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Estabilidad Boca E Arraiz Gorka Iglesias Estabilidad Boca E Arraiz Gorka Iglesias Presentation Transcript

  • Jornada sobre taludes inestables en roca. Proyecto y seguimiento geotécnico en ejecuciónHaitzetako ezponda ezegonkorrei buruzko jardunaldia. Proiektu geoteknikoa eta exekuzio uneko jarraipena 10-2-2011Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz. Variante Sur Metropolitana de Bilbao Gorka Iglesias
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao1.- Introducción1 I t d ió2.- Descripción y encuadre de la obra3.- Investigación y trabajos realizados PROYECTO4.- Marco geológico regional y l4 M ló i i l locall5.- Caracterización geotécnica de proyecto6.- Proceso de control geotécnico de taludes7.7 - Criterios de diseño y dimensionamiento8.- Seguimiento de obra - antecedentes9.- Registro y análisis de movimientos y deformaciones AUSCULTACIÓN10.- Modelo geológico-geotécnico MODELO Y ANÁLISIS11.-11 - Criterios y análisis de estabilidad12. Conclusiones
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao1.- Introducción 1.- Introducción
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao1.- Introducción
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 2.- Descripción y encuadre de la obra 2 4 5 3 1 3 Longitud Hmax Litología Talud Calzada P.K. inicial P.K. final Inclinación (m) (m) Derecha Derecho 1 9+005 (eje 2) 9+030 25 25 3V:2H (56º) (este) IzquierdaLimolitas Izquierdo 2 8+930 (eje 1) 9+004 74 38 3V:2H (56º) (oeste)calcáreasFormación Frontal 3 Derecha 9+005 - 41 2V:1H 2V 1H (63º)Tejera (4B) Frontal 4 Izquierda 8+930 - 40 2V:1H (63º) Intermedio 5 Derecha 9+005 9+025 20 31 3V:1H (72º) 2.- Descripción y encuadre de la obra
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao3.- Investigación y trabajos realizados • Estaciones geomecánicas • Sondeos mecánicos • Perfiles sísmicos • Calicatas • 62 ensayos de densidad • 31 ensayos de RCS • 21 ensayos de determinación del módulo de Young y el coeficiente de Poisson. • 23 ensayos de resistencia a tracción • 16 determinaciónes del índice Schimazek y abrasividad Cerchar • 25 ensayos triaxiales. 3.- Investigación y trabajos realizados
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao4.- Marco geológico regional y local 4.- Marco geológico regional y local
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 5.- Caracterización geotécnica de proyectoLos parámetros geotécnicos de la estratificación y de las juntas son los residuales. Cohesión Fricción Densidad cr ϕr Estratificación y 0 kPa 22º 2,7 t/m³ juntas Los parámetros de la roca alterada fueron obtenidos a través de la formulación de Ucar (1986). ( ) Cohesión Fricción Densidad cu φu Roca alterada 0,54 kg/cm² 30º 2,7 t/m³ 5.- Caracterización geotécnica de proyecto
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoPara determinar los parámetros de la roca sana, se utilizará la correlación de Hoek (2004) suponiendo un RMR de 40: Fricción Cohesión Densidad φ Roca sana 3,1 kg/cm² 46º 2,7 t/m³ Los parámetros de la matriz rocosa: Densidad 2 730 kg/m3 RCS 29,98 MPa RTS 6,48 MPa Ellab b 17 091 MPa ν 0,28 mi 8,30 5.- Caracterización geotécnica de proyecto
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 6.- Proceso de control y validación geotécnica de taludes GEOTECNIA DE OBRA* Se cumplen condiciones de proyecto Registro y toma de datos de obra* Se adoptan soluciones geotécnicas de proyectoComprobación geométrica e interacción de taludes* Plantas, alzados y perfiles geotécnicos* Caracterización geotécnica* Control de ejecución Validación última Identificación de mecanismos de inestabilidad* de la geotecnia Control de calidad Comprobaciones y recálculos* de contraste Instrumentación * Se realiza en cada banco de excavación GEOTECNIA DE CONTRASTE Son necesarios Son necesarios ajustes geotécnicos** ajustes geométricos** GEOTECNIA DE PROYECTO No se cumplen condiciones de proyecto ** Con aplicación de los Criterios de Diseño y Dimensionamiento 6.- Proceso de control y validación geotécnica de taludes
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 7.- Criterios de diseño y dimensionamiento Como norma general, se adoptan criterios de diseño de Proyecto.En los casos en los que se ha variado alguno de estos criterios, se ha justificado y se basa en datos obtenidos en obra.La variación de criterios de diseño será siempre considerada como específica para el caso. Durante la excavación del talud se ha realizado un seguimiento geotécnico intenso para confirmar la validez del cambio. Factor de seguridad determinista requerido: 1.4 7.- Criterios de diseño y dimensionamiento
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 8.- Seguimiento de obra - antecedentes Junio de 2007: comienzo de excavación del emboquille y del seguimiento geotécnico que se ha continuado ininterrumpidamente ininterrumpidamente. Noviembre de 2007: se detectan pequeñas deformaciones en uno de los inclinómetros. Diciembre de 2007: se observan las primeras grietas en el talud frontal. En consecuencia seintensifica la instrumentación con inclinómetros y topografía. Se complementa con extensómetros de varillas y convergencias una vez iniciado el túnel eje1. A partir de la instrumentación y el seguimiento geotécnico se elabora un primer modelo geotécnico, geotécnico con el cual se define una primera actuación de refuerzo del sostenimiento sostenimiento. Enero de 2008: Se ejecuta un sostenimiento de urgencia. 8.- Seguimiento de obra - antecedentes
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao8.- Seguimiento de obra- antecedentes
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoParalelamente, en el talud intermedio se detecta zona de fracturación y grietas verticales en la gunita de la costilla. 8.- Seguimiento de obra - antecedentes
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao9.- Registro de movimientos y deformaciones Inclinómetros adicionales Hitos de i l ió Hit d nivelación Dianas topográficas Inclinómetros iniciales Secciones de convergencia Extensómetro de varillas 9.- Registro de movimientos y deformaciones Instrumentación instalada
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoEvolución de movimientos y deformaciones INCLINÓMETROS Ó Fecha Fecha última Frecuencia Incli. P.K. primera medida medida medida SSB2 8+850 14-9-07 02-06-09 Quincenal SSB2A 8+824 4-2-08 02-06-09 Quincenal SSB2B 8+828 6-2-08 02-06-09 Quincenal 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones INCLINÓMETROS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoSSB2 Movimiento secundario a 6 m Movimiento secundario a 13,5 m Movimiento neto del bloque 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones INCLINÓMETROS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoSSB2 DESPLAZAMIENTOS MÁXIMOS SSB2 SSB2 a 6m de prof SSB2 a 13,5m de prof SSB2 a 17m de prof precipitaciones 100 120 90 tesado anclajes a 30 t tesado anclajes a 90 t 100 80 70 ecipitaciones l/m2 en 24h Excavación 80 destroza túnel eje 1 os 60mm acumulado 50 60 40 Excavación E ió 40 pre 30 avance túnel eje 1 20 20 10 0 0 14/09/2007 23/12/2007 01/04/2008 10/07/2008 18/10/2008 26/01/2009 06/05/2009 fecha 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones INCLINÓMETROS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoSSB2 VELOCIDADES RELATIVAS(mm/día) SSB2 SSB2 a 6m de prof SSB2 a 13,5m de prof SSB2 a 17m de prof precipitaciones 4 120 3,5 tesado anclajes a 30 tm tesado anclajes a 90 tm 100 3 ecipitaciones l/m2 en 24h 2,5 80 2 mm/día 60 1,5 Excavación avance 1 40 pre túnel eje 1 Excavación destroza túnel eje 1 0,5 20 0 -0,5 0 14/09/2007 23/12/2007 01/04/2008 10/07/2008 18/10/2008 26/01/2009 06/05/2009 fecha 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones INCLINÓMETROS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoSSB2 La dirección de movimiento registrado es N130ºE. 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones INCLINÓMETROS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao SSB2B DESPLAZAMIENTOS MÁXIMOS SSB2B SSB2B 10,5 m prof SSB2B 17 m prof precipitaciones 50 120 Excavación destroza túnel eje 1 45 tesado anclajes a 90 tm 100 40 35 cipitaciones l/m2 en 24h 80mm acumulados s e 30 25 60 20 prec 40 15 10 20 5 0 0 06/02/2008 27/03/2008 16/05/2008 05/07/2008 24/08/2008 13/10/2008 02/12/2008 21/01/2009 12/03/2009 01/05/2009 fecha 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones INCLINÓMETROS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoSSB2A DESPLAZAMIENTOS MÁXIMOS SSB2A SSB2A 15,5 prof precipitaciones 30 120 Excavación destroza túnel eje 1 tesado anclajes a 90 t t d l j tm 25 100 precipitaciones l/m2 en 24h 20 80 n mm acumulados 15 60 m 10 40 Excavación avance túnel eje 1 5 20 0 0 14/09/2007 23/12/2007 01/04/2008 10/07/2008 18/10/2008 26/01/2009 06/05/2009 fecha 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones INCLINÓMETROS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoEXTENSÓMETRO DE VARILLAS 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones EXTENSÓMETRO DE VARILLAS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao SECCIONES DE CONVERGENCIA EN TÚNEL 1 VARIANTE METROPOLITANA DE BILBAO-FASE BOCA: SALIDA CONVERGENCIA: C-001 I CALZADA: EJE 1 P.K.: 8+920 TRAMO: CADAGUA-PEÑASCAL FASE: AVANCE ÍNDICE Q: TÚNEL: ARRAIZ SOSTENIMIENTO: IV TAPADA: 15,8 m VISTA EN SENTIDO DE AVANCE DEL FRENTE 10,00 50,00 9,00 8,00 45,00 7,00 6,00 5,00 40,00 4,00 3,00 35,00 2,00 1,00 1 00 Distancia al frente (m)(+) Cierre (-) Apertura Movimientos (mm) 0,00 30,00 -1,00 -2,00 25,00 -3,00 -4,00 -5,00 20,00 -6,00 -7,00 7 00 15,00 -8,00 -9,00 -10,00 10,00 -11,00 -12,00 5,00 -13,00 -14,00 -15 00 15,00 0,00 0 00 09/01/2008 14/01/2008 19/01/2008 24/01/2008 29/01/2008 03/02/2008 08/02/2008 13/02/2008 18/02/2008 23/02/2008 28/02/2008 H-1 D-1 D-2 N Dist Frente (m) 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones SECCIONES DE CONVERGENCIA EN TÚNEL 1
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao CONTROL TOPOGRÁFICOD -dianaH-HitoSituación de hitos y dianas topográficas 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones CONTROL TOPOGRÁFICO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 0,04 02/01/2008 0,03 04/01/2008 D1 D-1 D2 D-2 D3 D-3 D4 D-4 D5 D-5 D6 D-6Desplazam ien vertical (m ) 0,02 07/01/2008 09/01/2008 0,01 14/01/2008 nto 0,00 17/01/2008 25/01/2008 -0,01 04/02/2008 -0,02 11/02/2008 25/02/2008 -0,03 05/03/2008 0 5 10 15 20 25 30 27/03/2008 Distancia (m) 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones CONTROL TOPOGRÁFICO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao CONTROL DE GRIETAS Y FISURAS VARIANTE METROPOLITANA DE BILBAO-FASE I BOCA: SALIDA CONTROL DE FISURAS d c TRAMO: 7 CADAGUA-PEÑASCAL CALZADA: EJE 1 LECTURAS: a-c TÚNEL: ARRAIZ FASE: AVANCE P.K.: 8+890 a b 5,00 4,00 3,00 2,00(+) Cierre (-) Apertura a Movimientos (mm) 1,00 0,00 -1,00 -2,00 2 00 -3,00 -4,00 -5,00 11/02/2008 02/03/2008 22/03/2008 11/04/2008 01/05/2008 21/05/2008 F-001 F-002 F-003 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones CONTROL DE GRIETAS Y FISURAS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao CONCLUSIONES DEL ANÁLISIS DE MOVIMIENTOS Movimiento profundo en el talud frontal. Deslizamiento global en el macizo rocoso, con salida hacia el talud d l emboquille. D li i l b l l i lid h i l l d del b ill El movimiento no afecta al túnel. Se observa la existencia de distintos niveles de rotura.La excavación del túnel 1 acelera los movimientos registrados en el deslizamiento profundo. El resto de la instrumentación confirma la dirección y cuantía del movimiento. A partir d l registro d movimientos es posible un retroanálisis y un calibrado, i del i de i i ibl áli i lib d para el estudio de la estabilidad de la costilla. 9.- Registro de movimientos y deformaciones Evolución de movimientos y deformaciones CONCLUSIONES DEL ANÁLISIS DE MOVIMIENTOS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao10.-Modelo geológico-geotécnico Datos de partida p 10.- Modelo geológico-geotécnico Datos de partida
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao En el talud frontal Buzamiento / Continuidad (m) Espaciado Apertura Rugosidad Nombre Dirección Relleno (m) Rumbo Buzamiento (mm) (JRC) buzamiento Estra./ 72º/210º 0.06-0.2 0 06 0 2 >15 m >15 m <1 2-4 24 -laminación* Junta J1* 25º/088º 0,2-2,0 10-15 10-15 20 8-10 Arcilla Junta J0 50º/170º >5,0 4-6 4-6 25 6-8 Arcilla Junta J2´ 67º/119º >5,0 6-8 6-8 15 6-8 Arcilla * Discontinuidades principales 10.- Modelo geológico-geotécnico Datos de partida
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 25º/088ºDetalle de la junta J1 en el talud intermedio Detalle de la junta J1 en el talud frontal 10.- Modelo geológico-geotécnico Datos de partida
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoDetalle de la junta J1 en el talud intermedio de los planos observadosla juntafrontal el talud frontal Representación estereográfica Detalle de en talud J1 en 10.- Modelo geológico-geotécnico Datos de partida
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao En la zona de confluencia entre el talud intermedio y frontal (eje 1): - Importante grado de fracturación - Rellenos arcillosos blandos. Continuidad (m) Apertura Rugosidad Nombre Dip/DipDir Espaciado (m) Relleno Rumbo Buzamiento (mm) (JRC0) Estra. 70º/212º 0.06-0.2 >15 m >15 m <1 2-4 -/laminación Junta J1 30º/095º 0,2-2,0 10-15 10-15 >3 8-10 Arcilla Junta J2 35º/313º >5,0 6-8 6-8 5 6-8 Arcilla Parámetros de las discontinuidades en la “costilla” 10.- Modelo geológico-geotécnico Datos de partida
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoMacizo rocoso observado en los primeros frentes del eje 1 10.- Modelo geológico-geotécnico Datos de partida
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoRepresentación estereográfica de los planos observados en talud intermedio 10.- Modelo geológico-geotécnico Datos de partida
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao10.- Modelo geológico-geotécnico Datos de partida
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoModelo geotécnico del deslizamiento en bloque 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico del deslizamiento en bloque
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao Perfil longitudinal P-2 10.- Modelo geológico-geotécnicoModelo geotécnico del deslizamiento en bloque
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao Perfil longitudinal por eje 1 P fil l it di l j 10.- Modelo geológico-geotécnicoModelo geotécnico del deslizamiento en bloque
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao Transversal en el P.K. 8+884 del eje 1 10.- Modelo geológico-geotécnicoModelo geotécnico del deslizamiento en bloque
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 10.- Modelo geológico-geotécnicoModelo geotécnico del deslizamiento en bloque
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 10.- Modelo geológico-geotécnicoModelo geotécnico del deslizamiento en bloque
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 10.- Modelo geológico-geotécnicoModelo geotécnico del deslizamiento en bloque
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 10.- Modelo geológico-geotécnicoModelo geotécnico del deslizamiento en bloque
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoModelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas Dianas Medida de fisuras Convergencias 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao PARÁMETROS DE CÁLCULOLos parámetros tensodeformacionales del macizo rocoso pierden importancia frente al comportamiento de las propias diaclasas. Los parámetros de la matriz rocosa son los correspondientes a las limolitas calcáreas de la formación Tejera (4B) determinados en el proyecto constructivo. Densidad 2 730 kg/m3 RCS 29,98 MPa RTS 6,48 MPa Elab 17 091 MPa ν 0,28 mi 8,30 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas PARÁMETROS DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 10.- Modelo geológico-geotécnicoModelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas PARÁMETROS DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoDeterminación de parámetros del macizo rocoso con el Rocklab 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas PARÁMETROS DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoPara modelizar el efecto d l estratificación, se ha utilizado un modelo dP d li l f t de la t tifi ió h tili d d l de comportamiento transversalmente isotrópico. Los parámetros utilizados en todos los modelos realizados son: Módulo de Young longitudinal E1= 12 500 MPa Módulo de Young Transversal E2= 6 250 MPa Módulo de deformación cortante G1= 2 685 Mpa Índice de Poisson ν= 0,28 No se prevé que el estado tensional sea un factor influyente en la estabilidad, en todos los casos se ha utilizado una k0=1,0 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas PARÁMETROS DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao Los términos que definen el comportamiento de las juntas son 1.-Criterios de rotura Criterio de Mohr-Coulomb, para discontinuidades planas con relleno.σn : esfuerzo normal sobre el plano de discontinuidadc : cohesión τ = c + σ n tan φφ : ángulo de fricción o de rozamiento interno Criterio asignado a J1 y J2 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas PARÁMETROS DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao Criterio de Barton (1977), para juntas rugosas sin rellenoτ y σn son los esfuerzos tangencial y normal sobre la discontinuidad gφr es el ángulo de rozamiento residualJRC es el coeficiente de rugosidad de la discontinuidadJCS es la resistencia a compresión de la pared de la discontinuidad ⎛ ⎛ JCS ⎞ ⎞ tan ⎜ log⎜ τ = σ n t ⎜ φ r + JRC l ⎜ ⎟⎟ ⎟⎟ ⎝ ⎝ σ n ⎠⎠ Criterio asignado a la estratificación-laminación 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas PARÁMETROS DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 2.-Rigidez de corte tangencial y normalLa rigidez tangencial (ks): desplazamiento cortante necesario para alcanzar la resistencia de pico a corte. Bandis, p p p , propone la siguiente expresión: g p 100 ⎛ JCS ⎞ ks = σ n tg ⎜ JRC log ⎜ + φr ⎟ ⎟ L ⎝ σn ⎠ Siendo ks la rigidez de pico (MPa/m) y L la longitud de la junta (m).La rigidez normal (kn): deformación que se produce en dirección perpendicular a la junta cuando está sometida a una tensión de corte. Se estima un orden de magnitud 10 veces mayor que Ks. 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas PARÁMETROS DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao ESTIMACIÓN DE LA RIGIDEZ DE LAS JUNTAS Juntas J1 y J2 con relleno arcilloso Estratificación sin relleno Longitud L=10 m g Longitud L=10 m g Esfuerzo normal σn=0,1 MPa Esfuerzo normal σn=0,1 MPa Coeficiente de rugosidad JRC= 5 Coeficiente de rugosidad JRC= 3RCS pared discontinuidad JCS= 0,1 MPa RCS pared discontinuidad JCS= 30 MPa Angulo de rozamiento residual ør=12º Angulo de rozamiento residual ør=20º ks=0,2 MPa/m* , ks=0,5 MPa/m* , kn=2 MPa/m* kn=5 MPa/m* *Estimación inicial 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas ESTIMACIÓN DE LA RIGIDEZ DE LAS JUNTAS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoA B 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas ESTIMACIÓN DE LA RIGIDEZ DE LAS JUNTAS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoC D 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas ESTIMACIÓN DE LA RIGIDEZ DE LAS JUNTAS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 10 1 Caso A ) 0,1 ortante (m Caso B Kn=5 MPa/m iento co Kn=50 MPa/m 0,01 Kn=500 MPa/m Caso C eslizam Kn=5000 MPa/m 0,001 ,D Caso D 0,0001 0,00001 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas ESTIMACIÓN DE LA RIGIDEZ DE LAS JUNTAS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 1000 100 MPa/m) 10ks (M 1 0,1 1 10 100 1000 10000 Desplazamiento vertical (mm) 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas ESTIMACIÓN DE LA RIGIDEZ DE LAS JUNTAS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao Juntas J1 y J2 J J2: ks= 10 MPa/m kn= 100 MPa/m Estratificación/Laminación: ks= 2 MP / 25 MPa/m kn= 250 MPa/m 10.- Modelo geológico-geotécnicoModelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas ESTIMACIÓN DE LA RIGIDEZ DE LAS JUNTAS
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao MODELO DE CÁLCULOPASO 1 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas MODELO DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoPASO 2 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas MODELO DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoPASO 3 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas MODELO DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoPASO 4 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas MODELO DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoPASO 5 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas MODELO DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao Vertical Di l V ti l Displacement t 0,02 splacemen [m] nt 0,01 0 01 0 -0,01Vertical Dis -0,02 -0,03 -0,04V 0 5 10 15 20 25 30 35 Distance [m] Query 1 Avance Eje 1 - Avance exterior Query 1 Destroza exterior - Avance exterior Query 1 Destroza Eje 1 - Avance exterior 04/02/2008 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas MODELO DE CÁLCULO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao CONCLUSIONES DEL MODELO OBTENIDO La configuración estructural y la excavación del túnel origina unainestabilidad por rotura del pie del talud intermedio: pandeo por flexión de placas diaclasadas planas. El mecanismo consiste en la expulsión de bloques, rotando sobre una de susesquinas, y en la caída de los estratos situados por encima de la zona fracturada. Podría afectar a unos 16 m del talud según eje 1. 10.- Modelo geológico-geotécnico Modelo geotécnico de la “costilla” del talud entre calzadas CONCLUSIONES DEL MODELO OBTENIDO
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 11.-Criterios de cálculo y análisis de estabilidad Deslizamiento del bloqueC e osCriterios de cálculo cá cu o 1.- Sólido rígido que desliza por un plano. Hipótesis del equilibrio límite. 2.- Sólido rígido que desliza sobre dos planos. Hipótesis del equilibrio límite. 3.- Sólido compuesto por rebanadas. Se establece equilibrio de fuerzas y momentos. 11.- Criterios de cálculo y análisis de estabilidad Deslizamiento del bloque
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao Análisis de estabilidadRetroanálisis con Pendiente ladera/ talud Cohesión Angulo de Sostenimiento F.S. sostenimiento excavado (º) (kN/m2) rozamiento φ (º) efectivo (t) enero 08 ( p ) 30/40(aparente) 0 25 720t en aprox. 30 m p 0.9 11.- Criterios de cálculo y análisis de estabilidad Deslizamiento del bloque
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao Pendiente P di t Angulo d rozamiento A l de i t Retroanálisis Cohesión (kN/m2) F.S. ladera (º) φ (º)ladera natural 30 0 25 1.02 11.- Criterios de cálculo y análisis de estabilidad Deslizamiento del bloque
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de BilbaoMétodo 2: sólido que desliza sobre dos planos (Kobari & Fritz) ⎛ c1F 1 + c 2 F 2 ⎞ Rs, n = k1 **⎜1 − K 2 **⎟G + k 1 **k 2 **χRh ⎝ G ⎠ G Peso del macizo que puede deslizar (t/ml) F Longitud del plano de deslizamiento c Cohesión en la superficie de deslizamiento (t/m2) Rs,n N R Necesidad d anclaje id d de l j Rh Resultante de las fuerzas activas R en la dirección del eje h χ Factor de relación angular Los factores K1** y k2** conservan la forma deducida para el caso plano únicamente hay que sustituir φ por el valor aparente φ** 11.- Criterios de cálculo y análisis de estabilidad Deslizamiento del bloque
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao Estabilidad del talud entre calzadas - “costilla” Una vez analizado el mecanismo de rotura se realiza un cálculo analítico. Se han emplean datos obtenidos por elementos finitos. Para determinar un valor analítico representativo de la estabilidad se sigue una metodologíabasada en el cálculo del equilibrio de fuerzas que actúan sobre los bloques que intervienen. 11.- Criterios de cálculo y análisis de estabilidad Estabilidad del talud entre calzadas - “costilla”
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 0 ψ U A N.F. NF D1 1 W1 U1 E1 D2 2 B W2 C E2 U211.- Criterios de cálculo y análisis de estabilidadEstabilidad del talud entre calzadas - “costilla”
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao11.- Criterios de cálculo y análisis de estabilidadEstabilidad del talud entre calzadas - “costilla”
  • Análisis de estabilidad de la boquilla Este del túnel de Arraiz Variante Sur Metropolitana de Bilbao 12.-Conclusiones finales La instrumentación muestra el movimiento de un bloque de unos 46000 m3. El estado inicial de la ladera presenta un F.S. próximo a 1. Del cálculo numérico y analítico de la “costilla” se desprende que es fundamentalasegurar un espesor mínimo de estrato de 6 m e impedir la rotación de los bloques inestables. Los elementos de control indican que la inestabilidad de la “costilla” influye en el deslizamiento del bloque frontal. Esto es debido a que el movimiento de pandeo contribuye a liberar lateralmente el bloque bloque. 12.- Conclusiones finales