CORRELACIONES ENTRE LAS CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS Q Y RMR EN EL TUNEL EXPLORATORIO DE "LA LINEA", CORDILLERA CENTRAL DE COLOMBIA

CORRELATIONS BETWEEN THE RMR AND Q GEOMECHANICAL CLASSIFICATIONS AT "LA LÍNEA" EXPLORATORY TUNNEL, COLOMBIAN CENTRAL ANDES

 

Álvaro de Jesús Castro Caicedo
PhD., Ing. M.M., Profesor, Universidad Nacional de Colombia, ajcastro@unal.edu.co

Diana Marcela Pérez Pérez
marcelapp@gmail.com

 

Recibido para evaluación: 21 de Junio de 2012 / Aceptación: 20 de Junio de 2013 / Recibida versión final: 02 de Diciembre de 2013

 

RESUMEN: Se presentan aquí los resultados de correlaciones propuestas para las clasificaciones de macizos rocosos RMR y Q obtenidos a partir de levantamientos de los terrenos excavados durante la construcción del Túnel Piloto de la Línea, de 8,55 km de extensión en la Cordillera Central de Colombia.

Se obtuvieron correlaciones para sectores delimitados con base en criterios geológicos y geotécnicos. Se evalúa estadísticamente la calidad de las correlaciones propuestas concluyendo que son aceptables. Se espera que las correlaciones sean de utilidad en el diseño y construcción del túnel principal, llamado Segundo Centenario.

Palabras clave: Clasificación RMR. Clasificación Q. Túnel de La Línea. Túnel Segundo Centenario. Colombia.

ABSTRACT: Correlations between the RMR and Q geomechanical classifications schemes obtained during underground geotechnical surveys at the 8.55 km length "La Linea Pilot Tunnel" (TPL) within the Central Andes of Colombia are presented.

Correlations were defined based on geological and geotechnical evidences. The correlations were statistically assessed concluding that these proposals are acceptable. The proposed correlations are expected to be useful in the design and construction of the La Linea roadway tunnel.

Keywords. RMR Rock Mass Classification. Q Rock Mass Classification. La Línea Tunnel. Segundo Centenario Tunnel. Colombia.

 

1. INTRODUCCIÓN

Las clasificaciones geomecánicas se utilizan en los estudios geotécnicos con el objetivo de determinar y evaluar de forma cuantitativa y cualitativa la calidad de los terrenos con el fin de definir aspectos de diseño, construcción, soporte y estabilidad. La clasificación se realiza por observaciones y mediciones sistemáticas en el terreno, sin embargo estas operaciones de campo dependen en buena medida de la experiencia de quien las realiza por lo cual puede existir subjetividad. Una forma de superar esta limitación consiste en obtener las clasificaciones por diferentes métodos. Las clasificaciones RMR Rock Mass Rating, (Bieniawski, 1989) y Q (Barton, 2007) son las más difundidas.

Las correlaciones empíricas entre clasificaciones determinadas en el mismo terreno tienen tal vez su mayor utilidad en el caso de túneles exploratorios, puesto que su información sobre estado del terreno, sostenimiento, y autosoporte, principalmente, pueden ser fundamentales para optimizar el diseño y la construcción de la obra principal, como es el objetivo de la excavación del Túnel Piloto de La Línea (TPL). Esto especialmente si se considera que los factores de las clasificaciones RMR y Q son diferentes, es decir, el disponer de una correlación obtenida en el terreno incluye en el resultado aspectos no evaluados por uno de los dos métodos y que pueden ser importantes para la obra.

El TPL se encuentra ubicada en la parte centro-occidental de Colombia dentro del proyecto de cruce vial de la Cordillera Central, hace parte de la troncal Bogotá-Buenaventura, en el tramo Armenia-Ibagué. La Figura 1 presenta la localización.

 

2. CORRELACIONES ENTRE LOS ÍNDICES RMR Y Q

La relación entre los índices de calidad RMR y Q puede expresarse en forma general como:

Donde dependen del tipo y estado de la roca y de su condición in situ. Se han propuesto distintas correlaciones empíricas para RMR y Q como las presentadas en la Tabla 1, estas correlaciones tienen aplicación local.

Kaiser y Gale (1985) proponen la expresión general: , con base en estudios probabilísticos. Las correlaciones deben emplearse como medio para valorar la consistencia y la calidad de los datos de campo, más que como reemplazo directo, dadas las diferencias de parámetros que existen entre los sistemas Q y RMR. Los sistemas no deben necesariamente conducir a una valoración similar, es aconsejable aplicar un único sistema y estimar aquellos factores no incluidos por separado, por ejemplo la orientación de las discontinuidades en Q.

 

3. LAS CORRELACIONES EN EL TÚNEL EXPLORATORIO DE LA LÍNEA

Las correlaciones fueron realizados a partir de los levantamientos geotécnicos efectuados durante la excavación del túnel en extensión de 8.554m durante los años 2010 y 2011. Se identificaron distintas unidades litológicas dentro de un ambiente complejo y con límites de tipo estructural. El estudio geológico realizado para la licitación de la construcción del Túnel Piloto (ver Figura 2), permite diferenciar las zonas homogéneas descritas en la Tabla 2. Los levantamientos geotécnicos en construcción se realizaron en los días subsiguientes a los avances con explosivos o mecánicos, determinando sectores visualmente homogéneos y con apoyo de herramientas manuales como los martillos geológicos y Schmidt, usados para reconocer la dureza superficial, las litologias y el Strength Reduction Factor de método Q. Los terrenos homogéneos por tanto fueron determinados acorde con el avance de la excavación y después de análisis de los sectores atravesados. En las Figuras 3 y 4 se puede observar la variación de los valores de RMR y Q encontrada en este trabajo a lo largo del TPL.

En el TPL la relación directa RMR-Q se presenta en la Figura 5a, donde es visible una acumulación de puntos en el sector de bajos valores. Se realizó una transformación logarítmica, Figura 5b, donde los valores de Q son remplazados por los valores de , procedimiento realizado con el fin de establecer una correlación acorde con las presentadas en la Tabla 1. En la Figura 5b se observa que la transformación logarítmica resulta en distribución de los datos con mayor homogeneidad, hecho que facilita la interpretación y el establecimiento de tendencias entre las dos variables.

 

4. CORRELACIONES POR SECTORES DURANTE EXCAVACIÓN DEL TÚNEL

Se realizaron correlaciones lineales dispuestas por paquetes litológicos del TPL, en la Figura 6 el color de cada punto representa un sector geotécnico. La evaluación de la correlación para el total de los datos es mostrada en la Figura 7; se presenta un ajuste lineal que se aleja para los valores altos y bajos del conjunto, por esto se realiza una segunda correlación, una para los datos de Q inferiores a 1 y otra para los datos de Q mayores a 1, Figura 8, obteniendo una mayor claridad de la tendencia de los datos.

En las Figuras 9 a 12 se presentan algunos ejemplos de correlaciones por unidades geológicas, aquí, por evaluación del coeficiente de determinación R del ajuste. Los valores para clasificar la calidad de la regresión fueron fijados de manera arbitraria y se presentan en la Tabla 3; los resultados de correlación para cada caso están en la Tabla 4.

La separación de la base de datos en paquetes litológicos menores resultó ser útil para el caso del Complejo Quebradagrande, donde el coeficiente de correlación aumentó a 0,77 en el miembro volcánico.

 

5. CONCLUSIONES

Tanto la clasificación Q como la RMR son ampliamente utilizadas en tunelería, por lo cual la obtención de correlaciones entre los dos métodos son especialmente útiles en el caso de túneles con objetivo exploratorios para obras subterráneas de mayor sección y complejidad, como el Túnel Segundo Centenario. El uso de los dos métodos debe considerar que sus parámetros son diferentes, y por tanto rigurosamente no comprables, sin embargo, según Barton (2006), es posible utilizar las correlaciones para determinar los tiempos de autosoporte y el módulo de deformación del macizo rocoso, entre otros parámetros de interés.

En este trabajo se elaboraron ecuaciones de correlación RMR-Q del tipo lineal bajo transformación logarítmica de Q con la intención de ser comparables con las propuestas de la bibliografía (Tabla 1); sin embargo es posible que se obtengan correlaciones de mayor calidad con ecuaciones diferentes a la lineal. En comparación con las propuestas citadas en dicha Tabla, se observa que las obtenidas en el TPL están próximas de las de Bieniawski (1989) y Kaiser y Gale (1985).

Es de resaltar que las ecuaciones obtenidas son de carácter local y pueden ser empleadas en futuros trabajos sobre la zona, especialmente en el diseño y construcción del Túnel Bicentenario

Fue observado que subdividir los sectores geotécnicos no mejora necesariamente la calidad de las correlaciones, esto posiblemente por la disminución del número de datos incluidos en el cálculo de la correlación.

 

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