FACULTAD DE INGENIERIA, CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAESCUELA DE INGENIERIA CIVILGEOLOGIATEMA DEL ENSAYO: DISCONTINUIDADES Y COMPORTAMIENTO DE ROCAS EN TUNELESNOMBRE: NARANJO QUISHPE JOHNCURSO: 03PARALELO: 01FECHA DE ENTREGA: 2014 / DIC / 15

INTRODUCCINTneles, estructuras de gran tamao as como tambin de gran ingenio que sirven primordialmente para satisfacer las necesidades del hombre y brindar solucin a uno de los obstculos naturales ms grandes de la historia.La importancia de estos tneles es conocida a nivel mundial y ha resultado de gran lite, ya que ha trascendido de generacin en generacin, buscando cada vez ms una mejora a la anterior, tanto en el aspecto de rendimiento as como tambin en seguridad.Resulta increble cundo analizamos y observamos las dimensiones, capacidad, composicin mineralgica y utilidad de estas grandes estructuras, y sobretodo porque, por mas similar que parezca uno de otro, su realizacin tuvo un proceso distinto en cada uno ellos.Entre los usos ms frecuentes pueden enumerarse los tneles para vehculos, para redes de ferrocarril o metros, para uso peatonal, para abastecimiento de agua, saneamiento, galeras de servicio y para almacenamiento de residuos. Si bien un tnel se caracteriza por su marcado carcter lineal, en este ensayo lo consideraremos en toda su extensin, en un sentido amplio, no slo como obra lineal sino como espacio subterrneo que incluye desde la caverna, la cueva natural hasta amplios recintos subterrneos transitables, as como tambin todo su estudio en realizacin y composicin mineralgica.

Pero, Qu se esconde tras el trabajo finalizado de estos tneles? Cul es su anlisis para un trabajo impecable? Y finalmente Cmo interactuar de manera correcta con los minerales naturales, macizos rocosos y discontinuidades en cada uno de los tneles creados a travs de la historia?Como primera instancia de mi tema de ensayo, remontaremos desde la antigedad de la humanidad, buscando respuestas a cuales fueron los primeros ideales en realizacin y tratamiento de los tneles con respecto al lugar o ambiente en el que fue hecho, y como han ido evolucionando o mantenindose hasta la actualidad.Y como primer objetivo fundamental, nos enfocaremos en el estudio estricto de las discontinuidades y comportamiento de las rocas, que son una superficie marcada por modificaciones radicales de las propiedades fsicas en el interior de la Tierra al interrumpirse las primeras capas concntricas que las componen.

CUERPO O EXPOSICIN

Los tneles arrancan de la necesidad de superar un obstculo natural, generalmente un macizo montaoso. Pero, adems de la montaa existen otras barreras que se pueden salvar mediante tneles como los cursos de agua, fluviales o marinos, y las zonas urbanas densamente edificadas en las que a menudo se incorporan tneles. En las realizaciones de los primeros tneles, al parecer no tenan conocimientos acerca de componentes mineralgicos que estos posean y por ende tampoco tomaban las precauciones del caso, segn relata la historia el primer mtodo de perforacin de galeras mineras y, con posterioridad, de tneles es la tcnica del fuego, consistente en provocar un incendio en el frente de ataque para luego sofocarlo bruscamente con agua fra produciendo un brusco gradiente trmico que da lugar al resquebrajamiento de la roca; pero esta tcnica tambin provoca, una atmsfera viciada, irrespirable, generando gases a menudo venenosos, convirtiendo el trabajo del minero en una trampa mortal. El primer tnel de la historia fue en Babilonia tras una leyenda a 2200 aos a.C. A este formidable trabajo se refieren los historiadores q se trataba de un falso tnel, por cuanto no se perfor en galera sino mediante zanja a cielo abierto y posteriormente recubierta, para lo cual se desviaron las aguas del ufrates aprovechando el perodo de estiaje. El siguiente tnel construido bajo el cauce de un ro se perfor cuatro mil aos despus de aquel de Babilonia, obra de los Brunel padre e hijo quienes tras veinte aos de lucha denodada y arrojo lograron dominar las furiosas aguas del ro Tmesis que se resista a ver perforado su lecho. (http://www.etcg.upc.edu/asg/TiMR/01Historia.pdf)

Otro de los principales artculos que podemos citar es acerca de los tneles de Mxico. En el cual los tneles fueron utilizados como principal importancia fluvial.Tneles, opcin para mitigar riesgo de inundaciones en el Valle de MxicoPara mitigar los riesgos de inundaciones en el Valle de Mxico, resultado de la insuficiencia en la capacidad de desalojo pluvial y de que las lluvias son cada vez ms abundantes, la Comisin Nacional del Agua (Conagua) construye seis tneles que complementarn al sistema de drenaje actual, inform scar Hernndez Lpez, Subdirector General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento, de la dependencia.Explic que actualmente se opera un sistema de drenaje profundo con una longitud aproximada de 164 kilmetros, constituidos por los tneles Ro de la Compaa, Emisor central e interceptores Poniente, CentroPoniente, Central, CentroCentro, Oriente, OrienteSur, OrienteOriente y Ro de los Remedios, los cuales tienen dimetros de 6.5, 5 y 4 metros.Otra de las obras de drenaje que proyecta la Conagua es el Tnel Ro de la CompaaDren General del Valle, el cual recibir agua de los municipios de Ixtapaluca, Los Reyes La Paz, Chimalhuacn, Nezahualcyotl y Ecatepec, para descargarlos en la lumbrera L-5 del Tnel Emisor Oriente. De acuerdo con los proyectos, ser capaz de conducir hasta 168 metros cbicos de agua por segundo, tendr un dimetro de 7 metros, una longitud de 12 kilmetros y profundidades de entre 20 y 49 metros. ( http://mundoaguaysaneamiento.net/noticias-nacionales/tuneles-opcion-para-mitigar-riesgo-de-inundaciones-en-el-valle-de-mexico-conagua/ )Discontinuidades estratigrficasMuchas veces nos hemos puesto a pensar en la edad que debe tener la tierra y como ella ha ido evolucionando a travs del tiempo, sobretodo cuando observamos estratos rocosos que se han ido depositando sin interrupcin, decimos o pensamos que son concordantes. Zonas concretas exhiben estratos concordantes que representan ciertos lapsos de tiempo geolgico. Sin embargo, ningn lugar de la Tierra tiene un conjunto completo de estratos concordantes.A todo lo largo de la historia de la Tierra, el depsito de sedimentos se ha interrumpido una y otra vez por causas naturales y en la actualidad por causas provocadas por el hombre. Todas esas rupturas son conocidas como discontinuidades estratigrficas. Una discontinuidad estratigrfica representa un largo perodo durante el cual se interrumpi la sedimentacin, la erosin elimin las rocas previamente formadas y luego continu el depsito. En cada caso, el levantamiento y la erosin fueron seguidos de subsidencia y nueva sedimentacin. Las discontinuidades estratigrficas son rasgos importantes porque representen acontecimientos geolgicos significativos de la historia de la Tierra. Adems, su reconocimiento nos ayuda a identificar qu intervalos de tiempo no estn representados por los estratos y, por tanto, no aparecen en el registro geolgico.Como ejemplo de una de las grandes discontinuidades estratigrficas son las rocas expuestas en el Gran Can del Ro Colorado, las cuales representan un intervalo enorme de historia geolgica. Es un lugar grandioso para hacernos una idea de un fabuloso viaje a travs del tiempo. (Dejo como anexo una imagen al final del ensayo).La coloracin de los estratos del can registran una larga historia de sedimentacin en una diversidad de ambientes: mares, ros, llanuras y dunas de arena. Pero el registro no es continuo. Las discontinuidades estratigrficas representan enormes cantidades de tiempo que no se han registrado en las capas del can. Entre los tipos de discontinuidades contamos o podemos mencionar tres tipos: Discorulancia angular, Paraconformidad, Inconformidad.Discorulancia angular: Consiste en rocas sedimentarias inclinadas o plegadas sobre las que reposan estratos ms planos y jvenes. Una discordancia angular indica que, durante la pausa en la sedimentacin, se produjo un perodo de deformacin (pliegue o inclinacin) y erosin.Paraconformidad: Estas son ms comunes, pero normalmente son bastante menos claras, porque los estratos situados a ambos lados son en esencia paralelos. Muchas paraconformidades son difciles de identificar porque las rocas situadas por encima y por debajo son similares y hay pocas pruebas de erosin. Dicha ruptura a menudo se parece a un plano de estratificacin ordinario. Otras paraconformidades son ms fciles de identificar porque la superficie de erosin antigua corta profundamente en las rocas inferiores ms antiguas (disconformidad).Inconformidad: Aqu la ruptura separa rocas gneas, metamrficas ms antiguas de los estratos sedimentarios ms jvenes. Exactamente igual que las discordancias y las paraconformidades implican movimientos de la corteza, tambin las inconformidades. Las masas gneas y las rocas metamrficas se originan bastante por debajo de la superficie. Por tanto, para que se desarrolle una inconformidad, debe haber un perodo de elevacin y erosin de las rocas suprayacentes. Una vez expuestas en la superficie, las rocas gneas o metamrficas son sometidas a meteorizacin y erosin antes de la subsidencia y de la reanudacin de la sedimentacin.La deformacin de las rocas, ya sea por ruptura plegamiento da lugar a un cambio de forma y volumen en al estructura original de stas, en muchos casos la evidencia de estos procesos de deformacin estn evidenciados en las estructuras que se forman justo despus de la gnesis de dichas rocas, procesos que alteran la dimensin original de la roca que dentro de la roca de un contexto frgil se manifiesta por medio de discontinuidades.Discontinuidades En TnelesAplicacin de la mecnica de rocas en el diseo de tneles.Para el diseo de un tnel, lo primero que se debe realizar es un estudio Geolgico y Geotcnico del sector donde se lo proyecta, en este sentido la mecnica de rocas tiene un principio fundamental para su respectiva clasificacin del macizo rocoso e incluso estableciendo un pre diseo con los elementos necesarios para el sostenimiento y firmeza del tnel en funcin a la altura de carga despus de la excavacin.En los tneles y taludes rocosos, los mecanismos de inestabilidad son controlados por un grado de alteracin y por las anisotropas existentes en el macizo, tales como la estratificacin, juntas, fallas, cuya relacin con los mecanismos de inestabilidad es regida por distintos factores:

- Distribucin espacial de las discontinuidades, relacin entre su posicin, tanto rumbo como buzamiento con la direccin del tnel.- Presencia y naturaleza de los materiales de relleno de las discontinuidades.- Rotura y movimientos anteriores. Entre otros.Existen muchos mtodos tiles para poder clasificar un macizo rocoso, entre ellos se puede escoger algunos mtodos desarrollados por distintos autores como son: Clasificacin de Barton, basndose fundamentalmente en la estabilidad de excavaciones subterrneas.El ndice de valor numrico Q, la cual se define por ( RQD / JN ) ( JR / JA ) ( Jw / SRF ), esta clasificacin utiliza seis parmetros para definir la clase del macizo:1.- RQD, ndice de calidad de la roca.2.- Jn, ndice del nmero de familias de fracturas.3.- Jr, ndice de rugosidades en las fracturas.4.- Ja, ndice de alteracin de las paredes de las fracturas.5.- Jw, ndice del caudal afluente.6.- SRF, ndice del estado de tensin del macizo.El Rock Mass Ratting (RMR), realiza una evaluacin de calidad a los macizos rocosos, mediante 5 parmetros:1.- Resistencia a la compresin de la roca alterada.2.- RQD, ndice de calidad de la roca (Deere y Miller).3.- Espaciamiento de las discontinuidades, es decir las fallas, planos de estratificacin y otros planos de debilidad.4.- Condiciones fsicas y geomtricas de las discontinuidades. (Tomando en cuenta la separacin o abertura de las fisuras, su continuidad, la rugosidad de su superficie, el estado de las paredes y la presencia de relleno en las discontinuidades)5.- Presencia de agua subterrnea, en el cual se intenta medir la influencia del flujo de las aguas subterrneas sobre la estabilidad de las excavaciones en funcin del caudal que penetra en la excavacin, y de la relacin entre la presin del agua en las discontinuidades y el esfuerzo principal

Al perforar un tnel se puede encontrar tres tipos de condiciones naturales que dan lugar a la prdida de resistencia del macizo y, por tanto, a problemas de estabilidad:- Orientacin desfavorable de discontinuidades.- Orientacin desfavorable de las tensiones con respecto al eje del tnel.- Flujo de agua hacia el interior de la excavacin a favor de fracturas, acuferos o rocas carstificadas.La mayora de los problemas de estabilidad se deben a la interseccin de la seccin del tnel de la parte seccionada del tnel con los planos de discontinuidad, para los cuales se distinguen las siguientes:- Discontinuidades de tipo sistemtico. (Presentes en casi todas las rocas)- Discontinuidades de tipo singular. (Fallas)El estudio de estas fallas y discontinuidades singulares es uno de los aspectos geolgicos ms importantes en un tnel, y en el cual se requiere conocer la estructura tectnica regional y local, adems de su cartografa geolgica y anlisis estructural.Los mtodos de excavacin en los tneles se pueden dar mediante la perforacin y voladura, y dependen fundamentalmente en primer lugar, del tipo de terreno a atravesar. De este modo cabe destacar por separado la excavacin de tneles en roca y la excavacin de tneles en suelos o terrenos blandos, y donde ay que tomar muy en cuenta los siguientes aspectos.

Replanteo en el frente del esquema de tiro. Perforacin de los taladros. Carga de los taladros con explosivo (barrenos). Voladura y ventilacin. Retirada del escombro y saneo del frente, bveda y hastiales.

El esquema de tiro es la disposicin en el frente del tnel de los taladros que se van a perforar, la carga de explosivo que se va a introducir en cada uno y el orden en que se va a hacer detonar cada barreno, posteriormente, a lo largo de la excavacin del tnel, se va ajustando en funcin de los resultados obtenidos en cada voladura.Lavoladura de la destrozaconbarrenos horizontales, tiene la ventaja de que se utiliza el mismo sistema de trabajo y maquinaria que la fase de avance, pudiendo recortarse con la voladura la forma terica del tnel. Por otro lado, la voladura en banco es ms rpida de llevarse a cabo, con un consumo menor de explosivo, y no necesita ser retirado el escombro en cada voladura, pero requiere de un recorte posterior para conseguir el perfil del tnel en loshastiales.

Para la perforacin y voladura, la seccin terica del tnel se divide en zonas, en las que las exigencias, tanto de densidad de perforacin, como de carga especfica de explosivo y secuencia de encendido son distintas. Estas zonas son: Cuele Contracuele Destroza Zapateras ContornoExisten dos tcnicas de efectuar los tiros perimetrales: el recorte y el precorte. El recorte, que es la tcnica ms empleada, consiste en perforar un nmero importante de taladros paralelos al eje del tnel en el contorno, a la distancia conveniente, por lo general entre 45 cm y 100 cm y con una concentracin de explosivo pequea o incluso nula. En la secuencia de encendido son los ltimos barrenos en detonar. Por otro lado, la tcnica del precorte se perfora un mayor nmero de taladros perimetrales y paralelos entre s unas distancias entre 25 cm y 50 cm. Esta tcnica exige una perforacin muy precisa que asegure un buen paralelismo y una homognea separacin entre los taladros. En la secuencia de encendido, son los primeros en detonar, con lo que se crea una fisura perimetral que asla y protege la roca de las vibraciones del resto de la voladura. La tcnica del precorte, por su esmerada ejecucin y costo elevado, es de uso poco frecuente en tneles, excepto en casos muy especiales.CONCLUSIN

Para la construccin de tneles ay que tomar en cuenta todos los aspectos ya mencionados, para obtener un mejor rendimiento y por ende una mayor resistencia del mismo.Hacer todos los estudios pertinentes y estrictos del terreno o ladera a construir el tnel, sobretodo tomando mucho en cuenta el comportamiento de las rocas, las excavaciones y principalmente su estructura geogrfica, y posterior a ello realizar el mtodo de mayor conveniencia.

BIBLIOGRAFIA"Ciencias de la Tierra 8 EdicionUna Introduccin a la Geologa Fsica.Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens". http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2004/bmfcis718c/doc/bmfcis718c.pdfhttp://www.arghys.com/contenidos/mecanica-tuneles.html

ANEXOS