo. Estas últimas, están constituidas por gneises cuarzo-feldespáticos de tonos grises, con foliación gneísica bien desarrollada, que intercalan micaesquistos muy biotíticos, recristalizados, grises oscuros. Para caracterizar geomecánicamente el macizo rocoso, se ha partido de los datos obtenidos en el reconocimiento de superficie realizado y en los sondeos efectuados. 224

225 En el reconocimiento de superficie se han tomado Puntos de Lectura, en los cuales se han tomado datos de litología y orientación estructural del macizo, y Estaciones Geomecánicas, en las que se ha medido de forma sistemática, la orientación de las distintas discontinuidades del macizo, su continuidad, espaciado, rugosidad y relleno. Se cuenta, además, con los datos de los sondeos perforados a lo largo de dos campañas de investigación (ST-25 a ST-28, ST-30 a ST-33, ST-35, ST-47, ST-48, ST-49, ST y ST ). En ellos se recoge, además de la descripción litológica y la meteorización de la roca, el estado de fracturación del macizo (RQD, nº de juntas y sus características). Con todos los datos recogidos en los puntos de lectura y estaciones geomecánicas, se han calculado los polos medios, determinando las familias dominantes. A grandes rasgos, el plano principal en las formaciones OQP, Op, OE y OQEC, corresponde a la esquistosidad (y la estratificación en el caso de las metareniscas). La orientación predominante es oblicua a subparalela con respecto al trazado de los túneles. Este plano principal, está acompañado por 3 a 4 familias de juntas subverticales o de alto buzamiento, con continuidad baja a media (1 3 a 3 10 m), que se combinan con la esquistosidad o estratificación principal para originar inestabilidades en roca. En los gneises de la formación OG, la foliación gneísica, más soldada que la esquistosidad de las filitas, constituye un plano de debilidad solo relativo, espaciándose considerablemente las fracturas originadas por dicho plano respecto a la separación de la esquistosidad de las filitas. Esto supone RQD más altos en los gneises con mayores valores de RMR. En el caso del granito, no hay un plano principal que destaque entre las tres a cuatro familias de juntas medidas. El macizo atravesado se encuentra afectado por algunas fallas de pequeña importancia reconocidas en los sondeos en tramos puntuales. En el perfil geológicogeotécnico de los túneles (Figura - 3) al final de este anejo, se representan las fallas y las zonas afectadas por el túnel. Con los datos geomecánicos de superficie y sondeos, y las clasificaciones geomecánicas obtenidas (RMR, Q, RME y RMRTBM), se ha tramificado el túnel en tramos homogéneos geotécnicamente. 225

226 Desde el punto de vista estructural, se han definido las familias de discontinuidades existentes, por tramos homogéneos de túnel en cuanto al número y orientación de juntas. Se trata de discontinuidades medias, que se han obtenido a partir de las estaciones geomecánicas correspondientes en cada uno de los tramos definidos. Estos planos y polos medios, se han calculado mediante el programa de proyección estereográfica CALEST, desarrollado por TYPSA. Los cálculos se presentan en el Apéndice 19 de este anejo. La tramificación, sigue el mismo esquema que el adoptado en el perfil geológico geotécnico del túnel, con la salvedad de que un tramo homogéneo estructural, puede incluir varios tramos geotécnicos de túnel. El túnel de Prado, se ha subdividido en seis tramos, que se identifican con el nombre del túnel y, a continuación, con los números de los tramos geotécnicos de túnel que incluye. La descripción de los tramos definidos es la siguiente: TUNEL Tramos 1 4 (pk ): Atraviesa la Unidad del Invernadeiro (litotipo OQP) y las Pizarras de Luarca (OP) en toda su longitud, terminando en la Falla de Laza. Se caracteriza por presentar una foliación muy continua de fase 1 (S1), y 6 familias de juntas principales, que se recogen en el cuadro siguiente. Tabla nº 168. Características discontinuidades Esquistosidad (S) / Juntas (J) Dirección de buzamiento (º) Buzamiento (º) S J J J J J J

227 TUNEL_Tramos 5 9, Falla de Laza (pk ): Este tramo abarca en su totalidad la amplia banda de deformación dúctil de la Falla de Laza, incluyendo también en su totalidad, a la formación Esquistos de Baldriz (OE), perteneciente al Grupo de Santabaia. Se caracteriza por presentar una foliación alabeada de fase 1, con una dispersión muy amplia respecto al resto del tramo (túneles de El Corno y Corga de Vela). La dispersión de la esquistosidad, se debe seguramente, a la deformación inducida por la Falla de Laza, lo que obliga a definir dos familias de esquistosidad en la proyección estereográfica (S1 y S2). Además, se han definido 6 familias de juntas principales. Se presentan en el cuadro adjunto. Tabla nº 169. Características discontinuidades. Esquistosidad (S) / Juntas (J) Dirección de buzamiento (º) Buzamiento (º) S S J J J J J J Tramos de túnel (pk ): Comprende totalmente la formación Cuarcitas de Carraxo (OQEC), intercalada entre la banda de cizalla dúctil de la Falla de Laza y el granito de Alberguería (GRA). Se caracteriza por presentar una dispersión de la esquistosidad, que se manifiesta en dos familias (S1 y S2), y por la presencia de la estratificación (E1) también como discontinuidad principal muy continua. Además, se han definido otras 5 familias de juntas principales. Se recogen en el cuadro dado a continuación. 227

228 Tabla nº 170. Características discontinuidades Esquistosidad (S) / Juntas (J) / Estrat. (E) Dirección de buzamiento (º) Buzamiento (º) S S E J J J J J Tramo de túnel 17-GR (pk ): Atraviesa el granito de Alberguería (GRA). Se caracteriza por la ausencia de foliación como discontinuidad, a diferencia del resto de formaciones del trazado. Presenta 3 familias principales de juntas (ver cuadro adjunto). Tabla nº 171. Características discontinuidades Esquistosidad (S) / Juntas (J) Dirección de buzamiento (º) Buzamiento (º) J J J Tramos de túnel Roof-Pendant (pk ): Este tramo comprende totalmente el Roof-Pendant de Riobóo. Se trata de una intercalación de metasedimentos, que separa dos tramos graníticos en el trazado del túnel. Los materiales atravesados son cuarcitas y esquistos micáceos (O QEC ) y gneises cuarzo feldespáticos (O G ), ambos del Grupo de Santabaia. Presentan numerosas intercalaciones de venas y diques graníticos. Estructuralmente, se caracteriza por la presencia de la esquistosidad de fase 1, aunque con una orientación diferente al resto del 228

229 trazado Cerdedelo Porto. Además, se han definido otras 3 familias de juntas principales. Se recogen en el cuadro dado a continuación. Tabla nº 172. Características discontinuidades Esquistosidad (S) / Juntas (J) Dirección de buzamiento (º) Buzamiento (º) S1 J J J Túnel_Tramos GR (pk ): Es el último tramo atravesado por el túnel de Prado. Se cruza el granito de Alberguería (G RA ) en toda su longitud, aunque destaca un tramo de 40 m en zona de falla, con granito muy alterado (jabre) entre los pk a La roca es masiva y sin foliaciones. Se han definido hasta 6 familias de juntas principales, que se muestran en el cuadro adjunto. Tabla nº 173. Características discontinuidades Esquistosidad (S) / Juntas (J) Dirección de buzamiento (º) Buzamiento (º) J J J J J J Hidrogeología Los materiales del sustrato rocoso afectado por los túneles se consideran prácticamente impermeables desde el punto de vista hidrogeológico. En este tipo de rocas existe una permeabilidad primaria superficial en las zonas alteradas (jabres). Estas últimas, adquieren un gran desarrollo en la boca de salida del túnel, donde se han perforado en sondeos espesores de arenas 229

230 graníticas y roca muy meteorizada (GM-IV a V), de 9,0 a 20,0 m. Este cuaternario de jabres, presenta un nivel freático medido en los mencionados sondeos. La permeabilidad en el sustrato rocoso es secundaria por fracturación, afectando normalmente al tramo más superficial y descomprimido del macizo rocoso, donde las juntas están más abiertas, e incluso alteradas por la penetración de la meteorización a través de ellas. En las zonas de falla, la permeabilidad es algo mayor, tanto por la mayor meteorización de la roca como por la intensa fracturación asociada a estas zonas de rotura. Es en estas zonas de falla donde se podrán dar los posibles aportes de agua a la excavación del túnel. También puede encontrarse agua en los tramos de emboquille, perforados en roca más alterada y próximos a los suelos de recubrimiento. Los datos de nivel freático medidos en los piezómetros instalados en los sondeos, dan valores correspondientes a un nivel asociado a las zonas más superficiales y con las juntas más abiertas del sustrato rocoso. La Universidad de Oviedo, ha realizado una modelización hidrogeológica preliminar del tramo Cerdedelo Porto. Este documento se presenta íntegro en el Apéndice 6 del anejo nº 3 Geología. En la zona más superficial se encuentran pequeños acuíferos, ligados a los sedimentos aluviales y a las monteras coluvioeluviales, asi como a la zona de mayor fracturación del macizo rocoso (fisurales). El informe indica que podría haber una pequeña afección a acuíferos fisurales. En el caso del túnel de Prado, la mayor permeabilidad detectada en el roof-pendant de Riobóo, debido a la alternancia de rocas folidas con un emjambre de diques graníticos, podría dar lugar a aportes significativos de agua al túnel. La siguiente tabla se muestran los niveles de agua medidos en los sondeos perforados para los túneles de Prado: 230

231 Tabla nº 174. Niveles freáticos medidos en los sondeos del túnel SONDEO COTA (m) PROF. SONDEO (m) FECHA TERMIN. N.F. (m) COTA N.F. (m) ST ,80 21-abr-09 9,32 760,68 ST ,75 6-abr-09 10,62 811,38 ST ,00 12-may-09 24,2 810,8 ST ,20 3-abr-09 32,27 819,73 ST ,00 10-may-09 Surgente 811 ST ,00 2-jun-09 0,97 849,03 ST ,40 24-abr-09 33,0 795,0 ST ,40 13-may-09 8,65 671,35 ST ,45 21-may-09 6,2 839,8 ST ,35 17-jun-09 16, ST jun-09 4,0 824,0 ST , jul-10 4,20 805,1 ST , ago-10 14,2 880,2 ST , jul-10 3,35 762,35 Destaca el nivel surgente del sondeo ST-30, asociado al flujo de agua ladera abajo, a través del depósito coluvial próximo. No está asociado a una zona de fractura, tal y como se observa en los testigos del sondeo. Para determinar la evolución en profundidad de la permeabilidad del macizo rocoso, se han realizado, en varios de los sondeos perforados, ensayos de permeabilidad tipo Lugeon. La equivalencia aproximada de la unidad Lugeon (L) con la permeabilidad (k), es la siguiente: 1 L = 10-5 cm/s. En el cuadro siguiente se muestran los resultados de los ensayos de permeabilidad para las formaciones afectadas por los túneles: 231

232 Tabla nº 175. Resultados de ensayos de permeabilidad en los túneles Sondeo Ensayo ref. De (m) Tramo ensayado A (m) Prof. media (m) Grupo geotécnico Permeabilidad k (m/s) ST-27 Nº ,55 92,27 GRUPO-2 5,00E-08 ST-27 Nº ,5 GRUPO-2 4,80E-07 ST-27 Nº 3 109,5 114,5 112 GRUPO-2 1,00E-08 ST-33 Nº ,5 GRUPO-6 6,00E-08 ST-33 Nº ,5 GRUPO-6 4,00E-08 ST-33 Nº ,5 GRUPO-6 0,00 ST Nº ,5 GRUPO-6 7,05E-09 ST Nº ,5 GRUPO-6 9,60E-10 ST-49 Nº ,5 GRUPO-1 1,40E-07 ST-49 Nº 2 126,55 131,55 129,05 GRUPO-1 7,48E-08 ST Nº 1 98,60 103,60 101,1 GRUPO-6 4,97E-09 ST Nº ,5 GRUPO-6 1,32E-09 Como puede observarse, todos los grupos ensayados se clasifican como rocas Poco Permeables (acuitardos) a Impermeables (acuicludos), con valores de permeabilidad de 10-7 a m/s (10-6 cm/s). La permeabilidad más baja, corresponde siempre al granito GRA sano (10-9 a m/s). La baja permeabilidad observada corresponde a la circulación de agua en las juntas. El terreno admite más caudal de agua durante los escalones de subida de presión que durante las bajadas, indicando un cierto relleno de los huecos. La permeabilidad llega a ser cero en el ensayo nº 3 del sondeo ST-33, al taparse totalmente las juntas impidiendo la admisión del caudal de agua. En las zonas más fracturadas y las fallas no ha sido posible realizar ensayos de permeabilidad, por lo que en base a la bibliografía consultada, se le asigna a estos tramos una permeabilidad baja de 10-6 m/s, que está del lado de la seguridad. 232

233 En conclusión, en este tipo de materiales, casi impermeables, y que no tienen acuíferos en un sentido hidrogeológico estricto, no existe un nivel freático como tal que puede ser afectado por la excavación del túnel. La previsión del caudal de infiltración en los túneles se realiza empleando las formulaciones de El Tani y Goodman. Estos métodos no consideran los elementos de impermeabilización del túnel, por lo que el caudal obtenido supone una estimación muy conservadora. Se obtienen unos caudales de 126,91 y 211,23 l/s. El caudal real que circulará por el colector principal será una fracción muy pequeña del estimado con estas formulaciones. El análisis de los caudales de infiltración al túnel se encuentra en el Anejo nº 12 Túneles. Respecto a la agresividad de las aguas al hormigón, ésta varía, en general, entre No Agresiva y un Grado Débil de agresividad. Este aspecto se trata en el apartado 3.5 de este anejo Tramificación A partir de los datos obtenidos tanto en el estudio de superficie, basado en estaciones geomecánicas como en la campaña de sondeos, se ha realizado una clasificación del macizo rocoso, de acuerdo con los criterios de Bieniawski (RMR, RME y RMRTBM) y Barton (Q). En los sondeos no se ha considerado el tramo superior de roca alterado. Sí se han clasificado los tramos de roca moderadamente meteorizada. Los resultados de cada valoración realizada se recogen en los Apéndices 9 y 10. Fichas de Q y RMR de Estaciones Geomecánicas y Fichas de Q y RMR de sondeos del Anejo de Geotecnia, respectivamente. Con los datos de ensayos disponibles se han estimado los parámetros característicos para su empleo en el diseño de los túneles. Se han adoptado los parámetros correspondientes a las clases de terreno establecidos en función de los índices geomecánicos, a partir de los rangos indicados en las siguientes tablas: 233

234 Tabla nº 176. Clasificación del terreno según RMR (Túneles de Prado) Clase de terreno Rango RMR Condiciones de la roca A Roca sana y medianamente a poco fracturada > 60 GM-I B Roca moderadamente sana y fracturada. GM-II C D Roca moderadamente alterada y fracturada GM-III Roca alterada y fracturada, con comportamiento similar al de un suelo. GM-IV E < 30 Zona de falla, con comportamiento similar al de un suelo. GM-V Los resultados de cada valoración realizada se recogen en los dos cuadros de CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO, uno de ellos correspondiente a estaciones geomecánicas y el otro a tramos de sondeos. A continuación de los cuadros se presentan diversos gráficos que reflejan la variación de los resultados obtenidos. Se presentan diferenciados los valores por estaciones geomecánicas y por tramos de sondeos y se refleja la variación de la Q de Barton, tanto en escala linear como logarítmica y la variación del valor del RMR.Los RMR calculados son todos valores corregidos. Se ha realizado una comparación de los valores de RMR y Q obtenidos, cuya representación se presenta en el gráfico denominado COMPARACIÓN RMR-Q, donde se representan en abscisas y ordenadas, los valores de los índices Q y RMR, obtenidos en cada estación geomecánica y tramo de sondeo. Se observa que en todos los casos, los valores de una y otra clasificación se corresponden, dentro de los intervalos de confianza habituales, lo que se interpreta como una prueba de consistencia entre los valores asignados a cada parámetro en las clasificaciones. Por otro lado, a partir de los valores obtenidos, se han realizado histogramas que reflejan la distribución de los valores de cada parámetro. Se han realizado dos grupos: Parámetros obtenidos en estaciones geomecánicas de superficie: se han realizado histogramas correspondientes a los parámetros de RQD, Q y RMR. 234

235 - Parámetros obtenidos por tramos de sondeos. Estos valores se encuentran representados en los histogramas de dos formas: la frecuencia relativa y el porcentaje de cada tramo en relación a la totalidad de metros de sondeo realizados. De este modo es posible contrastar las clases que tienen más tramos con las clases que están más representadas en el macizo. En estos gráficos se observa que los valores de Q y RMR correspondientes a las mejores condiciones del macizo rocoso son claramente predominantes. Dichos histogramas se presentan a continuación de los gráficos de comparación RMR - Q. Tras un análisis de los resultados de las clasificaciones geomecánicas, junto con una revisión de los parámetros del macizo como litología, meteorización, resistencia, grado de fracturación, abrasividad y presencia de agua, se han establecido una serie de tramos del terreno afectado por la excavación del túnel. La situación interpretada de los diferentes tramos, se representa en el Perfil Longitudinal Geotécnico de la Figura 3.3 incluida en el Anejo nº 12. Túneles. Para definir los tipos de terreno con índices de calidad homogéneos existentes en el macizo afectado por el túnel, se han considerado como más significativos los parámetros deducidos a partir de los sondeos, por lo que se les ha dado más peso en la interpretación. Los histogramas han facilitado la selección de los valores más representativos de cada parámetro geomecánico, para la obtención del valor de Q, correspondiente a cada tipo de terreno y la diferenciación por rangos de valores del Q y RMR. Los valores considerados se han contrastado con los observados en las estaciones geomecánicas. Los valores de RMR se han comparado con los tipos de terreno observados, agrupándose posteriormente los que representan terrenos con índices de calidad homogéneos. Por otro lado, en el caso de túneles con tuneladora, se han calculado los valores de RME y RMRTBM de Bieniawski. (Fichas de Cálculo de RME y RMRTBM en Túneles). Estos valores se han comparado con los tipos de terreno observados, agrupándose posteriormente los que representan terrenos con índices de calidad homogéneos. 235

236 Tabla nº 177: Clasificación Geomecánicas del Macizo Rocoso. Estaciones Geomecánicas. CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO. ESTACIONES GEOMECÁNICAS TIPO CARACTERISTICAS DEL BARTON PARAMETROS DE CLASIFICACION BIENIAWSKI DE FORMACIÓN PUNTO DE PUNTO DE LECTURA PARAMETROS GEOMECANICOS INDICE DE RESISTENCIA RQD ESP. JUNTAS COND. AGUA ORIENTACION VALORACION ROCA LECTURA METEOR. FRACTURACION Jv RQD Jn Jr Ja Jw SRF CALIDAD (MPa) VALOR VALOR (m) VALOR JUNTAS VALOR VALOR RMR ESPACIADO Q VALOR FILITAS Y METARENISCAS O1 E-75 III - IV CERRADAS 28 22,6 15 1, ,5 0, ,2-0, Seco 15 MEDIA FILITAS Y METARENISCAS O1 E-76 III - IV MODERAD. ABIERTAS 24 35,8 9 1, ,5 0, ,2-0, Seco 15 MEDIA FILITAS Y METARENISCAS O1 E-77 III MODERAD. ABIERTAS 25 32,5 15 1, ,5 0, ,2-0, Seco 15 MEDIA FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-78 III MODERAD. ABIERTAS 23 39,1 15 1, ,5 0, ,2-0, Seco 15 MEDIA FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-79 III (IV) MODERAD. ABIERTAS 25 32,5 12 1, ,5 0, ,2-0, Seco 15 MEDIA FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-80 III MODERAD. ABIERTAS 23 39,1 15 1, ,5 0, ,2-0, Seco 15 MEDIA FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-81 III MODERAD. ABIERTAS 23 39,1 12 1, ,5 0, ,2-0, Seco 15 MUY DESFAV FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-82 III MODERAD. ABIERTAS 22 42,4 15 1, ,5 0, ,2-0, Seco 15 MUY DESFAV FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-83 III ABIERTAS , ,5 0, , Seco 15 MUY DESFAV FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-84 III MODERAD. ABIERTAS 24 35,8 15 1, ,5 0, ,2-0, Seco 15 MUY DESFAV FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-85 III (IV) MODERAD. ABIERTAS 23 39, ,5 1, ,2-0, Seco 15 MUY DESFAV FILITAS Y ESQUISTOS O2 E-86 III ABIERTAS 25 32, ,5 1, , Seco 15 MUY DESFAV FILITAS Y METARENISCAS O1 E-87 III MODERAD. ABIERTAS , ,5 1, ,2-0, Seco 15 MEDIA FILITAS Y METARENISCAS O1 E-88 III CERRADAS 22 42, ,5 0, ,06-0, Seco 15 MUY DESFAV FILITAS Y METARENISCAS O1 E-89 III MODERAD. ABIERTAS 21 45, ,5 0, ,2-0, Seco 15 MUY DESFAV FILITAS Y METARENISCAS O1 E-90 III MODERAD. ABIERTAS ,5 0, ,2-0, Seco 15 MUY DESFAV METARENISCAS Y ESQUISTOS O1c E-91 III - IV MODERAD. ABIERTAS 28 22, ,5 0, ,2-0, Seco 15 MUY DESFAV GRANITO DE DOS MICAS Gr E-92 II - III ABIERTAS 15 65, ,5 2, , Seco 15 DESFAVOR METARENISCAS Y ESQUISTOS O1c E-93 III MODERAD. ABIERTAS 24 35,8 15 1, ,5 1, ,2-0, Seco 15 DESFAVOR GRANITO DE DOS MICAS Gr E-94 II ABIERTAS ,5 4, , Seco 15 DESFAVOR GRANITO DE DOS MICAS Gr E-95 III MODERAD. ABIERTAS , ,5 2, ,2-0, Seco 15 MEDIA GRANITO DE DOS MICAS Gr E-96 III ABIERTAS 12 75,4 12 1, ,5 1, , Seco 15 DESFAVOR GRANITO DE DOS MICAS Gr E-97 III ABIERTAS 13 72,1 12 1, ,5 1, , Seco 15 DESFAVOR GRANITO DE DOS MICAS Gr E-98 III - IV MODERAD. ABIERTAS 17 58,9 12 1, ,5 1, ,2-0, Seco 15 DESFAVOR CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO. SONDEOS. TIPO DE ROCA BARTON PARAMETROS DE CLASIFICACION BIENIAWSKI TRAMO DE SONDEO METEORIZACIÓN PARAMETROS GEOMECANICOS INDICE DE RESISTENCIA RQD ESP. JUNTAS COND. AGUA ORIENTACION VALORACION Jv RQD Jn Jr Ja Jw SRF CALIDAD (MPa) VALOR VALOR (m) VALOR JUNTAS VALOR VALOR RMR Sondeo De: A: Longitud Q VALOR ST-25 16,00 41,65 25,65 Metareniscas y Filitas (O1) II ,5 2 0,66 2,5 1, ,2-0, Lig. Húmedo 10 MEDIA ST-26 75,30 81,1 5,8 Filitas y Esquistos (O2) II , ,5 0, < 0, Lig. Húmedo 10 MEDIA ST-26 81,10 84,1 3 Filitas y Esquistos (O2) II , ,5 5, ,2-0, Lig. Húmedo 10 MEDIA ST-27 60,00 64,45 4,45 Filitas y Esquistos (O2) II ,66 5 0, < 0, Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV ST-27 94,55 100,8 6,25 Filitas y Esquistos (O2) II - III ,5 2 0,66 2,5 0, < 0, Lig. Húmedo 10 MEDIA ST ,80 130,4 9,6 Filitas y Metareniscas (O1) II , ,5 2, ,2-0, Lig. Húmedo 10 MEDIA ST-30 79,20 86,3 7,1 Metareniscas y Esquistos (O1c) III ,5 2 0,66 2,5 0, < 0, Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV ST ,30 105,3 3 Metareniscas y Esquistos (O1c) III ,66 2,5 0, ,2-0, Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV ST ,30 110,6 5,3 Metareniscas y Esquistos (O1c) III ,66 2,5 0, ,06-0, Húmedo 7 MUY DESFAV ST ,55 143,6 5,05 Metareniscas y Esquistos (O1c) II ,66 2,5 0, ,2-0, Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV ST ,60 150,5 6,9 Metareniscas y Esquistos (O1c) II ,66 2,5 0, ,06-0, Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV ST , Granito de dos micas (Gr) I , ,5 22, , Seco 15 MEDIA ST ,30 156,2 10,9 Metareniscas y Esquistos (O1c) II - III ,5 4 0,66 2,5 0, ,06-0, Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV ST ,20 159,4 3,2 Metareniscas y Esquistos (O1c) II - III ,5 4 0,66 2,5 0, < 0, Lig. Húmedo 10 MUY DESFAV ST-33 15,30 45,3 30 Granito de dos micas (Gr) III , ,5 2, ,2-0, Lig. Húmedo 10 MEDIA

237 RMR (Bieniawski. 1979) COMPARACION RMR-Q. ESTACIONES GEOMECÁNICAS LNQ LNQ LNQ ,001 0,01 0, Q (Barton et al. 1974) Correlación de Bieniawski Correlación de Barton 237

238 RMR (Bieniawski. 1979) Figura nº 66: Comparación RMR-Q. Estaciones Geomecánicas COMPARACION RMR-Q SONDEOS LogQ LogQ LNQ+62 15LogQ LNQ LNQ ,001 0,01 0, Q (Barton et al. 1974) Correlación de Bieniawski Correlación de Barton 238

239 Q Figura nº 67: Comparación RMR-Q. Sondeos VARIACIÓN Q DE BARTON (Escala lineal) 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 4,10 3,00 2,00 1,00 0,00 2,62 2,45 1,89 1,80 1,56 1,30 1,43 1,47 1,23 0,80 0,78 0,81 0,98 0,78 0,85 0,98 0,72 0,76 0,82 0,30 0,43 0,57 0,20 E-75 E-76 E-77 E-78 E-79 E-80 E-81 E-82 E-83 E-84 E-85 E-86 E-87 E-88 E-89 E-90 E-91 E-92 E-93 E-94 E-95 E-96 E-97 E-98 ESTACIONES GEOMECÁNICAS Figura nº 68: Variación Q de BARTON (Escala Líneal). Estaciones Geómecanicas 239

240 Q VARIACIÓN Q DE BARTON (Escala logarítmica) 10,00 1,00 0,30 0,80 0,43 0,78 0,81 0,78 0,98 0,85 0,98 0,72 1,56 1,30 1,23 0,57 0,76 0,82 0,20 2,62 1,43 4,10 2,45 1,89 1,80 1,47 0,10 0,01 0,00 E-75 E-76 E-77 E-78 E-79 E-80 E-81 E-82 E-83 E-84 E-85 E-86 E-87 E-88 E-89 E-90 E-91 E-92 E-93 E-94 E-95 E-96 E-97 E-98 ESTACIONES GEOMECÁNICAS Figura nº 69: Variación Q de BARTON (Escala Longitudinal). Estaciones Geomecánicas. 240

241 ST-25 ST-26 ST-26 ST-27 ST-27 ST-28 ST-30 ST-30 ST-30 ST-35 ST-35 ST-31 ST-32 ST-32 ST-33 Q ST-25 ST-26 ST-26 ST-27 ST-27 ST-28 ST-30 ST-30 ST-30 ST-35 ST-35 ST-31 ST-32 ST-32 ST-33 Q VARIACION Q DE BARTON (Escala lineal) 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,333 5,00 4,00 3,00 2,667 2,00 1,76 2,000 1,00 0,00 0,500 0,132 0,660 0,330 0,880 0,330 0,807 0,880 0,605 0,132 TRAMO DE SONDEO Figura nº 70: Variación Q de BARTON (Escala Lineal). Tramo de sondeo. VARIACION Q DE BARTON (Escala logarítmica) 22,500 10,00 5,333 1,76 2,000 2,667 1,00 0,500 0,660 0,330 0,880 0,330 0,807 0,880 0,605 0,132 0,132 0,10 0,01 0,00 TRAMO DE SONDEO Figura nº 71: Variación Q de BARTON (Escala Longitudinal). Tramo de sondeo. 241

242 ST-25 ST-26 ST-26 ST-27 ST-27 ST-28 ST-30 ST-30 ST-30 ST-35 ST-35 ST-31 ST-32 ST-32 ST-33 RMR E-75 E-76 E-77 E-78 E-79 E-80 E-81 E-82 E-83 E-84 E-85 E-86 E-87 E-88 E-89 E-90 E-91 E-92 E-93 E-94 E-95 E-96 E-97 E-98 RMR VARIACION RMR ESTACIONES GEOMECÁNICAS Figura nº 72: Variación RMR. Estaciones Geomecánicas. VARIACION RMR TRAMO DE SONDEO Figura nº 73: Variación RMR. Tramo de sondeo. 242

243 Nº de tramos de sondeos Metros de sondeos en % RQD. Tramos de sondeos 6 37, , , , , ,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0, Clase Frecuencia % en metros 0 Figura nº 74: RQD. Tramos de sondeos. 243

244 Nº de tramos de sondeos Metros de sondeo en % Nº de tramos de sondeos Metros de sondeo en % Q. Tramos de sondeos 12 41,8 45, , ,0 35,0 8 30, , ,9 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,001-0,01 0,01-0,1 0, Clase 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Frecuencia % en metros Figura nº 75: Q. Tramos de sondeos. RMR. Tramos de sondeos 6 37, , , ,3 9,4 1 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0, Clase Frecuencia (%) en metros Figura nº 76: RMR. Tramos de sondeos. 244

245 Tabla nº 178. Tramificación geotécnica túnel 1 de 2 P. K Clase de terreno Tramo Longitud Parcial D B C C E C D C E B E C Cobertera 2-3 Ø > 3 Ø 2-3 Ø > 3 Ø Litología CUARCITAS Y FILITAS PIZARRAS PIZARRAS Y ESQUISTOS ESQUISTOS Y CUARCITAS Y FILITAS ESQUISTOS CUARCITAS Grupo geotécnico Formación O QP O P O E O QEC Meteorización Fracturación III II - III II II III - IV II III II - III III II - III III II - III II II III III V II - III III II - III V II - III V II - III Perforabilidad DRI Frente HOMOG MIXTO HOMOG MIXTO HOMOG MIXTO HOMOG MIXTO HOMOG Orientación familia principal Agua OBLICUA OBLICUA A PARALELA RMR correg < < < RMR correg. (Valor medio) Q 0,2-0, , ,05-0,2 0,5-1 0,5-1 0,5-1 0,2-0, ,05-0,2 0,5-1 Clasificación Geomecánica Q (Valor medio) 0,2 1,76 0,78 2,9 0,10 0,8 0,66 0,91 0,30 1,23 0,10 0,75 RMR TBM RMR TBM (Valor medio) RME RME 09 (Valor medio) R. C. S. Roca Intacta (Mpa) E m (MPa) Fluencia Tipo de dovela OBSERVACIONES Emboquille Zona de Falla Zona de Falla Zona de Falla Zona de Falla 245

246 Tabla nº 179. Tramificación geotécnica túnel 2 de 2. P. K Clase de terreno Tramo Longitud Parcial E D B C A B A C E D E D A E A B B Cobertera > 3 Ø 2-3 Ø Litología CUARCITAS Y FILITAS GRANITO GRANITO GRANITO CUARCITAS, ESQUISTOS Y GNEISES CORNEANIZADOS GRANITO Grupo geotécnico Formación O QEC G RA O QE G RA Meteorización Fracturación III III II II I-II I-II I-II I-II III II - III III II I - II III-IV I-II III III V III II II II II II II V II V II I V I I II Perforabilidad DRI Frente MIXTO HOMOG MIXTO HOMOG MIXTO HOMOG MIXTO HOMOG Orientación familia principal OBLICUA A PARALELA OBLICUA A PERPENDICULAR - Agua RMR correg < > > < < > 60 < 30 > RMR correg. (Valor medio) < Q 0,2-0,5 0, ,5-1 > ,5-1 0,1-0,5 0,5-1 0,05-0,2 0,5-1 > 20 0,05-0,1 > Clasificación Geomecánica Q (Valor medio) 0,30 0,6 2,5 0,82 22,5 4,44 7,55 0,6 0,4 0,6 0,13 0,6 22,5 0, ,67 2,67 R. C. S. Roca Intacta (Mpa) RMR TBM > > > > RMR TBM (Valor medio) RME > > > > RME 09 (Valor medio) E m (MPa) Fluencia Tipo de dovela OBSERVACIONES Zona de Falla Zona de Falla Zona de Falla Zona de Falla Emboquille 246

247 6.4. TENSIONES NATURALES. Las tensiones naturales constituyen un estado propio de los materiales del macizo rocoso como consecuencia de su historia geológica, y el cálculo de las mismas es fundamental para el diseño de excavaciones subterráneas, ya que las cargas actuantes sobre el sostenimiento o revestimiento son precisamente la relajación de estas tensiones naturales en el contorno del túnel. Este aspecto es fundamental a la hora de realizar cálculos tensodeformacionales. El estado tensional inicial tiene poca importancia, si el terreno una vez efectuada la excavación, se va a comportar elásticamente, pero si el terreno plastifica los esfuerzos inducidos sobre los elementos estructurales del sostenimiento y/o revestimiento dependen de forma muy importante del estado tensional inicial. Estas tensiones obedecen a distintas causas, siendo las principales las de origen tectónico, las gravitacionales y las de origen no renovable. Según L. González de Vallejo: las tensiones naturales no renovables, son aquellas generadas por efectos térmicos, por flexiones o abombamientos en la corteza, o como consecuencia de cambios en el radio de curvatura de una placa tectónica. Las tensiones gravitacionales se generan por efecto de una diferencia de elevación topográfica, o por variaciones laterales en la densidad de los materiales. La tensión vertical es debida a la carga de materiales y puede originar a su vez grandes esfuerzos laterales al tender las rocas a expandirse en direcciones perpendiculares o transversales con respecto a las cargas verticales, y estar confinadas en dichas direcciones. En la génesis de los macizos rocosos y en la posterior actividad tectónica que sufren, generalmente la roca acumula tensiones en todas direcciones debido a que los plegamientos intercambian a menudo los ejes horizontales con el vertical, llegándose a un resultado en que el coeficiente K es aproximadamente la unidad. Es la erosión posterior la que reduce significativamente la presión vertical, manteniéndose la horizontal, motivo por el que son frecuentes en macizos rocosos sanos valores de K superiores a 1. Por el contrario, cerca de la superficie 247

248 y en terrenos poco competentes o en rocas muy meteorizadas y/o fracturadas, las tensiones horizontales, en general, son inferiores. Dado su origen geológico, el valor de K es una función de escala regional, es decir, la función de variación de K con la profundidad es la misma dentro de una región geológica. Es por ello que la variación de este parámetro se publica habitualmente en el World Stress Map de la Universidad de Karlsruhe, a partir de datos obtenidos de ensayos in-situ y de sismicidad. Las tensiones in-situ, de un macizo rocoso pueden ser medidas experimentalmente mediante diversos tipos de ensayos (overcoring, flat-jack, hidrofracturación, etc.). Pero generalmente su coste es extraordinariamente caro y los datos que suministran no siempre son útiles ni razonables. Por ello generalmente se estima de manera aproximada, existiendo diversos criterios: Criterio de Terzaghi y Richart (1952) Criterios empíricos lineales Criterio de Stacey y Page (1986) Criterio de Sheorey (1994) Terzaghi y Richart, sugirieron que un macizo rocoso sometido a cargas gravitacionales y no deformado lateralmente durante la formación de las capas suprayacentes, el valor de k0 es independiente de la profundidad, viniendo dado por la expresión: k 0 1 Donde ν es el coeficiente de Poisson del macizo rocoso. Esta expresión ha venido empleándose desde hace muchos años, pero la experiencia ha demostrado que es inexacta. En el caso que nos ocupa, daría lugar a valores entre 0,30 y 0,43, ambos excesivamente bajos. Diversos autores, han propuesto relaciones lineales entre σh (MPa) y la profundidad z (m). Las más habituales son: 248

249 Hast (1973) Herget (1974) Worotnicki (1976) Haimson (1976) Orr (1975) Van Hereden (1976) σ H = z σ H = z σ H = z σ H = z σ H = z σ H = z Al tratarse de criterios lineales, puede realizarse una media aritmética con ellos: σ H = z En el caso que nos ocupa, para un recubrimiento máximo de 215 m, se obtendría un valor de σh del orden de 16 MPa. En este caso resulta un K0 = 0,45 Stacey y Page proponen una fórmula para la estimación aproximada de k0, para profundidades inferiores a m: k 0 z Lo que se traduciría en un valor de 2,6 en este caso. En los últimos años, se viene utilizando para la estimación de la k0, el criterio de Sheorey. Este autor ha desarrollado un modelo elasto-estático-térmico de esfuerzos en la corteza terrestre. Este modelo tiene en cuenta la curvatura de la corteza terrestre y la variación de sus constantes elásticas, densidad y coeficientes de expansión térmicos a través del manto y la corteza. Mediante esta modelización Sheorey proporcionó una fórmula muy sencilla para estimar k0 en función del módulo de deformación horizontal (en GPa) y la profundidad: k Eh z Aplicando este criterio, considerando valores de Eh entre 500 MPa y MPa, se obtienen valores de k0 muy variables, comprendidos entre 0,27 y 1,

250 Como se observa existe una excesiva variación, dentro de una misma localidad, que no sería representativa ni realista. Como se ha indicado valores entorno a la unidad y superiores son frecuentes en macizos rocosos, siendo habitual que estos valores disminuyan en suelos. De forma conservadora, se considera razonable un valor de k0 1,3 para roca sana y de 1,2 para roca alterada o falla, para tener en cuenta una cierta decompresión del macizo y relajación de las tensiones horizontales CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO EN EL TÚNEL. En la determinación de los parámetros característicos del macizo rocoso para su aplicación en el cálculo de túneles intervienen diversos factores. Además de los parámetros de roca intacta que se han determinado en el Apartado 3, de Análisis de los Resultados de los Reconocimientos, es necesario tener en cuenta las condiciones de calidad del terreno que atravesarán los túneles, estimadas a partir de los índices geomecánicos, así como las tensiones de campo en el macizo, que están relacionados con las monteras existentes en el túnel. De este modo, el criterio de rotura del macizo se obtendrá minorando los valores mi y s teniendo en cuenta el índice RMR del macizo y el estado tensional a la profundidad del túnel, según las expresiones: m b m e i RMR D s e RMR D a RMR /15 20/ 3 e e 6 La constante D es un factor que depende del grado de alteración al cual el macizo rocoso ha sido sometido debido al procedimiento constructivo. Varía desde 0 para macizos con mínima alteración, hasta 1 para macizos muy alterados. En la figura adjunta a continuación se indican los valores usuales para las situaciones más habituales. Se considera adecuado tomar el valor de D =

251 Como método de deducción de los parámetros deformacionales (módulo de elasticidad) del macizo rocoso, se han empleado la correlación siguiente: D E 1 2 ci GSI Esta formulación es válida para todo rango de GSI, pero que aplica solamente para valores de σci inferiores a 100 MPa (Hoek, 2002). Los valores de E obtenidos con estas fórmulas vienen expresados en gigapascales (GPa). Figura 77. Valores de D. A continuación se presenta la parábola de Hoek y Brown para las monteras y GSI representativos de cada clase de terreno, considerando que los valores de GSI y los RMR son equivalentes. Para cada rango de terreno se ha adoptado la hipótesis pésima en la combinación montera índice de calidad GSI, en base a la tramificación geotécnica expuesta. Los parámetros obtenidos en este análisis se adoptan como parámetros característicos de cada una de las clases de terreno. 251