Este documento describe los diferentes aspectos del diseño geotécnico para excavaciones de túneles y su sostenimiento. Explica la importancia de realizar investigaciones geológicas y geotécnicas para caracterizar el macizo rocoso y predecir su comportamiento durante la excavación. También presenta diferentes metodologías de diseño geotécnico utilizadas en Austria, Perú y otros países. Finalmente, introduce varios sistemas de clasificación geotécnica de rocas como los de Bieniawski, Laubscher y Barton, los cuales

1. DISEÑO GEOTECNICO EN
EXCAVACIONE DE TUNELES Y
SOSTENIMIENTO
Ing. VICTOR TOLENTINO YPARRAGUIRRE Msc.
INSTITUTO EMPRESARIA MITTAL S.A.C.
CURSO DE ACTUALIZACION
“TUNELERIA”

2. PLANIFICACION Y DESARROLLO DEL
DISEÑO GEOTECNICO
• Todos los parámetros
Geotécnicos que
caracterizan el Macizo
Rocoso.
• Esto permite realizar estudios
sobre la influencia de la
fracturación, en la aparición
de cuñas, modelos analíticos
(curvas convergencia-
confinamiento) o numéricos
para predecir el
comportamiento tenso-
deformacional del túnel, en el
proceso de excavación e
instalación del sostenimiento.

3. PLANIFICACION DEL DISEÑO GEOTECNICO
(AUSTRIA)
A
ESTRATEGIA DE
INVESTIGACIONES
GEOLOGICAS
GEOTECNICAS
D
IMPLEMEMENTACION EN
OBRA
B
CLASIFICACION
GEOTECNICA
ALTERNATIVAS
CARACTERISTICAS DEL
SISTEMA AUSTRIACO
C
METODOLOGIA DE
DISEÑO GEOTECNICO
EMPLEADO EN AUSTRIA

4. METODOLOGIA DEL
DISEÑO DE
EXCAVACIONES
SUBTERRANEAS
(BRADY Y BROWN 1993)

5. PLANIFICACION DEL DISEÑO GEOTECNICO
(UNMSM POST GRADO GEOTECNIA - PERU)
INVESTIGACIONES
GEOLOGICAS
GEOTECNICAS
CLASIFICACION
GEOTECNICA (2 o 3
AUTORES)
DETERMINACION DEL CAMPO
DE TENSIONES MEDIANTE
CONTROL GEOLOGICO Y
MONITOREO GEOTECNICO
RESPUESTA DE LA EXCAVACION
EVALUACION Y ANALISIS DE
LAS DISCONTINUIDADES
DESPUES DE VOLADURA
OBJETIVO DE LA
EXCAVACION
DISEÑO GEOTECNICO
INCLUIR PERFORACION,
VOLADURA Y
SOSTENIMIENTO
ANTES DURANTE
ACEPTAR O MODIFICAR
DISEÑO GEOTECNICO
ELABORACION DISEÑO
FINAL DE OBRA

6. Cuando se realiza una excavación en un macizo
rocoso se perturban las tensiones originales y las
condiciones de equilibrio, de forma que estas
nuevas tensiones pueden superar la resistencia del
material, produciéndose fenómenos que implican
deformaciones permanentes o colapso de las
paredes de la excavación.
El concepto de estabilidad en un túnel implica que la
excavación ha de preservar su forma y dimensiones
y permanecer durante un periodo de tiempo definido
en condiciones de plena operatividad.
PLANTEAMIENTO GENERAL DEL DISEÑO DE
EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS

7. Se considera entonces que la excavación es estable cuando, durante su
uso, su periferia (con o sin sostenimiento) está sujeta a desplazamientos
menores de los permitidos por motivos técnicos, económicos o de seguridad;
El significado de inestabilidad está relacionado con el uso de la excavación,
de forma que en huecos que han de tener una corta vida (como algunos
frentes de mina) no es trascendente que exista una completa inestabilidad
después de un tiempo, mientras que en un hueco para una central hidro-
eléctrica o un túnel, incluso una pequeña inestabilidad es muy importante.
PLANTEAMIENTO GENERAL DEL DISEÑO DE
EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS

8. PLANTEAMIENTO GENERAL DEL DISEÑO DE
EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS
La estabilidad de un hueco está relacionado con el comportamiento del medio
en que se practica, pues si una excavación está excavada en:
Un medio elástico sólo aparecerán grandes deformaciones elásticas
para niveles de tensión muy grandes
Un medio elastoplástico (perfecto o con reblandecimiento) pueden
aparecer deformaciones muy grandes (y permanentes) a niveles de
tensión relativamente moderados.
Un medio fisurado puede haber deslizamiento y separación de
bloques.

9. PLANTEAMIENTO
GENERAL DEL
DISEÑO DE
EXCAVACIONES
SUBTERRÁNEAS
TIPOS DE ROTURA EN
DIFERENTES
MACIZOS
ROCOSOS Y
DIFERENTES NIVELES
DE
TENSION
(HOECK, et al 1995)

10. La ocurrencia de cualquiera de estos tipos o fenómenos de inestabilidad
puede ser causada por:
1. Localización inadecuada de la excavación respecto al buzamiento y
dirección de los estratos,
2. Inadecuada selección de la forma y dimensiones de la sección
transversal,
3. Ausencia de sostenimiento cuando éste es necesario,
4. Efecto nocivo de las excavaciones o minados adyacentes,
5. Instalación deficiente del sostenimiento,
6. Empleo de un sistema de sostenimiento inconveniente,
7. Efectos negativos producidos por pilares, macizos, remanentes de
capas dejados por encima o debajo de la excavación,
8. Efectos dinámicos como terremotos, explosiones de polvo de
carbón o gas, etc.
9. Cambios bruscos en las condiciones térmicas en el macizo que
rodea a la excavación.
PLANTEAMIENTO GENERAL DEL DISEÑO DE
EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS

11. Hoek y Brown [1980] resumen las causas que pueden originar la
inestabilidad en cuatro:
1. Tensiones excesivas (de campo o inducidas),
2. Geología desfavorable,
3. Flujos de agua grandes y
4. Alteraciones desfavorables (hinchamiento y desmoronamiento).
En cualquier caso, un factor importante en las excavaciones
subterráneas es el estado tensional in situ, que siempre es afectado
por la excavación, de forma que las tensiones principales se alteran
tanto en magnitud como en dirección, siendo necesario establecer
dónde se concentran las tensiones y si la tensión máxima alcanza la
resistencia del macizo.
PLANTEAMIENTO GENERAL DEL DISEÑO DE
EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS

12. PLANTEAMIENTO GENERAL DEL DISEÑO DE
EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS
PROBLEMAS DE
DISCONTINUIDADES
PROBLEMAS
TENSIONALES
DISEÑO DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS (BRADY Y BROWN 1993)

13. DISEÑO DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS (BRADY Y
BROWN 1993)
PROBLEMAS DE DISCONTINUIDADES PROBLEMAS TENSIONALES
ANÁLISIS DE
MEDIOS FISURADOS
ANÁLISIS DE
MEDIOS ESTRATIFICADOS

14. ESTRATEGIA DE INVESTIGACIONES
GEOLOGICO - GEOTECNICAS
 LA ESTRATEGIA DEBE AJUSTARSE A LAS
NECESIDADES DE CADA ETAPA DE DISEÑO
 LAS INVESTIGACIONES DEBEN ABARCA: ESTUDIOS
GEOLOGICOS DEL AREA, DETERMINACION DE
PARAMETROS GEOTECNICOS RELEVANTES Y
OTROS FACTORES DE INFLUENCIA.
 DEBERA DESARROLLAR MODELOS PRELIMINARES.
 ESTOS SE DEBERAN REVISAR Y ACTUALIZARSE
CON NUEVOS RESULTADOS.
 SOBRE LA BASE DE LOS MODELOS DEBERAN
DESARROLLARSE MODELAMIENTOS GEOLOGICOS,
GEOTECNICOS E HIDRAULICOS, MEJORADOS CON
ANALISIS ESTADISTICOS Y PROBABILISTICOS.

15. ESTRATEGIA DE INVESTIGACIONES
GEOLOGICO - GEOTECNICAS

16. ESTUDIO
HIDRO-
GEOLÓGICO
CARTOGRAFÍA
GEOLÓGICO-
GEOTÉCNICA
CLASIFICACIÓN
GEOMECÁNICA
ESTUDIO DE LA
FRACTURACIÓN
TÉCNICAS GEOFÍSICAS
SONDEOS ENSAYOS
“IN-SITU”
ENSAYOS DE
LABORATORIO
PROPIEDADES DE
LOS LITOTIPOS
PROPIEDADES MECÁNICAS
DEL MACIZO ROCOSO
PERFIL GEOTÉCNICO

17. INVESTIGACIONES PRELIMINARES
REV. BIBLIOGRAFIA FOTOGRAFIAS IMÁGENES SATELITE OTROS
DISEÑO
DE
OBRAS
PLANEAMIENTO DE LAS
INVESTIGACIONES
GEOLOGIA
REGIONAL
ESCALA
1/25000
ANALISIS E INTERPRETACION
DE DATOS (ELABORACION
DEL PERFIL GEOLOGICO
GEOTECNICO)
GEOLOGIA
GEOTECNIA
LOCAL
ESCALA
1/1000
HIDROGEOLOGIA
INVESTIGAC
GEOFISICAS
INVESTIGACIONES
GEOGNOSTICAS
ENSAYOS DE
LABORATORIO
U.N.M.S.M. POST GRADO
GEOTECNIA, 2002
ENSAYOS DE CAMPO Y
TOMA DE MUESTRAS
IMPACTO
AMBIENTAL

18. ESTRATEGIA DE INVESTIGACIONES
GEOLOGICO - GEOTECNICAS
GEOCONSULT LATINOAMERICA LTDA

19. ESTRATEGIA DE INVESTIGACIONES GEOLOGICO -
GEOTECNICAS
OBJETIVOS GENERALES
• Clasificar un Macizo Rocoso particular en grupos, siendo el criterio de
agrupamiento el comportamiento geotécnico.
• Proveer una base para determinación/compresión del comportamiento fisico
mecánico de las rocas de cada grupo.
• Alcanzar u estándar común para los análisis de estabilización del Macizo
durante la construcción.
OBJETIVOS PARTICULARES EN CADA OBRA
• Logro de un pronostico completo de todos los eventos geotécnicos posibles.
• Determinación de todo el espectro de posibles riesgos geotécnicos, para el
diseño de medidas de mitigacion y prevención de cualquier necesidad de
improvisación en la obra.
• Entrega de los datos suficientes para elaborar una estrategia y una
programación de la construcción.

20. SISTEMA DE EVALUACION
CUALITATIVA

21. OBJETIVOS
Definir en el macizo distintos
dominios estructurales.
Establecer criterios para comprender
el comportamiento de los macizos
Facilitar la planificación y
diseño de las obras.
UTILIDADES
Primera predicción del comportamiento
de un macizo ante una obra.
Fases de viabilidad y anteproyecto.
Mejora metodológica de los estudios.
División de los macizos en grupos de
comportamiento similar.
Información cuantitativa para modelos
analíticos.
Lenguaje común entre profesionales.
LIMITACIONES
Uso en última instancia.
Extrapolación de datos no
representativos.
Aplicación a obras poco
contrastadas.
Alternancia de rocas débiles y
consistentes.
Materiales expansivos, solubles
o muy colapsables.
Campos tensionales internos o
inducidos, importantes.
Zonas singulares.
Obras subterráneas con grandes
luces.
Aplicación subjetiva.
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS:

22. SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON

23. SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
GEOCONSULT LATINOAMERICA LTDA

24. SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
TIPOS DE ROCAS

25. SISTEMA DE CLASIFICACION CUANTITATIVA
DE BIENIAWSKI (1989)

26. B ORIENTACION DE LAS DIACLASAS
D CORRECCION POR ORIENTACION DE LAS DIACLASAS
SISTEMA DE CLASIFICACION CUANTITATIVA
DE BIENIAWSKI (1989)

27. CLASIFICACION DE BIENIAWSKI RMR
SISTEMA DE CLASIFICACION CUANTITATIVA
DE BIENIAWSKI (1989)

28. NUEVAS CLASIFICACIONES BASADAS EN EL RMR

29. CLASIFICACION
RMR MODIFICADO
POR
GEOCONTROL
S.A.

30. CORRELACION ENTRE LOS INDICES
RMR Vs. Q
SE HAN PROPUESTO DISTINTAS CORRELACIONES EMPIRICAS
PARA RMR Y Q, ALGUNA DE LAS MAS CARACTERISTICAS SON
LAS SIGUIENTES:
• RMR = 9 Ln Q + 44 (BIENIAWSKI, 1979, SUDAFRICA)
• RMR = 5.9 Ln Q + 43 (RULEDGE Y PRESTON, 1980, NUEVA ZELANDIA)
• RMR = 5.4 Ln Q + 55.2 (MORENO, E. 1981, ASTURIAS)
• RMR = 10.5 Ln Q + 41.8 (ABAD, J. Et Al 1983, ASTURIAS)
• RMR = 5 Ln Q + 60.8 (CAMERON CLARK Y BUDAVARI 1981, SUDAFRICA)
TANTO EN LAS CLASIFICACIONES EMPIRICAS COMO EN LA DESCRIPCIÓN
CUALITATIVA NO COINCIDEN NI EN SUS CLASES NI EN SUS COEFICIENTES
DE REGRESIÓN. KAISER Y GALE (1985), BASÁNDOSE EN LOS ESTUDIOS
PROBABILÍSTICOS HA PROPUESTO UNA ÚNICA RELACIÓN: RMR = 8.5
Ln Q + 35

31. SISTEMA DE CLASIFICACION DE
LAUBSCHER

32. CORRECCCION DE LAUBSCHER Y TAYLOR
LAUBSCHER y TAYLOR, han propuesto algunas
modificaciones a la clasificación geomecánica de Bieniawski
y recomendaciones para el sostenimiento.
Los ajuste que proponen Laubscher y taylor, consisten en la
modificación del valor original, siendo los siguientes:
 Meteorización
Esfuerzos In situ e inducidos
Cambios de los esfuerzos
Influencia de las orientaciones del rumbo y buzamiento
Efectos de Voladura
Ajustes Combinados
RMR + Ajustes = MRMR

33. CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES COMBINADOS
RESUMEN
Meteorización 75% - 100%
Orientación 63% - 100%
Esfuerzos 60% - !20%
Voladura 80% - 100%
Ajustes combinados
En algunos casos la clasificación geomecánica se
encuentra sujeta a más de un ajuste. El ajuste total
no debe pasar de un 50 %.

34. CLASIFICACION GEOMECANICA SRC (GONZALES DE VALLEJO)
INDICE DE CALIDAD VALORES
1. RESISTENCIA MATRIZ ROCOSA
Carga Puntual (Mpa)
Compresión Simple (Mpa)
Puntuación
> 8
> 250
20
8 a 4
259 a 100
15
4 a 2
100 a 50
7
2 a 1
50 a 25
4
No aplicable
25 a 5 5 a 1 < 1
2 1 1
2. ESPACIADO RQD
Espaciado (m)
RQD (%)
Puntuación
> 2
100 a 90
25
2 a 0.6
90 a 75
20
0.6 a 0.2
75 a 50
15
0.2 a 0.06
50 a 25
8
< 0.06
< 25
5
3. DISCONTINUIDADES
Condiciones
Puntuación
Muy rugosas. Discontínuas.
Sin separación. Bordes poco
alterados y duros.
30
Algo rugosas.
Discontinuas.
Separación < 1 mm.
Bordes duros y poco
alterados.
25
Algo rugosas.
Discontínuas.Separaci
ón 1 mm. Bordes
blandos y alterados.
20
Lisas o con
slickensides.
Contínuas.
Abiertas a 1 a
5 mm. Con
rellenos.
10
Lisas o con
slickensides.
Contínuas.
Abiertas mas de 5
mm. Con rellenos.
0
4. FILTRACIONES
Caudal po 10 m de túnel (l/min)
Condiciones
Puntuación
Inapreciable
Seco
15
< 10
Algo húmedo
10
10 – 25
Algunas filtraciones
7
25 – 125
Frecuentes
filtraciones
4
> 125
Abundantes
filtraciones
0
5. ESTADO TENSIONAL
Factor de competencia
Puntuación
Accidentes tectónicos
Puntuación
Factor de Relajación tensional
Puntuación
Actividad neotectónica
Puntuación
> 10
10
10 a 5
5
5 a 3
-5
<3
- 10
-
Zonas de fallas/cabalgamiento de alcance regional y
áreas cercanas
- 5
Tectónica compresiva
- 2
Tectónica distensiva
0
> 200
0
200 a 80 80 a 10 < 10
-5 -8 -10
Zona afectada por laderas o talude
200 a 80 79 a 10 <10
-10 -13 -15
Desestimada o desconocida
0
Supuesta
-5
Confirmada
-10
CLASE DE ROCA
Clase SRC
Puntuación
I
Muy Buena
100 a 81
II
Buena
80 a 61
III
Media
80 a 41
IV
Mala
40 a 21
V
Muy Mala
< 20

35. NATM SISTEMA DE CLASIFICACION CUALITATIVO
• El Método nació como método empírico-observacional – hasta hace + de 50
años.
• Por algunos años se continuo con el diseño empírico observacional, en
especial en túneles en roca (fuera de zonas pobladas), surgen de allí
modelos analíticos – empíricos.
• Con la introducción en túneles de Metro en zonas urbanas y suelos blandos,
se requirió mas y mas análisis analítico y numérico.
• La necesidad de control de costos, prevención de reclamos y control del
impacto ambiental requirió de mas precisión para la reducción de las
incertidumbres.
• No es tolerable que existan accidentes ni paralizaciones largas.
• Mas que el TIPO DE MACIZO ROCOSO, interesa el MODELO DE
COMPORTAMIENTO, en termino de MODO DE FALLA y TIEMPO DE
AUTOSOPORTE.
EL METODO NATM NO SE BASA EN EL PRINCIPIO DEL
DESIGN AS YOU GO
SE MANTIENE EL PRINCIPIO DE CLASIFICACION
CUALITATIVA ORIGINAL

36. CLASIFICACION SEGÚN RABCEWICZ

37. RMR DE BIENIAWSKI
DIMENSIONAMIENTO DEL SOSTENIMIENTO
BASADO EN CLASIFICACIONES
GEOMECÁNICAS.
Después de haber determinado la calidad del macizo rocoso
(RMR), se decide el método de excavación y se dimensiona
el sostenimiento según la tabla siguiente; esta tabla ha sido
propuesta por Bieniawski (1976, 1989) a partir de sus
experiencias en el avance de túneles con sostenimiento a
base de pernos, hormigón proyectado y cerchas de acero.
Los sostenimientos propuestos por esta clasificación están
probablemente sobredimensionados para profundidades
menores de las consideradas y para secciones menores.

38. CARACTERISTICAS DEL SOSTENIMIENTO SEGUN
BIENIAWSKI (1979)

39. CLASE EXCAVACIÓN SOSTENIMIENTO
GUNITA PERNOS
(20mm)
CERCHAS
I: MUY
BUENA
RMR = 81-90
Plena
sección
Avanc
es de 3 m
NO NO NO
II: BUENA
RMR = 61-80
Plena
sección
Avanc
e 1-1,5 m
C: 50 mm Longitud = 3 m
Espaciado = 2,5
m
NO
III: MEDIA
RMR = 41-60
Destro
za
Avanc
e 1,5-3 m
C: 50-100mm
H: 30 mm
Longitud = 4 m
Esp. = 1,5-2 m
NO
IV: MALA
RMR = 21-40
Destro
za
Avanc
e 1-1,5 m
C: 100-150
mm
H: 100 mm
Long. = 4-5 m
Esp. = 1-1,5 m
Ligera
Esp. = 1,5
m
V: MUY
MALA
RMR < 20
Múltip
le
Avance 0,5-1,5 m
C: 150-200
mm
H: 150 mm
Long. = 5-6 m
Esp. = 1-1,5 m
Pesada
Esp = 0,75
m
SOSTENIMIENTO UTILIZANDO EL “RMR”

40. PAUTAS PARA LA EXCAVACION Y SOSTENIMIENTO DE UN TUNEL
DE 10 m DE ANCHO DE ACUERDO AL SISTEMA RMR
CLASE DE
MASA
ROCOSA
EXCAVACION
PERNOS DE ROCA (20 mm
DE  COMPLETAMENTE
INYECTADOS
SHOTCRETE CIMBRAS
I . ROCA MUY
BUENA
RMR: 81 – 100
FRENTE COMPLETO, 3 m DE
AVANCE
Generalmente no se requiere nigun sostenimiento excepto pernos
esporádicos
II. ROCA
BUENA
RMR: 61 – 80
FEENTE COMPLETO, 1- 1.5 m
DE AVANCE. SOSTENIMIENTO
COMPLETO A 20 m DEL
FRENTE
Localmente pernos de 3 m
en la corona, espaciados a
2.5 m con malla de alambre
ocasionalmente
50 mm en la
corona, donde
sea requerido
Ninguno
III. ROCA
REGULAR
RMR: 41 – 60
Socavón en el tope y banqueo 1.5
– 3 m de avance en el socavón.
Iniciar el sostenimiento después
de cada voladura
Pernos sistemáticos de 4 m
de longitud, espaciados 1.5 –
2.0 m en la corona y en las
paredes, con malla de
alambres en la corona.
50 – 100 mm en
la corona y 30
mm en las
paredes.
Ninguno
IV. ROCA
MALA
RMR: 21 – 40
Socavón en el tope y banqueo 1.0
– 1.5 m de avance en el socavón.
Instalar el sostenimiento con el
avance de la excavación 10 m del
frente de avance
Pernos sistemáticos de 4.5
m de longitud espaciados a 1
– 1.5 m en la corona y en las
paredes con malla de
alambres
100-150 mm en
la corona y 100
mm en las
paredes.
Arcos ligeros a
medianos espaciados a
1.5 m donde sean
necesarios.
V. ROCA MUY
MALA
RMR: < 20
Galerías múltiples, 0.5 – 1.0 m de
avance en el socavón de tope.
Instalar el sostenimiento con el
avance de la excavación.
Shotcrete tan pronto como sea
posible después de la voladura
Pernos sistemáticos de 5 – 6
m de longitud espaciados 1 –
1.5 m en la corona y en las
paredes. Pernos en el piso.
150-200 mm en
la corona, 150
mm en las
paredes y 50 mm
en el frente
Arcos medianos a
pesados espaciados a
0.75 m con encostillado
de acero y
marchavantis de ser
necesario cerrar la
sección (Invert)

42. CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER
Y TAYLOR – RECOM. PARA EL SOSTENIMIENTO
Considerando los valores de la clasificación ajustados y
tomando en cuenta practicas normales de sostenimiento en
minas se propone:
VALORES
AJUSTADOS VALORES GEOMECANICOS ORIGINALES - BIENIAWSKI
90-100 80-90 70-80 60-70 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 0-10
70 - 100
50 – 60 a a a a
40 – 50 b b b b
30 – 40 c,d c,d c,d,e d,e
20 – 30 e f,g f,g,j f,h,j
10 – 20 i i h,i,j h,j
0 - 10 k k l l

43. CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER-TAYLOR – SOSTENIMIENTO
• a.- Generalmente no hay sostenimiento, pero algunas intersecciones de fisuras
pueden necesitar pernos.
• b.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 1 m.
• c.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 0.75 m.
• d.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 1 m y 100 mm de
concreto lanzado.
• e.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 1 m y concreto colado
de 300 mm y que solo se usara si los cambios de los esfuerzos no son excesivos.
• f.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 0.75 y 100 mm de
concreto lanzado.
• g.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 0.75 m y 100 mm de
concreto lanzado y malla.
• h.- Concreto colado de 450 mm de espesor con una cuadricula de pernos
cementados con espaciamiento de 1 m si los cambios de los esfuerzos no son
excesivos.
• i.- Pernos cementados con espaciamiento de 0.75 m si hay un esfuerzo potencial a
la mano, y 100 mm de concreto lanzado, luego cimbras de acero a manera de
técnica de reparación si los cambios en los esfuerzos son excesivos.
• j.- estabilizar con refuerzos de cable protector y concreto de 450 mm de espesor si
los cambios en los esfuerzos no son excesivos.
• k.- Estabilizar con refuerzo de cable protector seguido de concreto lanzado hasta e
incluyendo el frente si es necesario y luego cimbras de acero poco separados, como
técnica de reparación donde los cambios en los esfuerzos son excesivos.
• l.- No trabajar en este terreno, o usar las técnicas j ó k.

44. De = Diámetro, anchura o altura de túnel (m)
Relación de sostenimiento (ESR)
SOSTENIMIENTO PRELIMINAR “Q”
DIMENSION EQUIVALENTE De
EL VALOR DE ESR ESTA RELACIONADO AL USO QUE SE LE DARA A LA
EXCAVACION Y AL GRADO DE SEGURIDAD QUE ESTA DEMANDE DEL
SISTEMA DE SOSTENIMIENTO INSTALADO PARA MANTENER LA
ESTABILIDAD DE LA EXCAVACION
RELACIONANDO EL INDICE Q A LA ESTABILIDAD Y A LOS REQUERIMIENTOS DE
SOSTENIMIENTO DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS, BARTON LIEN Y LUNDE,
DEFINIERON UN PARÁMETRO ADICIONAL AL QUE DENOMINARON DIMENSION
EQUIVALENTE De DE LA EXCAVACIÓN.
ESTA DIMENSION ES OBTENIDA DIVIDIENDO EL ANCHO, DIAMETRO O ALTRURA
DE LA PARED DE LA EXCAVACION POR UNA CANTIDAD LLAMADA RELACION
DE SOSTENIMIENTO DE LA EXCAVACION, ESR. :
EN FUNCION DEL ESR SE HA ENCONTRADO LA SIGUIENTE RELACION QUE
PERMITE OBTENER LA DISTANCIA AL FRENTE SIN REVESTIR:
LA LONGITUD DE LOS PERNOS PUEDE SER ESTIMADA A PARTIR DEL
ANCHO DE EXCAVACION B Y EL ESR: L = 2 + 0.15B (m) L = 2 + 0.15H (m)
ALTURA (H) (ESR) (ESR)

45. VALORES DE ESR, BARTON et.al (1974)
CATEGORIA DE
EXCAVACIONES
DESCRIPCION ESR
A
Excavaciones mineras temporales
3- 5
B
Aberturas mineras permanentes, túneles de agua
para hidroeléctricas (excluyendo conductos
forzados de alta presión), túneles, galerías y
sovavones para grandes excavaciones.
1.6
C
Cámaras de almacenamiento, plantas de
tratamiento de agua, túneles carreteros y
ferrocarrileros menores, cámaras de equilibrio,
tuneles de acceso.
1.3
D
Casas de máquinas, túneles carreteros y
ferocarriles mayores, refugios de defensa civil,
portales y cruces de túnel.
1.0
E
Estaciones núcleo eléctricas subterráneas,
estaciones de ferrocarril, instalaciones para
deportes y reuniones, fábricas.
0.80

46. PRESIONES SOBRE EL SOSTENIMIENTO
(BARTON et al, 1974)

47. CATEGORIAS DE SOSTENIMIENTO BASADAS
EN INDICE DE CALIDAD Q

48. TIPOS DE SOSTENIMIENTO
(BARTON et at,1974)

49. SOSTENIMIENTO SEGUN BARTON
GEOCONSULT LATINOAMERICA LTDA

50. SOSTENIMIENTOS SEGÚN EL INDICE Q

51. SOSTENIMIENTO SEGÚN BARTON
1992

52. SOSTENIMIENTO:
Gunita con fibras: 9 cm
Pernos de Longitud: 3m
Espaciado : 1,7m
TÚNEL DE CARRETERA:
ESR = 1
DÍAMETRO = 10 m
Macizo rocoso, Q=1
SOSTENIMIENTO SEGÚN BARTON 1992

53. SOSTENIMIENTOS DE HORMIGON
SE CALCULA EL ESPESOR DE ESTE A PARTIR DE LA
EXPRESION:
DONDE:
t = ESPESOR DEL HORMIGON REVESTIMIENTO (cm)
P = PRESION APLICADA (kg/cm²)
R = RADIO INERIOR DEL REVESTIMIENTO (cm)
C = RESISTENCIA A COMPRESION DEL HORMIGON (kg/cm²)
t = P * R
C

54. CONDICIONES TIPICAS DE TUNELES (3 A 10 m DE LUZ)

55. SISTEMA DE EVALUACION
ANALITICA Y
SEMIANALITICA

56. UNWEDGE

57. SEMIANALITICOS

58. SEMIANALITICOS

59. SEMIANALITICOS

60. SEMIANALITICOS

61. SEMIANALITICOS

62. SISTEMA DE EVALUACION
NUMERICA

63. METODO NUMERICO

64. METODO NUMERICO

65. TECHO
CAPA
CUARCITA
MURO
ANÁLISIS ELASTO-PLÁSTICO

66. Distribución del invariante tensional una vez excavadas las tres camaras de
explotación, cuyos maximos indican las zonas de rotura por compresion
potencial. Vista de detalle.
ANÁLISIS ELASTO-PLÁSTICO

67. Distribución de la tensión principal menor una vez excavadas las tres
cámaras de explotación, cuyos valores negativos indican las zonas sometid
a tracción, y por tanto de potencial rotura a traccion o cortante.
ANÁLISIS ELASTO-PLÁSTICO

68. COMPUTO DE ESFUERZOS POR ELEMENTOS FINITOS

69. TALADROS
LARGOS

70. METODO OBSERVACIONAL

71. METODO OBSERVACIONAL

74. METODOLOGIA DEL DISEÑO GEOTECNICO
ESTRATEGIA DE DISEÑO GEOTECNICO
 Se requiere de suficiente INVERSION en Investigaciones geológico –
geotécnicas e hidrogeológicas para lograr un proyecto ajustado a la
realidad sin mayores riesgos.
 Se debe desarrollar métodos de diseño mas exhaustivos, que permitan
abordar TODAS las posibilidades situaciones típicas y extraordinarias
posibles en la fase de construcción.
 El método debe ser TRAZABLE en todo su desarrollo, para así permitir la
actuación de cualquier Consultor o Asesor y pueda ser ajustado en
cualquier fase de su desarrollo.
LAS SOCIEDAD AUSTRIACA DE GEOMECANICA HA EMITIDO LA
PRIMERA METODOLOGIA OFICIAL DE DISEÑO GEOTECNICO DE
TUNELES EN EL AÑO DE 2003
ACTUALMENTE ESTA SE IMPONE COMO NORMA PARA SU
APLICACIÓN EN EL DISEÑO Y LA CONSTRUCCION DE TUNELES

75. METODOLOGIA DEL DISEÑO GEOTECNICO
FLUJOGRAMA DESCRIPTIVO DE LA METODOLOGIA

76. MUCHAS GRACIAS