Estudio Geologico Getoecnico Tunel Bracons

7/23/2019 Estudio Geologico Getoecnico Tunel Bracons

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ESTUDIO GEOLGICO GEOTCNICO DEL TNEL DE BRACONSPgina 1 de 18

ESTUDIO GEOLGICO GEOTCNICO DEL TNEL DEBRACONS

Jos Miguel Galera Fernndez, (*)

David Aguado Nogueras, (*)

Juan Manuel Hurtado Sola (*)

Sergio Snchez, (*)

(*) Geocontrol, S.A.

El Tnel de Bracons forma parte del proyecto Nueva Carretera Vic-Olot, tramo

Torell-Tnel de Bracons-La Vall den Bas.

La longitud del tnel es de unos 4.200 m, y el espesor mximo de recubrimiento 550 m,

comunicando la comarca barcelonesa de Osona con la comarca de La Garrotxa, ya en

la provincia de Girona.

En la actualidad se ha finalizado el estudio geolgico-geotcnico, estando en fase de

redaccin el proyecto constructivo del tnel.

1.- GEOLOGA

El tnel atraviesa el antepas plegado del Pirineo Oriental, concretamente su estructura

ms meridional, el anticlinal de Bellmunt. De esta forma la traza recorre desde el

emboquille Sur formaciones sedimentarias cada vez ms antiguas, hasta alcanzar el

ncleo de la estructura anticlinal en el emboquille Norte.

El flanco del anticlinal queda constituido por cinco formaciones sedimentarias rocosas

con litologa muy variable que buzan en torno a 40 verticalizndose conforme se

acercan al ncleo de la estructura.


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1.1.- ESTRATIGRAFA

De Sur a Norte, las formaciones de edad eocena atravesadas por el tnel son:

- Formacin Puigsacalm medio (E5), compuesta por limolitas arenosas algobioturbadas y muy montonas, de coloracin griscea que se muestran

homogneas en cuanto al tamao de grano, grado de cementacin y fracturacin.

- Formacin Areniscas del Cubet(E4), que se puede dividir litolgicamente en 3

unidades principales, esto es, de base a techo: areniscas con niveles deconglomerados y microconglomerados (E41); areniscas de grano medo a grueso

estratificadas en bancos mtricos (E42) y areniscas finas bioturbadas con niveles

limolticos y margosos intercalados (E43).

- Formacin Bellmunt (E3), caracterizada por lutitas rojizas, areniscas eintercalaciones de conglomerados.

- Formacin Bracons (E2), se compone litolgicamente por areniscas grisceas con

intercalaciones margosas que se encuentran frecuentemente bioturbadas. El tramocon predominio areniscoso se denomina en el perfil como E2 a.

- Formacin Banyolas (E1), constituyen el ncleo del anticlinal de Bellmunt,caracterizndose litolgicamente como margas grises-azuladas con intercalaciones

limolticas. Presentan una fracturacin muy variable, desde niveles masivos, hasta

zonas con fuerte esquistosidad de plano axial en las inmediaciones del eje del

pliegue.

En la Figura N 1 se muestra el perfil geolgico del Tnel de Bracons.

1.2.- TECTNICA

La zona de estudio corresponde al dominio estructural de la cuenca del antepas del

Ebro, caracterizada por un conjunto de pliegues y cabalgamientos que afectan a la serie

sedimentaria de edad Eoceno medio y superior, depositada sintectnicamente en la

orogenia alpina.


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Figura N 1.- Perfil geolgico del Tnel de Bracons.


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La estructura ms meridional del antepas es el anticlinal de Bellmunt, con buzamientoen torno a los 40, llegndose a encontrar en los materiales del ncleo, las margas de

Banyolas, una incipiente esquistosidad subvertical, donde los planos de estratificacin

muestran superficies de deslizamiento capa a capa, relacionadas con el desarrollo del

anticlinal, y que deforman la esquistosidad axial. Los buzamientos de los flancos del

anticlinal se sitan prximos a N-S, indicando una compresin mxima horizontal

SH con direccin N-S, con situaciones de K0>1 en el Eoceno.

Posteriormente, ya en el Cuaternario, se desarrollan fallas normales con direcciones

N-S y hundimiento del bloque oriental que cortan la estructura anticlinal, manteniendoel esfuerzo horizontal mximo prximo a la direccin N-S, pero con situaciones de

K0


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En la Figura N 2 se muestra una mquina de sondeos Longear 44, empleada parala perforacin de los sondeos ms profundos.

Figura N 2.- Emplazamiento de la mquina de sondeos Longear 44, parasondeos de hasta 450 m de profundidad.

- Presio-dilatometra: en el interior de los sondeos se realizaron veintids ensayospresiomtricos y dilatomtricos, lo que permiti calcular el mdulo elstico

in situ del macizo rocoso para todas las formaciones y a diversas profundidades.


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- Registro snico de onda completa: la testificacin geofsica en sondeo mediantesonda snica de onda completa tiene por objeto determinar la distribucin de las

capas intersectadas por el sondeo a partir del estudio de las velocidades Vp y Vs

que las caracterizan.

A partir de estos valor se puede calcular el Coeficiente de Poisson y los mdulos

dinmicos del terreno investigado (Mdulo de Corte, Mdulo de Young y Mdulo

Volumtrico). Estos valores se han comparado con los mdulos estticos obtenidos

en los ensayos presio-dilatomtricos.

En las Fotografas N 3 y 4 se muestra un momento de la realizacin de lasdiagrafas; as como un ejemplo del registro obtenido.

- Ensayos de hidrofracturacin: dada la compleja historia tensional del macizo,descrita anteriormente, se estim necesario realizar ensayos de hidrofracturacin en

el sondeo de 453 m a distintas profundidades, para definir no solo la orientacin de

las tensiones principales, sino tambin su magnitud.

Fotografa N 3.- Introduccin de la sonda snica en uno de los sondeos.


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Fotografa N 4.- Registro snico de onda completa.El ensayo de hidrofracturacin consiste en introducir un sistema de doble

obturacin e inducir fracturas en el terreno, midindose la presin y caudal, a los

cuales tiene lugar dichas fracturas.

En las Fotografas N 5 y 6 se muestran un momento en la ejecucin de estosensayos.

En la Figura N 7 se puede observar un esquema del equipo de hidrofracturacin.

El ensayo asume que la tensin menor horizontal (Sh) se sita perpendicularmente

a las fracturas abiertas por la presin hidrulica (Psi). De este modo en el momento

que se abre la fractura:

Sh= Psi

Calculando la tensin mxima horizontal (SH), mediante la expresin:

SH= 3 Psi-Pr-Pp


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Fotografa N 5 y 6.-Un momento de la realizacin de los ensayos dehidrofracturacin.


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Figura N 7.- Esquema del ensayo de hidrofracturacin.

donde:

Pr= presin hidrulica

Pp= presin de poro en el macizo rocoso

Una vez calculada la magnitud de los esfuerzos se determina la orientacin de las

juntas con un packer de impresin orientado respecto al norte magntico.

El tensor de esfuerzos que afecta al macizo resulta ser:

Profundidad(m)

Sv(MPa)

Sh(MPa)

SH(MPa)

288,4 + 85,9 7,1 + 2,1 4,6 + 0,2 8,2 + 0,4

414,3 + 16,3 10,2 + 0,4 6,9 + 0,6 13 + 1,9


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Donde Sh y SH son el esfuerzo mnimo y mximo horizontal y Sv el esfuerzo verticalprincipal.

La direccin de esfuerzo mximo horizontal SH es de N 116 + 20.

En las Figura N 8 se muestra el registro grfico del ensayo realizado a 202, 5 m,mientras que en la Figura N 9 se muestra el resultado final donde se aprecia ladistribucin del estado tensional natural en el rango de profundidades comprendido

entre 150 y 450 MPa.

Figura N 8.- Registro del ensayo realizado a 202, 5 m de profundidad, donde seaprecia una presin de cierre (shut-in pressure) de 4,6 MPa.

- Sondeos elctricos verticales (SEV): los sondeos elctricos tienen por objetivoestudiar distribucin de los materiales del subsuelo en la vertical del punto de

medida, basndonos en la existencia de contrastes entre los valores de resistividad

caractersticos de las diversas capas del terreno.

Se realizaron cuatro S.E.V. con AB/2 entre 150 y 300 m, con los que se

complement la informacin estratigrfica obtenida en los sondeos mecnicos y se

detectaron zonas de falla, cubriendo una profundidad de investigacin de hasta

200 m.


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150

200

250

300

350

400

450

depth[m

]

0 5 10 15 20Pc, Pr, and Psi [MPa]

Pc

Pr

Sh

Sv

Figura N 9.- Perfil de tensiones naturales obtenido en el sondeo S-15+650.

- Ssmica de refraccin: la finalidad de las lneas ssmicas consiste en determinar elespesor del suelo, manto de alteracin y posicin del sustrato rocoso, mediante lavelocidad de propagacin de las ondas compresionales en estos medios.

Se han realizado un total de ocho lneas ssmicas de refraccin de 55 m de

longitud, en las zonas de emboquille, donde la velocidad de las ondas ssmicas es

un buen indicador de los espesores de los depsitos de recubrimiento que pueden

existir.

En la Figura N 10 se observa la realizacin de una lnea ssmica en el campo.


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Figura N 10.- Equipo utilizado para la ssmica de refraccin.

4.- ASPECTOS HIDROGEOLGICOS

El macizo rocoso estudiado presenta una cierta permeabilidad de tipo secundario a

favor de las fracturas. Como el patrn de fracturacin vara sustancialmente entre

distintas formaciones, pero se mantiene constante para una misma formacin, el

problema radica en conocer suficientemente las distintas permeabilidades y la posicin

del nivel fretico a lo largo del tnel.

En todos los sondeos perforados se instalaron piezmetros con lo que se pudieronmedir los niveles freticos y sus variaciones estacionales.


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Se han realizado diez ensayos tipo Lugeon, a profundidades comprendidas entre 38 y202 m, con lo que se ha podido estimar la permeabilidad en ciertos tramos para cada

formacin.

Mediante la comparacin de la fracturacin en los tramos indicados y la fracturacin

media de la formacin (registrada en la testificacin), y cotejando los resultados con los

valores de permeabilidad obtenidos en los ensayo de hidrofracturacin se ha estimado

la permeabilidad media para cada formacin, como se muestra en el Cuadro 4.1.

Conociendo la permeabilidad y la posicin del nivel fretico se estim la infiltracin deagua en cada tramo del tnel, utilizando el mtodo de Goodman.

FORMACIN LITOLOGAPERMEABILIDAD

ESTIMADA (K)(m/s)

E1 MARGAS DE BAOLAS 7.10-8

E2ARENISCAS Y

MARGAS8.10-7

E3CONGLOMERADOS,

ARENISCAS Y LUTITAS9.10-7

E4 ARENISCAS 5.10-7

E5 LIMOLITAS 3.10-7

Cuadro 4.1.- Permeabilidad estimada de las formaciones presentes.

5.- CARACTERIZACIN DEL MACIZO ROCOSO

En el Tnel de Bracons se han diferenciado seis litotipos correspondientes a la

diferentes formaciones que aparecen.

Para caracterizar mecnicamente estos materiales se ha partido de los resultados de los

ensayos de laboratorio, con los cuales se han ajustado las envolventes de rotura con los

criterios de Mohr-Coulomb y de Hoek-Brown, para la roca intacta.

El nmero de ensayos realizados, sobre cada formacin se recoge en el Cuadro 5.I.


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FORMACIN COMPRESINSIMPLE

COMPRESINTRIAXIAL

BRASILEO

E1, Margas de Banyoles 6 4 8

E2, Formacin Bracons 10 6 6

E3, Conglomerados deBellmunt

8 9 6

E4, Areniscas de Cubet 4 5 2

E5, Puigsacalm medio,

limolitas42 13 10

Cuadro 5.I.- Ensayos realizados.

A partir de los resultados obtenidos en estos ensayos, se realiz una regresin lineal

sobre los valores de ? 1 y ? 3 obtenidos que proporcion los valores de los parmetrosgeomecnicos que se exponen en el Cuadro 5.II. As mismo, en las Figuras N 9 y10

se incluyen grficamente en el plano ? 1 - ? 3 y , los resultados de los ajustes realizados

para los litotipos de margas y lutitas, donde r2 es un valor entre 0 y 1 que expresa labondad del ajuste y mi un parmetro dependiente de la litologa que permitir

caracterizar el macizo rocoso.

Los valores a nivel de roca intacta anteriormente expuestos se han minorado a nivel del

macizo rocoso a travs del ndice RMR.

HOEK-BROWN MOHR-COULOMBLITOTIPO

mi ? ce (MPa) r2 ci (Mpa) ?i() ? c

e (MPa) r2

E1 MARGAS 6,59 26,47 0,68 5,93 39,59 25,19 0,81

E2 LUTITAS Y

ARENISCAS6,44 43,84 0,73 10,15 38,18 41,8 0,85

E3 LUTITAS 8,07 16,12 0,75 4,29 35,13 16,54 0,81

E3 ARENISCAS 7 75,0 0,78 15,03 44,62 71,91 0,84

E4 ARENISCAS 20,73 59,69 0,56 9,01 55,04 57,23 0,53

E5 LIMOLITAS 7,3 45,77 0,43 9,62 43,08 44,34 0,61

Cuadro 5.II.- Caracterizacin geomecnica a nivel de roca intacta.


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Figura N 11.- Ajuste realizado sobre las margas.


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Figura N 12.- Ajuste realizado sobre las lutitas.


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6.- CONCLUSIONES

Los trabajos realizados han permitido conocer razonablemente el perfil geolgico y las

caractersticas mecnicas, resistentes y deformacionales de los terrenos que se

atravesarn durante la excavacin del Tnel de Bracons.

Se ha realizado un especial hincapi en la determinacin del estado tensional natural

existente en el macizo rocoso, ya que el tnel se encuentra situado en un rea de

compleja historia geotectnica.

Los resultados obtenidos permiten dimensionar los sostenimientos ms indicados para

las condiciones y terrenos que se encontrarn durante la construccin del tnel.

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