Diseño de cavidades subterráneas

3.1 Distribución de tenciones alrededor de cavidades subterráneas aisladas Introducción : Cuando se realiza una excavación subterránea en un macizo rocoso, las tensiones que previamente existían en la roca se ven modificadas por dicha excavación, generándose unas nuevas tenciones en la zona próximo al hueco excavado. Este nuevo campo de tensiones se puede representar mediante las trayectorias de las tensiones principales, que son líneas imaginarias en un cuerpo elástico sometido a tensión, a lo largo de las cuales actúan las tensiones principales.

3.1.4 Excavaciones circulares

3.1.5 Agujeros rectangulares con esquinas redondeadas Si las esquinas de una cavidad forman ángulos rectos, según se vio con anterioridad, la concentración teórica de tensiones en esas zonas será infinita, por lo cual se supone que las esquinas son redondeadas. La distribución de tensiones depende de la relación entre el radio de curvatura y la anchura del hueco, r/Wo

3.1.6 Agujeros elípticos

Pa Y Pc son los radios de la curvatura en A y C Sh y Sv son las componentes del campo biaxial de tensiones en el maciso rocos De las ecuaciones anteriores se deduce que al ir disminuyendo el radio de curvatura, la concentración de tensiones de compresión va aumentando Este principio general también es aplicado a excavaciones con secciones transversales diferentes, tales como rectángulos con esquinas redondeadas como se ha indicado anteriormente. En este caso la situación mas favorable se obtiene cuando el radio de curvatura toma el máximo valor posible, que es la mitad de la altura de la excavación, es decir cuando la sección trasversal de la excavación tiene forma de ovalo.

3.2 Distribucion de tensiones alrededor de aberturas multiples(cámaras y pilares) en macizos rocosos competentes, masivos y elasticos Al realizar una excavación subterránea hay que dejar unas zonas en macizo rocoso sin extraer, con el objeto de sujetar el hueco creado. Estas partes sin extraer reciben el nombre de pilares. Los pilares pueden ser: corridos, cuando una de las dimensiones laterales es mucho mayor que la otra, o aislados, cuando ambas dimensiones laterales son análogas. Los pilares aislados pueden ser cuadrados, rectangulares, circulares o irregulares. Por otra parte, los pilares pueden recuperarse al final de la explotación, mediante relleno de los huecos existentes entre los pilares y posterior extracción de los mismos. según la teoría de la elasticidad, en lo relativo a distribución de tensiones alrededor de cavidades circulares, la alteración de las tensiones tangenciales en roca elástica se extiende hasta una distancia entre 3 y 5 veces del radio del hueco excavado, asi si se quiere realizar una excavación que no se vea influenciada por otro hueco previamente realizado, aquella debe llevarse a cabo a una distancia de por los menos tres diámetros de la primera excavación.

Roturas del techo y de los parámetros relacionadas con la estructura geológica 6.1 Estabilidad de huecos a distintas profundidades Cuando se trata de un macizo rocoso formado a base de bloques, los problemas de estabilidad en cavidades subterráneas a poca profundidad, surgen únicamente como consecuencia de fenómenos de caída de bloques es debida a la gravedad, es decir, al peso del bloque en cuestión; además, estas caídas se ven influenciadas por las tensiones existentes “in situ”. A pequeña profundidad, estas tensiones se pueden despreciar y las caídas de los bloques dependen de la geometría y tamaño de la excavación así como de la estructura del macizo rocoso. Se realiza la excavación en roca sana con pocas juntas, no se presentan grandes problemas de estabilidad, sobre todo si las tensiones alrededor del hueco excavado son inferiores a la quinta parte de la resistencia a compresión de la roca.

6.2 Roturas dependientes de la estructura Caída de cañas del techo Para que se forme un bloque que pueda caer de la excavación, debe haber como mínimo tres planos de discontinuidad. A continuación, utilizando la proyección estereográfica, se estudiara la estabilidad de una cuña situada en el techo de la excavación. Se presentan dos posibilidades de caída de cuñas: Cuando la cuña cae en deslizamiento. Este fenómeno se produce cuando la vertical trazada desde el vértice de la cuña corta al techo en un punto que cae dentro de la base de la cuña. En el caso que dicho punto se situe fuera de la base de la cuña, esta caerá deslizando sobre uno de sus planos o sobre la línea de intersección entre dos planos.

6.2.2 Evaluación de la forma y volumen de las cuñas del techo de la excavación, potencialmente inestables Aquí como en los demás casos se van a estudiar, se utilizara la proyección estereográfica. Los planos de la cuña se representan por sendos arcos de circulo máximo A,B,C. La dirección de dichos planos se representa mediante las recatas a,b,c Las trazas de los planos verticales que se pasan por el centro de la red y por las intersecciones de los círculos máximos, están señaladas con las letras ab, bc, ac Caída de cuñas de los parámetros. Primer método Las cuñas solo podrán caer por deslizamiento, no por gravedad exclusivamente. Considerando una cuña situada en uno de los parámetros de la excavación, dicha cuña se representa por la proyección de la trazas de los tres planos que la forman, sobre un plano horizontal que pasa por el centro de la esfera de referencia. Para obtener la forma real de la cuña en el paramento de la excavación, hay que determinar la forma de la figura de intersección proyectada sobre un plano vertical.

6.2.4 Caída de cuñas de los parámetros. Segundo método Partiendo de la misma exacavacion anterior, para estudiar la estabilidad de las cuñas hay que hallar la proyección verdadera de la cuña sobre el parámento de la excavación, para lo cual se procede como sigue: Las trazas a, b, c de las juntas A,B,C que forman la cuña en el parámetro de la excavación, se obtienen determinando el primer lugar de los buzamientos aparentes

6.3Análisis por computador de inestabilidades estructuralmente controladas El análisis computador de la estabilidad estructural esta justificado cuando se trata de una excavación suficientemente grande en la que es necesario realizar muchos cálculos para estudiar la estabilidad de un gran numero de cuñas. El análisis estereográfico de la estabilidad de las cuñas es especialmente útil a la hora de comprobar la estabilidad de cuñas aisladas. 6.4 Influencia del tamaño de la excavación sobre roturas controladas estructuralmente Se considera el ejemplo de una excavación en la que el eje de la misma es paralelo a la dirección de la línea de intersección de las dos familias de juntas existentes, cuyo espaciado es de 30cm. La galería excavada es de sección cuadrada. Las zonas sombreadas adyacentes a la galería mas pequeña de la figura que es una galería de 1,80 x 1,80m de sección origina unas cuñas inestables de aproximadamente 1,10m3 por cada metro de longitud de galeria

6.5 Influencia de las tensiones existentes “ in situ” sobre inestabilidades controladas estructuralmente Cuando se trata de excavaciones realizadas a grandes profundidades o cuando las tensiones horizontales son muy elevadas, no se pueden despreciar estas fuerzas a la hora de estudiar la estabilidad de las cuñas, tal y como se hiso en los puntos precedentes, sin embargo, asta el momento nose conoce bien la influencia de las tensiones “in situ” sobre cuñas o bloques cinema ticamente inestables, por lo que solo se puede tratar el problema en casos muy particulares.