Aplicaciones de la geología en las construcciones de ingeniería.

Este artículo arroja luz sobre las seis aplicaciones principales de la geología en la construcción de ingeniería.

1. Piedras de construcción:

Hay varios tipos de rocas que deben ser vestidas y trabajadas para dar forma a su utilización en las construcciones. Ciertas propiedades geológicas y físicas deben satisfacerse para una buena piedra de construcción. La durabilidad, la facilidad de transporte y una apariencia agradable además de la facilidad del proceso de extracción son algunas de las propiedades importantes requeridas para la construcción de piedras.

Es necesario conocer la composición mineral de la piedra de construcción para determinar su idoneidad y durabilidad. Ciertos minerales como el chert, la pirita y el alto contenido de mica son dañinos y dañinos, y deben evitarse las rocas que los contienen. La presencia de minerales como la pirita, que se oxida fácilmente y produce manchas antiestéticas, hace que las rocas sean indeseables. Las rocas de grano grueso son más débiles que las rocas de grano fino.

Para que una piedra sea duradera, debe conservar su tamaño, resistencia y apariencia originales durante períodos muy largos. Estos son posibles solo cuando las piedras tienen la capacidad de resistir la acción de la atmósfera y las lluvias. Otras propiedades para trabajos de construcción y otras propiedades para piedras de construcción buenas son la resistencia al aplastamiento, la resistencia al fuego, la absorción, etc.

Las rocas de uso general para edificios y otras construcciones son granito y otras rocas ígneas relacionadas y piedra caliza, mármol, pizarra, arenisca. Entre las rocas metamórficas ígneas e ígneas, las rocas de uso general son los granitos y los gneises.

Granitos, debido a su textura granular, color agradable y propiedades favorables como alta resistencia a la compresión y baja absorción se utilizan sobre todo. Los granitos se pueden extraer fácilmente ya que tienen ciertas juntas bien desarrolladas y planos divisionales. Para el camino basaltos de metal y doleritas son adecuados. Sin embargo, estos no suelen ser los preferidos para trabajos de construcción, ya que son de color oscuro o opaco.

Piedras de arena y cuarcitas se encuentran abundantemente y se utilizan para trabajos de construcción. Las cuarcitas, debido a su extrema dureza, dificultan el trabajo y pueden no ser preferibles en la mampostería. Las calizas, que se extraen fácilmente, se utilizan principalmente para trabajos de construcción. Son ligeros y están disponibles en colores agradables. Los mármoles son los más utilizados para el trabajo decorativo en edificios.

La pizarra, que es una roca metamórfica, se puede dividir uniformemente en capas delgadas y se usa para techos y pavimentos en edificios. Laterita, una roca duradera se utiliza como piedra de construcción. También se utiliza como metal de carretera, especialmente en países tropicales como India. Con el uso generalizado de concreto de cemento en edificios y otras construcciones, las rocas se trituran hasta obtener agregados de tamaño pequeño y se usan para hacer concreto de cemento.

Para los agregados para la fabricación de granitos de hormigón, se utilizan principalmente cuarcitas y basalto. En la actualidad, los edificios de hormigón y paredes de hormigón armado a veces se enfrentan con piedras para presentar un aspecto atractivo y también para servir como una capa protectora contra el agua de lluvia y los gases atmosféricos.

Las piedras naturales presentan gran esplendor y belleza a los edificios. Además de esto, el mantenimiento y el mantenimiento de las estructuras de piedra no es difícil y, en consecuencia, los granitos y las calizas se utilizan ampliamente como piedras de revestimiento.

Piedras de construcción de la India:

La mayoría de los templos y edificios públicos en el sur de la India fueron construidos con granitos y gneises disponibles en las rocas arqueas más antiguas de la India. Una variedad de granito llamada charnockita es una piedra de construcción excelente que se utiliza en la construcción de las siete pagodas en Mahabalipuram cerca de Chennai. Las areniscas vindhyan y también las areniscas de otras formaciones más antiguas se usan mucho como buenas piedras de construcción en la India.

Las areniscas vindhyan se usaron en las construcciones de grandes estructuras como las estupas budistas de Saranath, Barhut, Sanchi, la ciudad del emperador Akbar de Fatehpur Sikri cerca de Agra y los famosos edificios mogoles en Agra y Delhi, los edificios de Loksabha, Rashtrapati Bhavan y administrativos Edificios de oficinas del Gobierno de la India en Nueva Delhi. Las areniscas vindhyan se utilizan para pisos, techos, postes de telégrafo, marcos de ventanas, etc.

Las areniscas de Athgarh de las rocas de Gondwana superior en Orissa son una variedad de gran belleza y durabilidad. Estas areniscas se usaron en las construcciones de los templos célebres de Puri-Jagannath, Bhubaneswar, Konark y las cuevas budistas en Kandagiri y Udayagiri. Las areniscas de Tirupathi de Andhra Pradesh y las areniscas de Sathyavedu de Tamil Nadu se usan en edificios y estas areniscas también se obtienen de las formaciones de Gowanda.

Calizas se encuentran en muchos lugares en la India. Estos sirven de excelente construcción y piedras ornamentales. El prestigioso Taj Mahal fue construido con los mármoles de Makrana de Archaen Dharwars. Calizas de buena calidad se encuentran en los distritos de Guntur y Kurnool en Andhra Pradesh.

Las famosas losas de cadappa utilizadas como adoquines, mesas, escalones y vallas provienen de la cantera de piedra caliza en Andhra Pradesh, cerca de Yerraguntha (distrito de Cadappa) y Betamcherla (distrito de Kurnool). Tienen un buen pulido y se pueden dividir en placas de 12 mm o más de espesor hasta 1, 25 m de tamaño.

Maharashtra, Madhya Pradesh, la costa oeste de Malabar y otros lugares son conocidos por la aparición de lateritas de buena calidad. Es una piedra de construcción duradera. Se puede cortar en bloques cuando se extrae una cantera. Se endurece en las exposiciones al aire. Debido a su abundante presencia también se utiliza como metal de carretera.

Las pizarras se extraen cerca de Dharmsala en el distrito de Kangra, Kund en el distrito de Gurgaon, Monghyr en Bihar y Markapur en la frontera de Nellore-Kurnool.

Extracción de piedras:

Se siguen dos tipos distintos de canteras. En un tipo de cantera, el objeto es obtener piedras en forma de bloques grandes y sin romper. En el otro tipo, el objetivo es obtener formas ásperas y irregulares de piedras destinadas a áridos de concreto, metal para carreteras y diversos procesos de fabricación.

Los métodos de extracción dependen de la estructura, división, dureza, composición y otras propiedades físicas, así como de la posición y el carácter de los depósitos.

Un principio básico en la explotación de canteras es que la cara de trabajo de la cantera debe planearse de tal manera que la roca separada se deslice y se deslice hacia delante principalmente debido a su propio peso. Puede que no esté justificado iniciar el trabajo de desarrollo de un depósito antes de que tengamos la seguridad de la disponibilidad de la roca en la calidad deseada y en una cantidad abundante digna de ser explotada de manera rentable.

Como acantilado o acantilado a lo largo de un barranco o riachuelo puede servir como un indicador valioso para comprender la sección transversal en varios niveles y también permite pruebas de calidad en diferentes niveles. En situaciones donde tales condiciones no existen en el sitio, puede ser conveniente taladrar agujeros de prueba a intervalos para recopilar datos de la calidad de la roca.

La calidad y las propiedades de la roca a extraer depende de su utilización. Por ejemplo, la composición química de la roca es una consideración importante para ser utilizada como flujo de horno, en cal o cemento. Las propiedades físicas son más importantes cuando las rocas están diseñadas para hacer piedras de construcción o piedras de dimensión que propiedades químicas. (Las piedras de dimensión se refieren a las masas de piedra requeridas en forma de bloques de formas y tamaños específicos).

Los métodos de extracción dependen de las características geológicas. Hay tres métodos importantes de extracción, a saber. Método de enchufe y pluma. Método explosivo o de voladura y canalización por maquinaria.

El método del tapón y la pluma en cuñas y cortes se realiza en la extracción de arenisca. El método explosivo o de voladura se utiliza para la extracción de piedra triturada. El método es perforar, explotar con explosivos y extraer el material. El método de canalización por maquinaria se utiliza para la extracción de piedra caliza.

2. Suministro de agua:

Las fuentes de suministro de agua son (i) aguas superficiales de ríos y reservorios de almacenamiento (ii) aguas subterráneas de pozos, perforaciones profundas y pozos artesianos. Cuando la lluvia cae sobre la tierra, se dispersa en parte por la fuga de la superficie y en parte por la percolación en el suelo. En tierras bajas y templadas húmedas, se estima que un tercio de la lluvia acumulada constituye la escorrentía, un tercio se hunde en el suelo y el equilibrio se pierde por evaporación.

Fuentes de agua subterránea:

El agua subsuperficial se deriva de varias fuentes. En parte, el agua subterránea es una contribución directa de la actividad magmática o volcánica. En el proceso de cristalización, se excluye el agua que se mueve hacia la roca adyacente para formar parte del suministro subterráneo. Dicha agua excluida en la cristalización de rocas ígneas se denomina agua juvenil o agua magmática. (Muchos depósitos de mineral y vetas minerales han sido hechos por agua juvenil).

Bajo los mares, los sedimentos depositados retienen un poco de agua en los intersticios. Después de que se depositen algunos sedimentos impermeables, parte de esta agua puede ser encarcelada y retenida en los sedimentos, hasta que es extraída. El agua tan atrapada en los sedimentos en el momento de su deposición se llama agua connada. El agua salada encontrada localmente en algunos pozos interiores es agua connada.

La principal fuente de agua subterránea es una porción de la precipitación que se hunde en el suelo. Esta porción importante del agua subterránea se llama agua meteórica.

Los suministros de agua provenientes de fuentes superficiales incluyen no solo el agua obtenida localmente de ríos y lagos, sino también de embalses embalsados, en su mayoría situados a cierta distancia del área a suministrar. Por lo tanto, una ciudad que se encuentra cerca de un gran río a menudo utiliza el agua de esa fuente. El agua se filtra y, si es necesario, se purifica química y bacteriológicamente antes de usarla.

Las fuentes fluviales pueden ser fácilmente accesibles y, a menudo, menos costosas de obtener que los suministros de pozos que pueden implicar costosos programas de perforación. Por el contrario, el costo de purificar el agua del río antes de su suministro público es mayor que los gastos del tratamiento del agua de pozo.

Los lagos y los ríos eran el lugar más fácil para obtener agua. Sin embargo, incluso en la civilización más antigua es bien sabido que existió la necesidad de perforar pozos para extraer agua del subsuelo. Los espacios de poros de las rocas retienen el agua. En las areniscas no cementadas, los poros forman del 20 al 25 por ciento de la roca.

En las lutitas la porosidad puede ser aún mayor. Sin embargo, es posible obtener agua solo de las rocas que poseen una permeabilidad considerable además de la porosidad. Estas rocas de reservorio se llaman acuíferos. Los acuíferos consisten principalmente en areniscas. Algunas piedras calizas y otras rocas también contienen agua en las fracturas. Es probable que las tasas de movimiento del agua sean altas a lo largo de las zonas de fallas y juntas.

3. Tabla de agua:

El nivel freático es una de las características más importantes relacionadas con el estudio de las aguas subterráneas. El nivel freático es el nivel por debajo del cual el suelo está completamente saturado con agua y por encima del cual los espacios de poros de las rocas contienen algo de agua y también aire. El nivel freático se eleva bajo las colinas y cae hacia lagos y arroyos.

La figura 18.1 muestra la relación típica entre el nivel freático y la topografía. El nivel freático obviamente estará al nivel de los ríos y lagos en sus márgenes. La profundidad desde la superficie del suelo hasta el nivel freático depende en gran medida del tipo de roca y del clima. En regiones húmedas, el suelo saturado puede alcanzarse a unos pocos metros de profundidad por debajo de la superficie.

El nivel freático en los pantanos se encuentra en o un poco por encima de la superficie terrestre. Por el contrario, en los desiertos, el nivel freático puede estar a cientos de metros por debajo del nivel del suelo. En general, todas las rocas debajo del nivel freático se saturan con agua hasta que se alcanza un nivel hacia abajo, en el cual la alta presión debida al peso de la sobrecarga disminuye el espacio de los poros casi a cero. Hay algunos casos de estratos impermeables que pueden contener un poco de agua a una profundidad más alta que el nivel freático normal del área.

Pueden existir algunas situaciones en las que los estratos impermeables pueden contener un cuerpo de agua a un nivel más alto que el nivel de la capa freática normal. En tales casos, como se muestra en la Fig. 18.2, es evidente que se puede penetrar la parte superior del agua perforando un pozo, mientras que el suelo subyacente puede estar prácticamente seco.

Las condiciones del nivel freático pueden variar en muchas áreas debido a la alternancia de capas permeables e impermeables, líneas de pliegue y fallas. Las capas impermeables pueden obstruir el flujo de agua subterránea y aislar los horizontes que contienen agua, por lo que cada grupo de capas permeables puede tener su propia capa freática independiente. Los cultivos de estas capas generalmente son responsables de las líneas de manantiales intermitentes a lo largo de una ladera como en la Fig. 18.3.

4. Pozos artesianos:

En ciertos lugares, el agua subterránea se mantiene en una zona permeable por rocas impermeables en dos lados. El agua así contenida es agua confinada y la zona permeable se llama acuífero. Este agua de confinamiento generalmente está bajo presión y, por lo tanto, se elevará en un pozo que la golpea. Tal agua confinada bajo presión se llama agua artesiana. Un pozo en el que el agua sube por encima del nivel del agua adyacente se llama pozo artesiano.

Las condiciones siguientes son necesarias para el flujo artesiano:

(i) Una zona o lecho permeable, es decir, un acuífero.

(ii) Rocas relativamente impermeables arriba y abajo para confinar el agua en el acuífero.

(iii) Inmersión adecuada del acuífero para proporcionar un gradiente hidráulico.

(iv) Un área de admisión tal que el acuífero se pueda cargar con agua.

Estas condiciones se muestran en la Fig. 18.4. La capa de roca impermeable por encima y por debajo del acuífero es necesaria para asegurar la pérdida de la cabeza. La pendiente de los lechos proporciona un gradiente hidráulico que se extiende desde el nivel de saturación hacia abajo de la inclinación de la estructura en la medida en que la estructura continúa. Las aguas artesianas se encuentran más comúnmente en capas de arenisca permeables cubiertas por lutitas impermeables u otros tipos en una serie de rocas sedimentarias.

Cuando el agua se bombea continuamente desde un pozo, la velocidad de descarga a través de las rocas es generalmente mucho menor que la velocidad de bombeo y el flujo a través de las rocas será insuficiente para mantener la cabeza original y, en consecuencia, el nivel freático se deprime alrededor del pozo que conduce a Una mesa de agua cónica deprimida llamada cono de depresión o cono de agotamiento. Un pozo profundo desde el cual se bombea una gran tasa de descarga puede dar lugar a pozos más pequeños adyacentes presentes dentro del rango de cono de depresión a un estado de agotamiento.

Aguas subterráneas en las regiones costeras e islas:

La presencia de agua subterránea fresca en las regiones costeras e islas es un tema de interés. Los estratos en tales áreas son permeables, principalmente de arena, limo, corales, calizas, etc. A medida que cae la lluvia, el agua de lluvia se infiltra a través de estos estratos y se convierte en el agua dulce de la tierra.

Sin embargo, el agua salada del mar se filtra en los sustratos empujando el agua dulce hacia arriba para hacerla flotar sobre ella, ya que el agua de mar es más densa que el agua dulce. (Cabe señalar que una columna de 12 m de agua salada del mar equilibra una columna de 12, 3 m de agua dulce). En la figura 18.6, el agua dulce Colum H está equilibrada por la altura h del agua salada. Si la altura del nivel freático sobre el nivel del mar es t.

entonces, H = h + t = Sh

donde S = gravedad específica del agua salada.

(S - 1) h = t

H = t / S - 1

Ocurrencias de agua subterránea en la India:

Las planicies de los ríos Indo y Ganges son enormes reservorios de agua dulce que abastecen los pozos. En las regiones montañosas existen resortes donde las rocas permeables e impermeables están intercaladas e inclinadas o plegadas. Se forman donde las rocas son atravesadas por juntas, fisuras y fallas.

Los basaltos vesiculares forman buenos acuíferos en las trampas de Deccan de Maharashtra y Madhya Pradesh que producen buena agua. Gujarat, South Arcot en Tamil Nadu, Pondicherry y los distritos del este y oeste de Godavari en Andhra Pradesh contienen manantiales artesianos.

En los distritos de Tanjore, Madurai y Trunelveli de Tamil Nadu, el subsuelo es de arcilla o roca blanda que produce una buena cantidad de agua. En las regiones de la costa oeste, como Kerala y Karnataka, el sustrato es laterita y en su mayoría produce una buena cantidad de agua subterránea. Las fuentes termales y minerales están presentes en varias partes de la India: Mumbai, Punjab, Bihar, Assam, estribaciones de los Himalayas y Cachemira.

5. Presas y embalses:

A diferencia de los suministros del río, las fuentes de superficie de las tierras altas proporcionan agua para las ciudades, el agua se almacena en embalses de embalses y se transporta a las ciudades por medio de tuberías y acueductos. Las presas también son para el depósito de agua para la generación hidroeléctrica, junto con túneles para el transporte de agua.

Cuando la escorrentía se utiliza de esta manera (que es distinta de la fracción de percolación de la lluvia) y el agua es incautada, hay muchos factores geológicos que deben considerarse en la elección del sitio tanto para el embalse como para la presa. El reservorio debe tener la máxima eficiencia de retención de agua y la presa debe estar bien fundada.

El asesoramiento geológico es ahora un día buscado por la mayoría de las grandes empresas de ingeniería civil y generalmente es esencial cuando se debe seleccionar un sitio de cualquier tamaño para un reservorio.

Cuando se estudian las condiciones geológicas y se las encuentra satisfactorias, el ingeniero puede manejarlas, pero el ingeniero debe tener suficiente conocimiento de geología para reconocer los posibles problemas que pueden surgir y cuándo se necesita un consejo experto.

Se debe realizar una investigación geológica exhaustiva antes de que comiencen los trabajos y todas las observaciones continúen durante su progreso, ya que puede haber información adicional disponible y pueden ser necesarias predicciones geológicas para guiar el programa de excavación a medida que avanza la construcción.

Se debe tener en cuenta que el fracaso de una gran represa se traduce en un desastre generalizado río abajo, un desastre que involucra adecuadamente y vidas de cientos. Los ingenieros y su personal tienen por lo tanto una responsabilidad extraordinaria. Los problemas geológicos en algunos lugares pueden surgir de manera inesperada y pueden ser complejos y requieren un análisis profesional altamente calificado.

Es posible que no esté fuera de lugar mencionar que es cierto que muchas fallas de diques ocurren no debido a un diseño defectuoso de la estructura en sí, sino a condiciones geológicas que no fueron adecuadamente comprendidas de antemano. Si la severidad de la filtración del suelo pasó desapercibida y la represa se construye con un gasto elevado, la represa puede incluso permanecer fuerte y resistente, pero sin elevar el nivel del agua río arriba, derrotando así el propósito mismo de la represa.

El autor está tentado a citar las siguientes palabras más conmovedoras del gran geólogo. Berkey en su papel Responsabilidades de los geólogos en proyectos de ingeniería.

Las presas deben estar de pie. No todos lo hacen, y hay todos los grados de incertidumbre acerca de ellos. Los embalses deben contener agua. No todos lo hacen, y hay muchas maneras por las cuales el agua puede perderse.

El trabajo debe hacerse de forma segura como un trabajo de construcción. No todas son, existen muchas fuentes de peligro.

Toda la estructura debe ser permanente y el trabajo tiene derecho a realizarse dentro de la estimación original. No todos lo son, y hay muchas razones para su fracaso o costo excesivo, la mayoría de ellos geológicos o de dependencia geológica.

Tipos y propósitos de las presas:

Las represas se construyen para actuar como barreras para el agua de embalse destinadas a diversos fines. Los usos principales son proporcionar regulación y almacenamiento de arroyos para el suministro de agua comunitaria o industrial, energía, riego, control de inundaciones, regulación de sedimentos de arroyos, etc.

Las principales clases de represas son de tierra o roca y represas de mampostería. La selección del tipo de relleno de tierra o roca se basa en los cimientos, las fuentes de material y, por supuesto, en la economía del proyecto. En situaciones donde el material subyacente es demasiado débil para soportar una presa de mampostería y existen rocas fuertes solo a profundidades muy grandes, se usan represas llenas de tierra o roca.

Donde la roca impermeable en el sitio está presente a pequeñas profundidades que son lo suficientemente fuertes como para soportar una estructura de mampostería, ya sea una presa de mampostería o una presa de tierra pueden construirse. La elección sería el resultado del análisis económico.

Las presas de tierra pueden ser homogéneamente impermeables o pueden estar provistas de núcleos y revestimientos impermeables. Los tipos habituales de presas de hormigón son los tipos de gravedad, arco y contrafuerte. La tierra y las presas de mampostería requieren fuentes económicas del material requerido para la construcción.

6. Túneles:

Quizás en ningún otro proyecto de ingeniería la viabilidad, la planificación, el cálculo de costos, el diseño, las técnicas utilizadas y el riesgo de accidentes graves durante la construcción dependen tanto de la geología del sitio como de la construcción de túneles.

Mientras que la zona en la que se construye un túnel está determinada por su propósito, la decisión de hacer un túnel (en lugar de decir, construir un puente), está influenciada por las dificultades geológicas relativas. La línea precisa del túnel se puede decidir mediante la elección de condiciones geológicas locales favorables o difíciles.

La relativa facilidad de extracción de las rocas y la estabilidad de la roca y la cara son los principales factores en las tasas de progreso y configuración de los costos y también en saber si se puede usar una máquina perforadora de rocas y si el suelo necesita apoyo y si Es necesario utilizar aire comprimido.

Por ejemplo, si un canal enterrado o una fregada profunda rellenada con arena saturada y grava se encontrara con imprevistos, el consiguiente flujo de agua en la cara del túnel provocaría un grave accidente.

En un proyecto de tunelización se deben considerar los siguientes factores geológicos:

(a) La facilidad en la extracción de rocas y suelos.

(b) La fuerza de las rocas y la necesidad de apoyarlas.

(c) Cuánta roca se extrae inadvertidamente más allá del perímetro planeado del contorno del túnel (es decir, sobre ruptura) donde se usan los explosivos.

(d) Condiciones de agua subterránea presentes y necesidad de drenar las mismas.

(e) La posible alta temperatura que prevalece en túneles muy largos y la consiguiente necesidad de ventilación.

El alcance del grado de cambio en las condiciones anteriores a lo largo de la línea del túnel es importante en la planificación y también en los costos. El cambio está relacionado con la estructura que controla qué tipo de roca está presente en un determinado segmento del túnel y cómo las capas de roca y otras propiedades anisotrópicas están orientadas con respecto a la cara del túnel, y cuánto se debilita por la fractura.

Para la excavación de un túnel las condiciones geológicas ideales son las siguientes:

(a) Se encuentra un tipo de roca.

(b) Las zonas de falla y las intrusiones están ausentes.

(c) No se necesitan arreglos especiales de apoyo cerca de la cara.

(d) Las rocas son impermeables.

Bajo condiciones geológicas uniformes, puede haber una tasa uniforme de progreso sin necesidad de consumir tiempo en los cambios de técnicas y elaborados arreglos vulnerables. La capacidad de la roca para soportar el corte y el factor costo son consideraciones importantes.

La construcción es muy cara en las siguientes situaciones:

(a) Se encuentra una gran cantidad de agua.

(b) Debido a la temperatura excesiva de la roca, el lugar no es adecuado para los trabajadores.

(c) La roca está cargada de gases nocivos.

Túneles en tierra suelta:

En los casos en que un túnel es conducido a profundidades poco profundas (por ejemplo, a profundidades de unos 15 m), existe un posible peligro de derrumbe del techo y también de los lados debido a la presión radial. Por lo tanto, es necesario tomar precauciones durante la operación y el revestimiento.

En los casos en que un túnel es conducido a gran profundidad (por ejemplo, a profundidades de 30 ma 60 m), el material consolidado puede resistir bien a menos que esté empapado en agua. En este caso, la presión sobre el techo y los lados será menor y habrá menos posibilidad de que caigan rocas desde la parte superior y los lados. El túnel, sin embargo, tiene que ser alineado a lo largo.

Túneles en rocas ígneas:

En este caso existen altas temperaturas de roca. Cuanto más profundo sea el túnel, más alta será la temperatura. La alta temperatura se puede superar mediante el riego o proporcionando una explosión fría. El agua de manantial es poco probable que se encuentre en este caso. Puede que no haya necesidad de encofrado, excepto en algunos casos. También se puede evitar el forro.

Túneles en rocas sedimentarias:

En estos casos, los resortes pesados ​​pueden encontrarse. Por lo tanto, es necesario proporcionar forro. A veces se encuentran gases carbonosos y estos son superados por chorro de agua.

Túneles en rocas metamórficas:

El progreso de la construcción de túneles depende de la naturaleza de las rocas y sus propiedades como la dureza, la cohesión. La excavación para el túnel es bastante más fácil en rocas consolidadas como rocas ígneas y metamórficas. Ej: granito, piedra caliza, mármol.

En el caso de las rocas sedimentarias estratificadas, la conducción del túnel debe realizarse a lo largo del lecho de las camas, de modo que las mismas camas se cumplan en la dirección del progreso y las condiciones de trabajo sean las mismas. En las formaciones sedimentarias, la parte principal del túnel puede ubicarse en lutita y marga, ya que el proceso de corte será fácil.

Además, la arenisca superior servirá como un buen techo, mientras que la piedra caliza dura inferior puede servir como un buen piso. Proporcionar un túnel en arenisca en estratos inclinados es peligroso. En condiciones de roca seca puede que no haya un estado peligroso, pero cuando el agua se filtra, la condición se vuelve peligrosa (Fig. 18.17).

En rocas estratificadas de láminas más delgadas, una o más camas están expuestas al túnel y el agua puede encontrar su camino. Hay posibilidades de movimientos a lo largo de los planos de la cama y es posible que toda la longitud del túnel esté sujeta a cortaduras.

Cuando las camas estén muy inclinadas, debemos evitar colocar el túnel en arenisca. Además, no es recomendable colocar el túnel entre la piedra arenisca y el esquisto, ya que la arenisca puede deslizarse contra el esquisto y bloquear el túnel.

Túneles en estratos oblicuos:

En este caso, si el túnel es conducido a través de la huelga de un estrato inclinado, es probable que se cumpla el agua en su mayoría. Existe el peligro de que una cama se resbale en relación con la cama contigua debajo de ella.

Túneles a través del pliegue anticlinal:

En este caso, existe el temor de que el techo caiga debajo del arco del pliegue justo encima del túnel.

Túneles a través del pliegue sinclinal:

En este caso, habrá problemas graves de agua en condiciones artesianas en los lechos porosos de la sección.

Métodos de excavación:

Cuando se debe construir un túnel a través de un suelo no cohesivo o rocas débiles (suaves), el problema principal es sostener el suelo en lugar de excavarlo. Por lo general, la excavación se realiza mediante una máquina de túneles de suelo blando equipada con un cabezal de corte giratorio. Esto puede tener un sistema de seno rotatorio de cara completa que permanece en contacto con la cara del suelo a medida que avanza la cabeza de corte.

Pequeñas rodajas de suelo se introducen a través de las ranuras en el cabezal de corte. La cara de trabajo está soportada por un fluido comprimido que puede ser aire comprimido en el túnel o donde se utiliza una máquina compleja, restringida al área de la cara por un mamparo de presión.

El método anterior de tener aire comprimido en el mismo túnel implica el riesgo de discapacidades para los trabajadores y requiere un tiempo improductivo al final de cada turno en la descompresión.

En los desarrollos posteriores exitosos, se utiliza una mezcla de barro y agua con arcilla tixotrópica, en lugar de aire. La arcilla resiste el asentamiento dentro de la suspensión y tiende a formar una torta de sellado en la cara. A medida que la máquina avanza, los soportes se instalan detrás.

El principal factor que gobierna la tasa de progreso y los costos en la construcción del túnel en rocas fuertes (duras) es principalmente la relativa facilidad de excavación. En el método tradicional, se perforan secciones sucesivas del túnel al perforar un patrón de agujeros en la roca y cargarlos con explosivos y disparos.

La necesidad de cualquier soporte y el tipo de soporte que se proporcione depende de la estabilidad relativa del techo y también de las paredes del túnel. Se pueden usar pernos de roca y malla de alambre ampliamente separados para pequeños fragmentos sueltos, mientras que se pueden usar vigas anulares muy separadas donde hay riesgo de caída de rocas.

En los últimos tiempos, el uso de explosivos está siendo reemplazado gradualmente por máquinas perforadoras de roca para ciertos tipos de grandes proyectos de túneles. Las máquinas equipadas con cortadores especiales que contienen insertos de carburo de tungsteno muy cerca pueden abordar rocas de resistencia a la tensión compresiva a más de 300 MN / m 2 .

Dificultades derivadas de las condiciones geológicas locales:

Mientras se manejan túneles de roca blanda, las rocas heterogéneas o las condiciones variables presentes en la cara del túnel pueden plantear serios problemas que aumentan los costos. Si una arcilla de cantos rodados u otro suelo con guijarros grandes se encuentran con un problema casi imposible, se pueden enfrentar cuando las máquinas de lodo están en funcionamiento.

Las cortadoras de roca dura son efectivas para los cantos rodados duros, pero pueden no ser útiles en suelos blandos. La variación de la resistencia de los suelos a lo largo de la línea del túnel se debe anticipar para que se pueda usar el soporte adecuado mientras se excavan las caras del túnel. La incapacidad de hacerlo puede llevar a una sobre excavación.

Aparte de las variaciones obvias de resistencia entre los tipos de suelo (por ejemplo, entre arena no cohesiva y arcilla parcialmente consolidada), la variación relacionada con la porosidad y la saturación puede producir diferencias significativas. Una pequeña variación en el contenido de agua puede transformar un suelo estable en tierra para correr. Los suelos de sitio inestable se pueden consolidar inyectando químicos o cemento en ellos o congelandolos.

Con túneles a través de roca dura, la dificultad relativa de excavar rocas particulares depende en parte de si se usan explosivos o se usa una máquina perforadora de rocas. Sin embargo, ambos métodos comparten ciertos factores importantes. En ambos casos, la tasa de excavación está inversamente relacionada con la resistencia al aplastamiento de las rocas y directamente relacionada con la cantidad de fracturamiento.

En el proceso en el que se usan explosivos, la relación con la fuerza se complica por la forma en que algunas rocas débiles no frágiles como la mica-esquisto, reaccionan a la explosión y no funcionan bien para una carga dada y por el papel mucho mayor que la fractura obras de teatro.

Las fracturas no solo sirven como caminos para expandir los gases de la explosión, sino también como planos de debilidad a lo largo de los cuales se separará la roca. En los túneles, la facilidad para taladrar agujeros de perforación depende de la dureza y abrasividad de la superficie de la roca y también de la variación de la dureza dentro de ella. El taladro puede tender a desviarse en un límite definido entre los estados duros y blandos.

Los minerales duros más probables que probablemente presenten problemas son las variedades de sílice, como el cuarzo, sílex o pedernal, que pueden aparecer como venas o concreciones nodulares. Las lutitas que contienen nódulos de piedra de hierro también pueden convertirse en una mezcla incómoda. Los minerales relativamente duros y las rocas fuertes a menudo se forman por metamorfismo térmico.

Un esquisto calcáreo débil y blando puede convertirse en un calchornfels fuerte y duro. Se ha encontrado que este es un factor geológico importante en algunos proyectos hidroeléctricos donde el reservorio se encuentra en un sitio en un terreno elevado que corresponde a un cultivo de gran intrusión de granito.

Los túneles dentro de la zona térmica tienden a ser cada vez más difíciles a medida que se acerca el granito. La extracción excesiva de material rocoso debido a los planos de debilidad puede conducir a roturas excesivas y también a caídas de rocas desde el techo.

Un cierto porcentaje de exceso de excavación sobre el correspondiente a la sección perfecta generalmente está cubierto en el contrato. La ruptura que se produce durante la excavación depende de la intensidad de la unión y la presencia de otros planos de debilidad, como los planos de la cama, la esquistosidad. En general, las rocas bien empapadas con fracturas producen un brote, mientras que las rocas macizas y uniformemente correctamente explotadas darán una sección limpia.

El brote excesivo y el riesgo de caídas de rocas desde el techo son responsables en las siguientes situaciones:

(a) En zonas de fallas, especialmente si son brechas poco cementadas.

(b) En diques más estrechos que el túnel donde se han desarrollado las juntas.

(c) En los ejes sinclinales donde existen juntas de tensión.

(d) En capas de rocas fragmentadas holgadamente compactadas.

(e) Donde hay capas delgadas de rocas fuertes y débiles (por ejemplo, alteraciones de piedra caliza y pizarra) en el nivel del techo o al golpear a lo largo del túnel y tener una inclinación pronunciada.

Filtración en un túnel:

La extensión de la filtración en un túnel a través de rocas y articulaciones permeables es un factor importante que merece ser considerado. Esto debe evaluarse a partir de un conocimiento de las condiciones del agua subterránea, la permeabilidad en masa de las rocas y la estructura geológica.

Por ejemplo, el granito, el gneis, el esquisto y esas rocas cristalinas suelen estar secas, excepto por el posible flujo a lo largo de las uniones y fallas y quizás en los márgenes de cualquier dique que las intersecte.

In the case of pervious rocks, the flow of groundwater into the tunnel is likely to increase in fault zone and at synclinal axes. Fissures filled with water especially in limestone's present a serious hazard. This must be insured against by probing ahead of the working face with small horizontal bore holes.