CLASIFICACION DE LOS MATERIALES DE EXCAVACION PRODUCTO DE LA FALLA CORTE ALTO, SIN. CARRETERA DURANGO-MAZATLÁN PDF

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EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO CON MARTILLO HIDRÁULICO EN LA FALLA CORTE ALTO. ÍNDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN GEOLOGÍA ESTRUCTURAL DEL ÁREA ANÁLISIS ESTEREOGRÁFICO DE FALLA PLANA Y BLOQUE EN CUÑA CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE CORTE Condiciones adversas que dificultaron los proceso...

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EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO CON MARTILLO HIDRÁULICO EN LA FALLA CORTE ALTO.

ÍNDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN GEOLOGÍA ESTRUCTURAL DEL ÁREA ANÁLISIS ESTEREOGRÁFICO DE FALLA PLANA Y BLOQUE EN CUÑA CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE CORTE Condiciones adversas que dificultaron los procesos de excavación

DEFINICIÓN  MATERIALES A  MATERIALES B  MATERIALES C DIFICULTADES EXPERIMENTADAS DURANTE LA EXCAVACIÓN DEL MATERIAL DESLIZADO  MATERIALES β

LOCALIZACIÓN Y DISTRIBUCIÓN CARACTERIZACIÓN DEL DESLIZAMIENTO CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DESLIZADOS (00 10 20 70) CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA -LIBRO AZUL. SCT -SINGH CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE CORTE -TABLAS DE ARABILIDAD SEGÚN CATERPILLAR -NORMAS SCT

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EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO CON MARTILLO HIDRÁULICO EN LA FALLA CORTE ALTO.

ANEXOS

Anexo .Anexo I.- Falla por perdida de soporte del macizo rocoso. Anexo II.- Cronología de los hechos relevantes relacionados a los deslizamientos. Anexo III.- Excavación y demolición de los materiales de falla utilizando el martillo hidráulico Anexo IV.- Fallas Paralelas a Falla Corte Alto. Anexo V.- Comportamiento inestable del terreno por las estructuras geológicas Anexo VI.Anexo VII.-

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EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO CON MARTILLO HIDRÁULICO EN LA FALLA CORTE ALTO.

INTRODUCCIÓN Al iniciar el 22 septiembre del 2008, las excavaciones en el área del portal de entrada del Túnel Corte Alto, desde el Km 172+240 hacia el umbral, ubicado en el Km 172+280, se reportó - una vez observadas las características físicas de los materiales en estado casi suelto - que los materiales cortados se derrumbaban, y por lo tanto la línea de los ceros del corte lateral izquierdo y frontal, así como la inclinación pretendida de los cortes proyectados eran en la práctica difícilmente alcanzables. Poco tiempo después, el día 24 de noviembre las excavaciones fueron suspendidas cuando se observó la traza de una grieta de tensión en la parte alta de la ladera del cerro (Anexo I.Falla por perdida de soporte del macizo rocoso y censo del movimiento).

Fotografía 1.- Cara norte “Corte Alto” en deslizamiento. Grieta de tensión (línea roja).

A partir de ese momento, el consorcio constructor y la supervisión de obra revisaron y complementaron el modelo geológico a fin de encontrar una solución geotécnica, idónea a las características geológicas observadas y movimientos del terreno. De inmediato se replanteó la pendiente del corte, considerando ésta debería ser igual al ángulo de la superficie de falla. El umbral del portal de entrada del túnel se reubicó a un ámbito rocoso no afectado por las fallas. También se revisaron y replantearon los sistemas de refuerzo que serían aplicados a los cortes. Además, fue necesario utilizar el martillo hidráulico como herramienta para excavar, y fragmentar la cuantiosa cantidad de bloques mayores a 200 cm. (sobre tamaños) para poderlos empujar, cargar y transportar. Analizadas las condiciones geológicas del sitio, se decidió: “el retiro de los materiales de la zona de falla”; “acortamiento de la longitud del túnel en 60 metros, reubicando el portal de entrada al Km 172+340 aproximadamente”, y prolongando la longitud del túnel falso (Anexo II.- Cronología de los hechos relacionados con la Falla Corte Alto). Bajo las recomendaciones anteriores los trabajos ingenieriles continuaron hasta el día 11 de mayo 2009, fecha en la cual el terreno volvió a deslizar.

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Fotografía 2.- Agrietamientos del terreno después del deslizamiento del día 11/05/2013.

En esta ocasión el deslizamiento afectó la cara perfilada del corte y el espolón rocoso situado entre las actuales gasas 10, 20 y 60, mismo que actuaba como contrafuerte impidiendo el libre deslizamiento sobre la superficie de la Falla Corte Alto.

Fotografía 3.- En el segundo deslizamiento ocurrido durante las excavaciones de la falla, involucró dos superficies de falla: a la Falla “CORTE ALTO”, y a la superficie arcillosa y húmeda de color violeta, que existía entre las tobas verdes y el aglomerado volcánico.

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Fotografía 4.- Detalle de la superficie arcillosa de contacto y del deslizamiento de los materiales.

Después de revisar nuevamente la geología del sitio, se precisó la ubicación de la Falla N-S, a la altura del Km 172+285, misma que hasta ese momento había sido inferida alrededor del Km 172+270. FIGURA 1

Figura 1.- Sección geológica modificada en donde se observa la localización de la falla N-S.

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EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO CON MARTILLO HIDRÁULICO EN LA FALLA CORTE ALTO. En la Figura 1 (tomada del Plano Geotécnico Proyecto), se ha ubicado a la falla N-S, y dado que esta falla, se encontraba por detrás del plano del portal proyectado, los cortes ahí realizados tuvieron un reducido tiempo de sustentación (Fotografías 5 y 6). FALLA NORTE - SUR

Fotografía 5.- Area afectada por la falla geológica N-S. Portal de entrada del túnel Corte Alto (flecha)

Fotografía 6.- Materiales efectados por la Falla Norte Sur cruzándo la traza en el km 172+290

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OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN El objetivo del dictamen geológico y geotécnico aquí presentado, establece las causas “geológicas”, que influyeron en el comportamiento dinámico del terreno, al deslizar grandes volúmenes de materiales en repetidas ocasiones, durante las excavaciones del portal de entrada del túnel. Una vez experimentada la ineficiencia y las dificultades experimentadas para excavar los materiales de corte clasificados prioritariamente como materiales C, los cuales estaban afectados por grietas y fracturas excepcionalmente abiertas, las excavaciones fueron realizadas prioritariamente con martillo hidráulico. Por ello, el segundo objetivo de este trabajo es el de reclasificar a los materiales de corte afectados por al menos tres movimientos importantes del terreno, cambiando su condición física original y dificultando notoriamente su extracción (excavación). Para ello se exponen las características físicas de los materiales de corte, destacando su gran tamaño (mayor a 2000 cm) y peso. Los bloques al estar separados entre sí por fracturas abiertas (grietas), tuvieron que ser demolidos (fragmentados) para desarraigarse y así poderlos empujar, cargar y transportar (Anexo III.- Excavación y demolición de los materiales de falla utilizando el martillo hidráulico).

Fotografía 7.- Demolición in-situ del aglomerado volcánico, utilizando el martillo hidráulico una vez que se verifico la ineficiencia de la voladuras debido a la profusión de grietas abiertas, tal como se observa abajo del martillo.

A continuación se presentan planos, secciones, figuras, y diagramas, para demostrar cuáles fueron las causas geológicas y estructurales que influyeron en el adverso comportamiento del terreno y reclasificarlos de acuerdo a su dificultad de extracción.

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GEOLOGÍA ESTRUCTURAL DEL ÁREA En la planta geológica y estructural del sitio (Figura 2), la superficie de deslizamiento, conocida como “Falla Corte Alto”, se representa con flechas rojas. Las dos fallas iluminadas con rojo intenso, son fallas paralelas a la denominada “Falla Corte Alto”. La primera alrededor del Km 172+140 y la segunda en la parte superior del corte (+/- elevación 1450), son superficies que se encuentra por arriba y por debajo de la “Falla de Corte Alto”. Ello sugiere que la Falla Corte Alto, es un elemento de un sistema de fallas paralelas, determinado durante la construcción de las obras y aquí ratificado.

54°

FIGURA 2 Figura 2.- Plano geológico tomado del levantamiento geológico de campo realizado en agosto 2009.

Estas fallas fueron levantadas en campo con apoyo topográfico el día 26 de Agosto del año 2009 y los puntos de control (afloramientos marcados con números negros en el plano) fueron verificados geológicamente por ingenieros de la empresa de supervisión de obra (Boletín de Campo No. 4).

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ANÁLISIS ESTEREOGRÁFICO DE FALLA PLANA Y BLOQUE EN CUÑA En la tabla siguiente se presentan los echados del espejo de falla Corte Alto y de otras superficies de fallas paralelas a ésta, localizadas por debajo y por arriba de ésta.

Tabla 1.- Espejo de falla Corte Alto, Fallas Paralelas. Tabla 1.- Falla Corte Alto (puntos 2, 10, 10, 12, 13, 14); Fallas paralelas a Falla Corte Alto (puntos 1, 3, 4, 7, 8); Fallas asociadas (puntos 3, 4), Contacto arcilloso (punto 15).

En el diagrama estereográfico presentado a continuación (Figura 3), se representan los planos de la tabla superior, el contacto arcilloso de color violeta (15), la falla N-S (misma que quedó totalmente expuesta una vez el corte fue estabilizado). FIGURA 3.- Diagrama estéreográfico que muestra las dos direcciones de intersección de las fallas respecto a un corte a 45° (línea negra y discontinua). Nótese que la inclinación del vector de intersección es menor a 45 ° y por lo tanto ambas cuñas tienen salida de la superficie cortada.

Se observa que dos de los tres planos de “falla” poseen rumbos semejantes, y que las inclinaciones del contacto arcilloso violeta y la del espejo de deslizamiento de la falla son menor a los 45° del corte. Por lo tanto, ambos tienen salida de la superficie del corte, es decir que pueden deslizar. Por otra parte, el plano de la Falla Norte-Sur, al cruzarse con la falla Corte Alto, o con el contacto arcilloso, forma una traza con menor inclinación al ángulo del corte (45°) y por lo

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EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO CON MARTILLO HIDRÁULICO EN LA FALLA CORTE ALTO. tanto, las cuñas formadas también tienen salida de la cara cortada (Figura 3. Flecha de colores).

Fotografía 8.- En esta imagen se ha marcado la traza de la falla Norte-Sur y se observa cómo están desplazadas las unidades litológicas por varias decenas de metros.

Falla Norte Sur con un ancho de unos 10 metros, conformada por roca triturada en fragmentos grandes, medianos y chicos, los cuales se encuentran empacados entre respaldos arcillosos de tono amarillento.

Fotografía 9.- En la imagen se observa la banda de materiales afectados por la falla N-S, alrededor del Km 172+280, nótense las tobas verdes y el aglomerado rojizo a ambos lados de la falla (portal lateral derecho).

Además, de haberse discriminado el sistema de Falla Corte Alto (Figura 3), se precisó la posición de la Falla Norte-Sur, misma que fue inferida oportunamente (ver Sección Geotécnica de Proyecto), pero que fue hasta el momento en que se descubrió totalmente la superficie de deslizamiento de la Falla “Corte Alto”, cuando se precisó su ubicación, en el corte y en los cortes del portal de entrada del túnel (Fotografía 9).

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EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO CON MARTILLO HIDRÁULICO EN LA FALLA CORTE ALTO. De la misma manera y durante las excavaciones del corte “Corte Alto”, se descubrió un horizonte arcilloso de unos 20 cm de espesor y con 20° grados de inclinación, superficie sobre la cual deslizaró el aglomerado volcanico. A medida que la excavación avanzaba hacia el portal de entrada del túnel, y por el otro lado, para alojar a la gasa 20, el pie de ambas cuñas se debilitó y fracturó (Fotografía 10), permitiendo con ello el deslizamiento de los materiales de corte (Anexo IV.- Fallas paralelas a Falla Corte Alto).

Fotografía 10.- Plantilla de barrenos destruida por los agrietamientos del terreno.

Por otro parte, la cuña analizada que forma la Falla 214°/54°, con otra semejante a la N-S (280°/60°), fue reportada oportunamente (Anexo V.- Verificación y Chequeo de Proyecto). En dicho reporte se recomendó revisar la longitud del anclaje colocado.

Fotografía 11.- Cuña rocosa formada por las fallas geológicas entre los kilómetros 20+175 al 20+095

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EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO CON MARTILLO HIDRÁULICO EN LA FALLA CORTE ALTO. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE CORTE Las características físicas de los materiales de corte afectados por el deslizamiento previo de sus componentes pétreos y por aquellos ocurridos durante su excavación, no corresponden a aquellas descritas para ninguna de las clases tipo A, B y C, propuestas en las especificaciones técnicas de la SCT, específicamente con los criterios de clasificación descritos en el Capítulo 3.01.01.003 del Libro 3, en las páginas 16, 17, 18 y 19. De acuerdo a la descripción y clasificación de los materiales de corte ahí propuesta, las características de los materiales deslizados sobre la superficie de La Falla Corte Alto, no pueden asociarse a ninguna de las tres clases, ni a los métodos de excavación utilizados, así como las dificultades que se tuvieron que vencer para ser extraídos (excavados) del recinto donde ahora se alojan las obras en servicio de la carretera Durango-Mazatlán. Esta afirmación se fundamenta en el hecho de que los materiales de falla fueron excavados en un terreno inestable, y con movimientos intermitentes, ocasionando que los trabajos fueran cuidadosamente realizados y que en algunas ocasiones fuesen suspendidos temporalmente para evitar riesgos innecesarios. Para iniciar la clasificación de los materiales de corte primero se exponen a continuación las descripciones de los comúnmente conocidos materiales A, B y C., utilizadas por la SCT. Material A Materiales blandos y sueltos, o suelos poco o nada cementados, con partículas hasta de 7.6 cm (3”). Estos materiales pueden ser eficientemente excavados con moto escrepa de 90 a 110 caballos de potencia sin auxilio de arados (ripper) o tractores empujadores, aunque ambos puedan ser utilizados para obtener mayores rendimientos. Material B Materiales que por la dificultad de extracción y carga, solo pueden ser excavados eficientemente por tractor de oruga con cuchilla de inclinación variable de 140 a 160 caballos de potencia, sin el uso de arado o explosivos, aunque por conveniencia se utilicen estos para aumentar el rendimiento. Además se consideran como Material B, a las piedras menores a 75 cm y mayores a 7.6 centímetros (3”) en estado suelto. Material C Son aquellos materiales que por su dificultad de extracción, sólo pueden ser excavados eficientemente mediante el uso de explosivos. Además, se considera que las rocas en estado suelto con una dimensión mayor a 75 cm., son Materiales C.

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EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO CON MARTILLO HIDRÁULICO EN LA FALLA CORTE ALTO. Esta discriminación de los materiales de corte en tres clases, considera la dificultad de extracción de los materiales de corte, el tamaño de sus componentes, asociadas a la eficiencia de la maquinaria utilizada o empleando explosivos. Sin embargo, y como se verá a continuación, el método de excavación con voladuras, para los materiales C, no es aplicable en este caso a los materiales de falla que estuvieron sujetos a movimientos intermitentes o continuos del terreno, ya sea que los movimientos se deban en parte a la influencia de la propia excavación o que el movimiento del terreno sea naturalmente inestable. Para continuar con la clasificación primero se especifican las dificultades experimentadas para llevar a cabo las excavaciones y finalmente la ejecución de la obra. DIFICULTADES EXPERIMENTADAS DURANTE LA EXCAVACIÓN DEL MATERIAL DESLIZADO A continuación se describen las condiciones geológicas del terreno y se explican en que consistieron las dificultades que se presentaron durante la excavación: 1. Inestabilidad (derrumbes), deslizamientos y agrietamientos de las superficies cortadas antes de poder ser reforzadas con algún sistema de refuerzo (Figura 4).

Figura 4.- Sección geológica del túnel donde se indica la zona de roca inestable y la dirección del deslizamiento en planta, así como el plano de deslizamiento o falla.

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2. La inestabilidad de las superficies interiores de los barrenos de carga, al estar afectada por grietas y fracturas abiertas, provocó frecuentemente bloqueos en el espacio perforado y la necesidad de sopletear, volver a barrenar y en algunas ocasiones restituir el barreno.

Fotografía 12.- Presencia de grietas abiertas, dañando la plantilla de la voladura

3. Ineficiencia (total o parcial) de las voladuras, debido al nulo confinamiento de la presión expansiva de los gases sobre las paredes del barreno para que ésta fuese capaz de quebrar a la roca, debido a que la presión de los gases se disipó a través de grietas y fracturas abiertas.

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EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO CON MARTILLO HIDRÁULICO EN LA FALLA CORTE ALTO. Fotografía 13.- Grietas abiertas debido al movimiento de los bloques deslizados que impidieron la realización sistemática de la excavación utilizando explosivos. Obsérvese como el martillo neumático tiene dimensiones semejantes a la de varios bloques de roca.

4. Ineficiencia en el rezagado del banco explotado debido a la mezcla heterogénea de materiales cargables con aquellos mayores a 200 cm, los cuales tuvieron que ser fragmentados antes de que pudiesen ser levantados del terreno para ser transportados.

Fotografía 14.- Rezaga compuesta por sobre tamaños y otros de tamaño adecuado para ser cargados. Nótese el estado muy abierto de las discontinuidades.

Aunado a las dificultades anteriores, la alternativa de monear (dinamitar) los sobre tamaños para fragmentarlos fue descartada, ya que estas labores son redituables siempre y cuando se realicen de manera esporádica. Pero por la gran cantidad de sobre tamaños, estas labores hubiesen entorpecido el desarrollo de la obra y aumentado el riego en el área de trabajo, al localizarse el sitio como punto nodal para el desarrollo oportuno de la obra, transito constante de vehículos, personal y dada su proximidad a la carretera federal 40 y casas habitación. Las condiciones físicas y “granulométricas” de los materiales en proceso de deslizamiento ocasionó que los trabajos de excavación en él ejecutados, se tuviesen que realizar bajo condiciones de riesgo y por lo tanto, fueron ejecutados cuidadosa y lentamente.

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EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO CON MARTILLO HIDRÁULICO EN LA FALLA CORTE ALTO. De modo que la clasificación de los materiales que a continuación se propone, incluye a materiales que por su tamaño y peso, fueron necesariamente excavados o fragmentados mediante el martillo hidráulico denotándolos como Materiales (β), término que se describe y propone a continuación para diferenciarlos de las clases propuestas por la SCT. DEFINICIÓN DE MATERIALES β Son aquellos materiales pétreos, que no pueden ser excavados con el arado del tractor D-8, que pueden ser empujados individualmente y con gran dificultad con la cuchilla de un tractor D-8, y que no son rentablemente excavados mediante el uso convencional de explosivos por la lentitud y dificultades que se presentan para preparar la platilla de las voladuras (inestabilidad de los barrenos de carga) y por los resultados ineficientes de las voladuras dada la profusión de aberturas a través de las cuales la presión de los gases escapa. Los materiales β son aquellos que no pueden ser eficientemente excavados mediante el uso de explosivos. Además, se considera aquí que todas las rocas en estado suelto y con una dimensión mayor a 200 cm deben ser consideradas también como materiales beta por el elevado grado de dificultad que oponen para ser cargados con una excavadora 320 o 330 y que no deben considerarse como típicos materiales C. Estos materiales fueron encontrados de manera aislada, en mezclas de materiales finos o form...