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APLICACIÓN DE LOS EXTENSÓMETROS MÚLTIPLES EN LA CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO

Trabajo presentado en el VII Simposio Peruano de Geoingeniería.

Por: Freddy Cherres Sandoval, Carlos Ramírez Orejuela y Marco Lacana Pianta, Universidad Nacional de Piura.


Resumen

El presente trabajo de investigación ha permitido conocer la relación que hay, entre la platina “H” y anclaje 1 (los dos primeros metros) y las condiciones geomecánicas in situ en la zona donde fueron instalados los extensómetros múltiples, con ello se ha podido caracterizar el interior del macizo rocoso. 

Para ello, se ha utilizado la clasificación del “Q” de Barton, obteniéndose un nuevo “Qi” o “Q interior” que valora la calidad en el interior del macizo rocoso a partir del recálculo de tres variables, el “RQDi”, “Jni” y el “Jai” mientras que los parámetros Jr, Jw y SRF son los mismos valores obtenidos en la etapa del mapeo geomecánico in situ.

Introducción

El presente trabajo de investigación es un resumen de la tesis titulada: “Análisis geomecánico y geotécnico con aplicación de extensómetros múltiples en la caverna desarenador – Central Hidroeléctrica Quitaracsa I”, realizado por el presente investigador y con asesoramiento de sus colaboradores. El estudio hace referencia al procedimiento para la caracterización geomecánica del macizo rocoso estimando, para ello un “Q de Barton interior” o “Qi” en el interior del macizo rocoso a partir de la interpretación de nueve extensómetros múltiples y del mapeo geomecánico en la zona donde fueron instalados los extensómetros.

La información procesada proviene de la Caverna Desarenador en la Central Hidroeléctrica Quitaracsa. La instalación y monitoreo inicial fue realizado por la empresa Geomecánica Latina. De los nueve extensómetros analizados en la tesis, el presente resumen, muestra la interpretación de tres extensómetros múltiples: Ext. 1, 2 y 5.

La caracterización en el interior del macizo rocoso consiste en estimar un nuevo “Qi” que permitirá hacer una zonificación desde el punto de vista geomecánico en el interior del macizo rocoso, el mismo podría ser aplicado en taludes, túneles con zonas inestables, cavernas, piques, pilares, etc., todos ellos en zonas rocosas.

El “Q” de Bartón pertenece a una serie de clasificaciones geomecánicas que permiten entender no solo el comportamiento geomecánico del macizo rocoso, sino también, estimar teóricamente parámetros geotécnicos del macizo y diseñar sostenimientos para túneles y cavernas subterráneas. Esta clasificación fue propuesta por Bartón, Lien y Lunde en 1974, a través del análisis de una gran cantidad de túneles. El “Q” de Barton se calcula a partir de seis parámetros (Q = RQD/Jn x Jr/Ja x Jw/SRF). La comprensión del macizo rocoso a partir de esta clasificación se limita a la zona de superficie o zona in situ evaluada, mientras que en el interior se desconoce si las condiciones son las mismas.

La presenta investigación, consiste en caracterizar el interior del macizo rocoso a partir de la estimación de un nuevo “Qi”, utilizando para ello, algunos parámetros de la clasificación del “Q” de Barton a partir de la interpretación de los valores obtenidos en los anclajes o sensores en los extensómetros múltiples, mediante tres etapas. En primer lugar, analizar los valores de deformación registrados por los sensores en los extensómetros múltiples, en segundo lugar, interpretar el mapeo geomecánico de las estructuras proyectadas en el interior del macizo rocoso y, en tercer lugar, la reutilización de algunos parámetros del “Q” de Barton valorada durante la excavación.

Este nuevo “Qi”, se estimará a partir del “RQDi” y el “Jai” obtenidos de la interpretación de los datos interanclajes en los extensómetros múltiples, mientras que el parámetro “Jni” se obtendrá del mapeo geomecánico a través de las estructuras o discontinuidades (fallas y diaclasas) proyectadas en el interior del macizo rocoso, los otros parámetros “Jr”, “Jw” y “SRF” serán los mismos valores del “Q” de Barton obtenidos in situ durante el mapeo geomecánico estructural en la zona donde fueron instalados los extensómetros. En la presente investigación, se mostrará los resultados de tres extensómetros de la caverna desarenador Quitaracsa: Ext 1, Ext 2 y Ext 5.

Zona de estudio

El presente estudio recoge datos de la caverna desarenador perteneciente a la Central hidroeléctrica Quitaracsa I. Esta se ubica en la provincia de Huaylas, distrito de Yuracmarca, región Áncash, entre las coordenadas latitud sur 8º40’ y 8º54’ y longitud oeste 77º38’ y 77º43’ (ver Figura 1).

Geología local

La caverna desarenador se ubica en la zona llamada Shapiringo, la misma corresponde aguas arriba de la casa de máquinas. El área de la central hidroeléctrica Quitaracsa I está constituida por una topografía muy variada y accidentada, cuyo rasgo principal geográfico es la presencia del Batolito de la Cordillera Blanca. La gran masa del batolito consiste en una granodiorita leucocrata de grano medio a grueso, en algunas áreas muestra una foliación bien desarrollada, como se observa en los alrededores de las centrales Quitaracsa y Cañón del Pato, asimismo en el interior de los túneles y cavernas (ver Figura 2).

Geología estructural

Los fallamientos que afectan al Batolito de la Cordillera Blanca constituyen dos sistemas principales: longitudinales y transversales. Las fallas longitudinales presentes, están representadas por la falla de la Cordillera Blanca ubicada aguas abajo alejada de la central y las fallas San Mateo y San Simón, ubicadas aguas arriba de la central, las mismas tienen una orientación NW- SE.

Para la caverna desarenador se aprecian cuatro sistemas principales de diaclasas, ver Figuras 3 y 4.

Sistemas principales:

1. Dip/direction, 33°/243° (NW/SE).

2. Dip/direction, 65°/250° (NW/SE)

3. Dip/direction, 73°/060° (NW/SE)

4. Dip/direction, 21°/311° (NE/SW)

Instrumentación geotécnica de la caverna desarenador

La caverna desarenador tiene una longitud de 129 m por 14 m de ancho y 15 m de altura, Figura 1. Se han instalado nueve extensómetros en tres secciones:

Caja datalogger A: Ext. 1, Ext. 2 y Ext. 3, ubicada en la progresiva 0+030.

Caja datalogger B: Ext. 4, Ext. 5 y Ext. 6, ubicada en la progresiva 0+090.

Caja datalogger C: Ext. 7 y Ext. 8, ubicada en la progresiva 0+120.

Caja datalogger C: Ext. 9, ubicada en la progresiva 0+129.

Para el presente trabajo se darán los resultados de tres extensómetros; Ext. 1, Ext. 2 y Ext. 5. Estos son modelo Geokon tipo A-6 (de fibra de vidrio) Múltiples VW - MPBX (con transductores de desplazamiento). El modelo de los transductores de desplazamiento es Geokon 4450 VW, con rango de 200 mm, lo cual ha sido instalado en el punto medio aprox. 100 mm. Los extensómetros están instalados para medir una deformación longitudinal en mm en las secciones de convergencia monitoreada.

El instrumento permite lecturas con una exactitud de la medida de 0.2 mm o 200 µm. La resolución del equipo (lectura mínima que es capaz de realizar un sistema digital) es de 0.05mm. La lectura mínima de la varilla sometida a una deformación es de 0.025 mm. La lectura es automática y se descarga vía tres dataloggers: Datalogger A, Datalogger B y Datalogger C. La frecuencia de lectura durante la construcción se llevó cada 12 horas (lectura automática) hacia noviembre de 2014 y cada 24 horas (lectura automática) desde el mes de noviembre de 2014, según lo indicado por la Supervisión TEE. La instrumentación fue instalada por la empresa Geomecánica Latina.

Cada extensómetro múltiple tiene cuatro sensores o anclajes ubicados de la siguiente manera: sensor 1, se encuentra a 2 metros de profundidad con respecto a la superficie de la sección de la caverna; el sensor 2, se encuentra a 5 metros; el sensor 3, se encuentra a 10 metros, y sensor 4, se ubica a 15 metros (ver Figura 6).

En caso de un túnel instrumentado, el punto estable es la referencia sobre la cual vamos a trabajar los análisis de desplazamiento (Geomecánica Latina, 2012). En el caso de la caverna desarenador, todo movimiento estará referenciado al anclaje 4, ubicado a 15 m de profundidad, el cual es en nuestro caso, el estable relativo o el “BM” de un topógrafo.

La información de los valores tomados e interpretados para esta investigación inicia desde 01/07/2015 hasta 22/04/2016. Las pruebas de llenado iniciaron el día 17/09/2015. Las gráficas construidas en la presente investigación fueron pasadas de milímetros a micras, por lo tanto, las deformaciones están ubicados en el eje vertical (micras - um) y en la horizontal los días.

Las curvas que se obtienen de la interpretación en los extensómetros son las siguientes:

Curvas de movimiento de la cabeza del instrumento vs los sensores o anclajes. Cuyas alternativas de interpretación van estrictamente relacionadas a visualizar el movimiento de los sensores vinculados a un supuesto punto estable, localizado en la cabeza del instrumento. Una ayuda a la visualización rápida del movimiento y desplazamiento medio entre la cabeza y el anclaje de cada uno. (Geomecánica Latina, 2012). Estas curvas no se presentan en la presente investigación.

Curvas de movimientos de la cabeza del instrumento y sensores vs sensor 4 estable o BM. Son curvas que relacionan los movimientos ocurridos entre el sensor 4 teóricamente “estable” (sensor más profundo a 15 m) y los demás sensores incluyendo el cabezal del instrumento – H, ubicado en la sección de la caverna o zona del sostenimiento – shotcrete. Se está considerando que el sensor más profundo es el estable, para visualizar los movimientos ocurridos en cada sensor. Las curvas se interpretan como fenómenos de convergencia (valores positivos) y divergencia (valores negativos). Estas curvas se presentan en el trabajo de investigación (Geomecánica Latina, 2012).

Curvas de movimientos inter-anclajes, se utilizan para la visualización de los movimientos mayores ocurridos entre dos anclajes. Es posible considerar este cuadro cuando se trate de relacionar movimientos internos de la masa rocosa en tramos. La aplicación de esta información ayuda en la zonificación de movimientos internos cuando hay desplazamientos considerables que analizar. Se interpreta estas curvas como fenómenos de tensión (valores positivos) y compresión (valores negativos). Estas curvas se presentan en el trabajo y ayudarán a interpretar el grado de fracturamiento y alteración para así conocer el comportamiento geomecánico (Geomecánica Latina, 2012).

Para este trabajo, solo se presentan dos curvas: las curvas de movimiento de la cabeza del instrumento y sensores vs sensor 4 estable (solo se presenta la curva para conocer la convergencia en la sección de excavación) y las curvas de movimiento interanclajes.

Marco metodológico

Métodos

Como aporte al conocimiento, el método llamado análisis geomecánico y geotécnico del interior de macizo rocoso de la caverna, consiste en hacer un reajuste de los parámetros de la clasificación geomecánica del “Q” de Barton, este reajuste permitirá obtener un nuevo “Qi” (Q interior en el macizo rocoso). El reajuste de los parámetros consiste en primer lugar en la interpretación de los datos recolectados en los extensómetros múltiples a través del concepto de movimientos interanclajes, con ello se obtendrá el “RQDi” y el “Jai”, y para valorar el “Jni” se hará a partir de la interpretación de las estructuras geológicas proyectadas en el interior del macizo rocoso con ayuda del mapeo geomecánico, mientras que los demás paramentros (Jr, Jw y SRF) serán los mismos que se obtuvieron en el mapeo in situ.

Procedimiento

Como aporte a la investigación, en primer lugar, el procedimiento inicia con la caracterización y valoración del macizo rocoso utilizando la clasificación del “Q” de Barton in situ. En segundo lugar, recolectar y procesar la base de datos de los sensores en los extensómetros múltiples, el procesamiento de la información permitirá crear dos tipos de curvas: las curvas de convergencia - divergencia a partir del concepto de anclaje 4 estable vs platina “H” y las curvas interanclajes (platina H vs anclaje 1, anclaje 1 vs anclaje 2, anclaje 2 vs anclaje 3 y anclaje 3 vs anclaje 4). Cabe indicar que, se cambió la escala de milímetros (mm) a micras (um). En tercer lugar, se correlaciona las curvas interanclajes del primer tramo de la platina H vs anclaje 1 (ubicado de 0 a 2 metros) con la caracterización geomecánica en el tramo donde fueron instalados los extensómetros. Esta correlación permitirá establecer la relación que existe entre el movimiento de la platina vs anclaje 1 y las condiciones geomecánicas del macizo rocoso donde fue instalado el extensómetro en “superficie”. Con ello, se crea dos nuevos principios básicos, que consisten en analizar las formas de las curvas interanclajes (RQDi) y la intensidad de la deformación (Jai) y, con ello, crear dos cuadros, uno que permitirá estimar el “RQDi” y, el otro, estima el “Jai”, los mismos servirán para aplicarlos en los demás tramos interanclajes (desde 2 m a 15 metros del taladro). Cabe indicar que la variable “Jni” se obtendrá del plano geológico estructural de la bóveda en donde se instalaron los extensómetros múltiples (ver Figura 7).

En cuarto lugar, una vez estimadas las tres variables (RQDi, Jai y Jni), se reutilizan las otras tres variables (Jr, Jw, SRF), con ello, se estimará el nuevo “Qi” en el interior del macizo rocoso para cada tramo interanclaje.

El procedimiento permitirá caracterizar el interior del macizo rocoso en cada tramo interanclaje. Se presenta el procedimiento aplicado en tres extensómetros instalados en la caverna desarenador.

Caracterización y clasificación geomecánica – zonas de extensómetros

A continuación, se da un alcance del detalle de las condiciones geomecánicas en la zona donde fueron instalados los extensómetros múltiples.

νZona del extensómetro 1 – Eje de bóveda, 0+029 @ 0+032.30

El extensómetro 1 fue instalado en el eje de la bóveda en la progresiva 0+030, la valoración se realizó en los hastiales, con un “Q” igual 0.3 (roca mala), debido a un alto fracturamiento en el lado izquierdo puntual del hastial, debido a la presencia de una falla local en forma diagonal con presencia de tres sistemas de familias, pero hacia el eje de la bóveda (zona donde fue instalado el extensómetro), el fracturamiento es leve (RQD: 90) y con patinas de óxido (Ja: 1). En esta zona, la roca es resistente y sana. En la Figura 8, se aprecia la sección de excavación.

νZona del extensómetro 2 – Bóveda izquierda, 0+026 @ 0+030.90

Las condiciones geotécnicas se presentan favorables con un “Q” igual a 2.7, un RQD de 70 (muy fracturado) y con presencia de óxidos, es decir, roca con un Ja de 2, tal como se aprecia en el lado derecho de la Figura 9, zona donde fue instalado el extensómetro 2, macizo rocoso moderadamente fracturado con RQD de 85 y leve alteración con muy leve patinas de óxidos, Ja de 1.

νZona del extensómetro 5 – Bóveda izquierda, 0+070.85 @ 0+100.40

La valoración se realizó para la bóveda izquierda, las condiciones geotécnicas se presentan desfavorables tal como lo indican los parámetros de caracterización y clasificación del tramo evaluado 0+070.85 @ 0+100.40, es decir, presenta un macizo rocoso muy fracturado – F3 (RQD= 70) y con alteración avanzada con presencia de oxidación y minerales arcillosos, presencia de fallas (Ja=3), (ver Figura 10).

Recolección y procesamiento de la base de datos – fase de gabinete

La información es guardada en unas cajas Datalogger para después descargarla a una laptop y usando el programa Log View se hace un procesamiento básico, esa información luego es llevada a una hoja Excel para iniciar el procesamiento e interpretación final de la data.

Para el procesamiento de la data y obtención de las curvas de convergencia – divergencia y curvas interanclajes se ha creado un programa que hace todos los cálculos matemáticos para obtener las curvas anteriormente mencionada, el programa se ha hecho con ayuda del programa Excel, el cómo debe funcionar fue realizado por el presente investigador, pero el diseño del procesamiento matemáticos utilizando fórmulas dinámicas fue realizado con ayuda de la Ing. Peggy Rivera Mamani.

En la Tabla 1, se muestra los máximos valores en micras registrados en los nueve extensómetros, tomando como punto estable el anclaje 4.

Estos datos han permitido construir los rangos para designar más adelante el grado de alteración.

De la Tabla 1, se ha obtenido la Tabla 2, que permite tener conocimiento de las condiciones de movimiento en el macizo rocoso, pero a la vez, esta ha permitido construir los rangos del grado de alteración que se verá más adelante.

Del concepto de “curvas de movimientos de la cabeza del instrumento y anclajes vs anclaje 4 estable” se obtiene las curvas de convergencia/divergencia. En las Tablas 3, 4 y 5, se muestra el fenómeno de convergencia – divergencia desde el sensor 4 estable hacia los demás sensores y platina H.

En las tablas anteriores se presenta la misma data, pero esta vez, en curvas de convergencia – divergencia en la sección de la caverna (sensor 4 estable vs platina H), Figuras 11, 12 y 13.

Estas figuras, permiten saber que está ha ocurrido en la sección de la caverna en términos de convergencia y divergencia.

Del concepto de “curvas de movimientos interanclajes” se obtiene la información del estado tensional y compresional en las zonas interanclajes, del mismo modo se analiza e interpreta el primer tramo interanclajes “platina H @ sensor 1” y su relación con las condiciones geomecánicas y geotécnicas en donde fue instalado el extensómetro.

En las Figuras 14, 15 y 16, se muestran las curvas interanclajes solo para el primer tramo (H – anclaje o sensor 1), es decir, en el tramo de 0 a 2 metros, en la parte de resultados se mostrarán las demás curvas interanclajes en los demás tramos para cada extensómetro.

Correlación entre la información interanclajes Platina H @ anclaje 1 y el mapeo geomecánico en la zona de instalación de los extensómetros

Las Figuras 14, 15 y 16, muestran lo ocurrido entre dos anclajes, es decir, conocer los movimientos internos del macizo rocoso en tramos a partir de valores de tensión y compresión, de esta información como se mostrará más adelante, se puede tener una idea del grado de fracturamiento “RQDi” y la alteración “Jai”

La interpretación solo es para el tramo entre el cabezal de la platina “H” y el anclaje 1 (de 0 a 2 m), esta curva está representada de color celeste. Luego se correlaciona la información interanclaje con el mapeo geomecánico obtenido a detalle en el tramo donde fue instalado el extensómetro.

νZona inter-anclaje “H” – anclaje 1 del extensómetro 1 – Ext. 1

El extensómetro se ubica en la progresiva 0+030 del eje de la bóveda.

En el tramo desde el cabezal “H” hasta el anclaje1 (de 0 a 2 metros - color celeste), la forma de la curva es “no lineal” leve y los valores de movimiento son menores a +/- 500 um (+/- 0.5 mm), es decir, que la deformación llego hasta 410 um. Las deformaciones se concentran en la zona de compresión (Figura 14). La condición del movimiento al ser menor a 500 um sería muy estable (Tabla 2).

De acuerdo con el mapeo geomecánico en el tramo evaluado (0+029 @ 0+032.30), en el eje de la bóveda (zona donde fue instalado el extensómetro), el fracturamiento es leve (RQD: 90) y con patinas de óxido (Ja: 1). En esta zona la roca es resistente y sana. En la Figura 8 se aprecia la sección de excavación.

Ante ello, se aprecia que hay una relación entre el cómo se movió el tramo interanclaje (curva no lineal leve) y la condición geomecánica en la zona donde fue instalado el extensómetro (condiciones buenas), es decir, que las condiciones “buenas” se mantendrían desde la superficie hasta la profundidad de 2 m.

νZona interanclaje “H” – anclaje 1 del extensómetro 2 – Ext. 2

El extensómetro se ubica en la progresiva 0+030 de bóveda izquierda.

En el tramo del cabezal “H” hasta el anclaje 1 (de 0 a 2 metros - color celeste), la forma de la curva es “no lineal moderada”. Los valores del movimiento fueron menores a +/- 500 um (+/- 0.5 mm). Cabe indicar que en el tramo “H” al anclaje 1, desde el 06/04/16 hasta 21/04/16 mostraron valores entre 500 a 1,000 um, es decir, deformaciones hasta 946 um, pero la falta de datos a la fecha no ayuda a dar una buena interpretación. La deformación se ha encontrado entre tensión y compresión. La condición del movimiento sería estable.

De acuerdo con el mapeo geomecánico en el tramo evaluado (0+026 @ 0+030.90), las condiciones geotécnicas se presentan favorables con un “Q” igual a 2.7, un RQD de 70 (muy fracturado) y con presencia de óxidos, es decir, roca con un Ja de 2, tal como se aprecia en la Figura 9 del lado izquierdo. En la foto derecha se observa la zona donde fue instalado el extensómetro 2, macizo rocoso moderadamente fracturado con RQD de 85 y leve alteración, leve patinas de óxidos, Ja de 1.

Ante ello, se colige que hay una relación entre el cómo se movió el tramo interanclaje y la condición geomecánica en la zona donde fue instalado el extensómetro, es decir, que las condiciones se mantendrían desde la superficie hasta la profundidad de 2 m.

νZona interanclaje “H” – anclaje 1 del extensómetro 5 – Ext. 5

El extensómetro se ubica en la progresiva 0+090 de la bóveda izquierda.

En el tramo desde el cabezal “H “hasta el anclaje 1 (desde 0 a 2 metros), las curvas tienen una forma no lineal intensa (en forma de serrucho), los valores de movimiento son mayores de +/- 1,000 um (+/- 1 mm), es decir, deformaciones hasta 1,930 um. La deformación es de tipo tensión y compresión. La condición de movimiento es regular.

De acuerdo con el mapeo geomecánico en el tramo evaluado (0+070.85 @ 0+100.40), La valoración se realizó para la bóveda izquierda, las condiciones geotécnicas se presentan desfavorables tal como lo indican los parámetros de caracterización y clasificación del tramo evaluado 0+070.85 @ 0+100.40, es decir, presenta un macizo rocoso muy fracturado – F3 (RQD= 70) y con alteración avanzada con presencia de oxidación y minerales arcillosos, presencia de fallas (Ja=3), (ver Figura 10).

Ante ello, se aprecia que hay una relación entre el cómo se movió el tramo interanclaje y la condición geomecánica en la zona donde fue instalado el extensómetro, es decir, que las condiciones se mantendrían desde la superficie hasta la profundidad de 2 m.

Principios básicos para la interpretación del “RQDi” y “Jai” a partir de los movimientos interanclajes

En el ítem anterior se ha demostrado la relación que hay entre el cómo se movió el tramo interanclaje y las condiciones geomecánicas en la zona donde fueron instalados los extensómetros, es decir, que estas condiciones en superficie aún se mantienen hasta una profundidad de 2 metros. Incluso al ver las formas de las curvas interanclajes se observa una relación directa con el grado de fracturamiento y, además, la alteración estaría relacionada con la intensidad del movimiento, con ello, se crean dos principios básicos:

El primero dice: “Si las curvas interanclajes muestran movimientos relativos (compresión - tensión), entonces se considera al macizo rocoso como fracturado y alterado”. Bajo este principio, la pregunta es ¿Cuál sería el grado de fracturamiento y la alteración ante este movimiento relativo?, para responder se considera que, para conocer el grado de fracturamiento “RQDi” se obtendrá viendo como es la forma de la curva de movimiento interanclajes (ver Figura 17), y para conocer el grado de alteración “Jai” se obtendrá con la Tabla 6.

De la Figura 17, se resumen que para formas de curvas leves el RQD estaría entre 90 – 100, luego, para formas curvas moderadas el RQD estaría entre 75 – 90, y para formas de curvas muy intensas (forma de serrucho) el RQD estaría entre 50 – 75.

Del principio anterior, podemos colegir el segundo: “si la forma de la curva es no lineal intensa o en forma de ‘serrucho’ (Figura 17 C) y los valores de movimiento son altos (> 1,000 um), entonces se considera al macizo rocoso muy fracturado y acompañado de una intensa alteración”, lo contrario, “si la forma de la curva es lineal o no lineal leve (Figura 17 A) acompañado de valores de movimiento bajos (< 500 um), entonces se considera al macizo rocoso levemente fracturado y con ligera alteración”.

De este último principio y apoyado de la Tabla 2, se presenta la Tabla 6, que permitirá tener una idea del grado de alteración en los tramos interanclajes.

Aplicación de los principios básicos en el primer tramo interanclaje

En las tablas 7, 8 y 9 se presenta un resumen de la correlación interanclajes y las condiciones geomecánicas donde fueron instalados los extensómetros, pero esta vez aplicando los “principios básicos” del ítem anterior.

Estimación del “RQDi” y “Jai” en los demás tramos interanclajes

Este ítem consiste en aplicar el mismo criterio interanclajes del ítem anterior a los demás tramos (desde anclaje 1 @ anclaje 4 o desde 2 m a 15 m), pero esta vez, se tendrá dos tablas de apoyo que nacen a partir de la relación que existe entre la información (desde la platina H @ anclaje 1) y la condición geomecánica en la zona de los extensómetros instalados. Estas tablas vienen de tablas creadas por Deere y Barton. Así tenemos que a partir de la Tabla 10, Rock Quality Designation (RQD), desarrollada por Deere entre 1963 y 1967, se crea la Tabla 11 “RQDi”, aplicado para curvas interanclajes. Esta última tiene los valores para estimar el “RQDi” o fracturamiento en el interior del macizo rocoso, el mismo a través de las formas de las curvas. De la Tabla 12, “Ja” de Barton se crea la Tabla 13, “Jai”, aplicada para curvas interanclajes en función a la intensidad de movimiento, así tenemos:

ν Tabla 11: muestra el “RQDi” (grado de fracturamiento en el interior del macizo rocoso) en función a las formas de las curvas. Permite tener una idea del grado de fracturamiento en el interior del macizo rocoso. Debido a que no podemos tener un valor exacto, se escogerá el promedio entre los rangos del grado de fracturamiento.

ν Tabla 13: muestra el “Jai” (grado de alteración en el interior del macizo rocoso) en función a la intensidad del movimiento. Esta tabla es una modificación del cuadro de Barton (Ja), aquí se añade los valores de intensidad que se han obtenido de las curvas interanclajes, estos valores o rangos de intensidad de movimiento permiten conocer qué valor o puntaje tendrá la alteración en los tramos interanclajes. Del cuadro de Barton, solo se hace la modificación en el apartado “a” (contacto entre paredes), ello debido a que durante la evaluación geomecánica, la valoración se presentó para esas condiciones.

Es importante tener en cuenta que estas tablas no pueden aplicarse a otros proyectos, pero si se puede acondicionar, y ello dependerá de las condiciones geológicas, geomecánicas y geotécnicas que se encuentren durante la etapa de excavación – construcción.

Estimación del Jni

La estimación de este parámetro se hará con el apoyo de la Tabla 14, Índice de diaclasamiento de Barton, pero para dar los valores en la zona interanclaje, se hará con el apoyo del mapeo geomecánico estructural de la bóveda, para ello, se proyectará las discontinuidades hacia el interior del macizo rocoso donde se encuentran los sensores de los extensómetros (ver Figura 18).

Resultados y discusiones

Resultados

Curvas de convergencia y divergencia

El fenómeno de convergencia y divergencia permite tener una idea de las deformaciones que ocurren en la sección de excavación. Cabe indicar que las interpretaciones se dan en dos etapas, una primera antes de las pruebas de llenado (de excavación) y otra después de las pruebas de llenado (17/09/15).

En la sección 0+030 se aprecia, que antes del llenado los valores eran inferiores a +/- 300 micras, y desde ya se mostraba fenómenos de divergencia en la zona de la bóveda central e izquierda, mientras que en la zona de bóveda derecha se apreciaban fenómenos de convergencia. Después de las pruebas de llenado, los valores empezaron a reaccionar hasta menos de +/- 500 micras, registrándose continuidad del fenómeno de divergencia en el eje de la bóveda y la bóveda izquierda, mientras que en la derecha continua el fenómeno de convergencia, pero luego se estabiliza (ver Figuras 19 y 20).

En la sección 0+090 se aprecia, que antes del llenado, los valores eran inferiores a +/- 700 micras, y desde ya se mostraba fenómenos de divergencia en toda la bóveda, pero es la derecha la que muestra una tendencia a aumentar. Después de las pruebas de llenado, los valores aumentaron y luego se estabilizaron, sobre todo en el eje y la bóveda izquierda, mientras que en la derecha continua la divergencia y aumentando hasta llegar a estabilizarse, este valor llego hasta 1260 um. (ver Figuras 21 y 22).

En la sección 0+120 (Ext. 7 y Ext. 8) y en la 0+129 (Ext. 9), los valores antes del llenado experimentaron fenómeno de divergencia y eran casi estables a excepción del eje de la bóveda (Ext. 7), que mostró curvas moderadas con valor menor a -1,600 micras. Después del llenado los valores se elevaron hasta +/- 7,082 micras a excepción de la pared que tuvo valores menores a + 1,000 micras. Tanto la bóveda izquierda y la pared experimentaron fenómenos de convergencia, mientras que el eje de la bóveda experimentó divergencia incluso desde antes del llenado (ver Figuras 23 y 24).

Curvas interanclajes

En un acápite anterior, se demostró la relación que hay entre la condición geomecánica en la zona de instalación del extensómetro y los movimientos interanclaje del tramo Platina H y anclaje 1. Por lo tanto, aplicando los principios básicos para estimar el “RQDi” y “Jni”, tenemos la siguiente interpretación para los demás tramos inter-anclajes:

νExtensómetro 1: desde el tramo del anclaje1 hasta el anclaje 2 (2 a 5 metros), la forma de la curva es “no lineal” moderada, por lo que se interpreta como un macizo rocoso moderadamente fracturado (F2) con un RQD equivalente a entre 75-90. Los valores de movimiento son menores a +/- 500 um (+/- 0.5 mm), por lo tanto, la alteración sería ligera. Luego, desde el anclaje 2 al 4 (5 a 15 metros), las curvas son no lineales leves y valores menores a 500 micras, ello se interpreta como un macizo rocoso levemente fracturado y con ligera alteración. La condición del movimiento en el tramo sería estable (ver Figura 25).

El aumento de los valores se produjo después de las pruebas de llenado hasta finales de 2015, en ese periodo los movimientos fueron oscilatorios para luego estabilizarse. Las curvas muestran una estabilidad relativa.

νExtensómetro 2: en el tramo desde el anclaje 1 al 2 (2 a 5 metros), la forma de la curva es “no líneal” moderada, ello indica un moderado fracturamiento (F2) con un RQD equivalente entre 75-90. Los valores de movimiento fueron menores a +/- 1,000 um (+/- 1 mm), la alteración sería moderada. Cabe indicar que en el tramo H al anclaje 1, desde el 06/04/16 hasta 21/04/16, mostraron valores superiores a 500 um, pero la falta de datos no ayuda a dar una buena interpretación. La condición del movimiento sería estable.

En el tramo del anclaje 2 al 4 (5 a 15 metros), la forma de las curvas es “no lineal” intensa (en forma de serrucho), se interpretaría como un macizo rocoso muy fracturado (F3) con RQD equivalente entre 50-75. Los valores de movimiento mostraron datos mayores a +/- 1,000 um (> +/. 1mm), la alteración podría ser intensa. La condición del movimiento sería regular (ver Figura 26).

'El aumento de los valores en todos los tramos se produjo después de las pruebas de llenado, pero antes ya existía movimientos oscilatorios con bajo valores.

νExtensómetro 5: en el tramo desde el anclaje 1 hasta el 3 (0 a 10 metros) las curvas tienen una forma “no lineal” intensa (en forma de serrucho), ello se interpreta como un macizo rocoso como muy fracturado (F3) con RQD entre 50 a 75, los valores de movimiento son mayores a +/- 1,000 um (> +/- 1 mm), la alteración sería intensa. La condición de movimiento sería regular.

En el tramo desde el sensor 3 al 4 (10 a 15 metros) se aprecia que los valores de desplazamiento son menores a +/- 500 um (0.5 mm) y además la forma de la curva es “no lineal” leve con cambios pequeños de desnivel, ello podría interpretarse como un macizo rocoso levemente fracturado (F1) con un RQD entre 90-100 y con una alteración ligera. La condición de movimiento sería muy estable (ver Figura 27).

Caracterización en el interior del macizo rocoso con ayuda “Qi”

La estimación del “Qi” permite hacer caracterización en el interior de la caverna desarenador en las zonas interanclajes.

Utilizando la información interancljes del interior y aplicando las tablas 11 y 13 que estiman el “RQDi” y “Jai”, respectivamente, se tiene la caracterización siguiente:

νExtensómetro 1: ver Tabla 15.

νExtensómetro 2: ver Tabla 16.

νExtensómetro 5: ver Tabla 17.

Discusión

Es interesante ver la relación que hay entre la platina H @ anclaje 1 (De 0 a 2 metros) y las condiciones geomecánicas in situ en la zona donde fue instalado el extensómetro, el aplicar esta relación mediante las Tablas 11 y 13 para conocer las condiciones en el interior del macizo rocoso es, hasta cierto punto, “tomarlo con mucho cuidado”, ya que la falta de testigos en las perforaciones de los extensómetros múltiples, hace pensar que faltaría complementar la teoría de este trabajo de investigación.

Conclusiones

1. Este trabajo permite responder a la pregunta: ¿Sera razonable pensar que con el “Qi” interpretado a partir de la información de los extensómetros y las condiciones geológicas in situ, pueda caracterizarse el interior del macizo rocoso de la caverna desarenador?, en principio, podemos decir que sí, pero este análisis, es básicamente una estimación, ya que, al no contar con las muestras recuperadas de las perforaciones, se hace difícil el confirmar la relación anclaje – roca, y solo queda hacer la estimación de manera indirecta, relacionando la geomecánica in situ con los dos primeros metros del anclaje (platina H & anclaje 1).

2. Con respecto al fenómeno de convergencia y divergencia se aprecia que los movimientos de deformación aumentaron cuando iniciaron las pruebas de llenado y vaciado de las naves de la caverna desarenador. Para la sección 0+030, el fenómeno de divergencia se da en la bóveda central e izquierda, mientras que en la bóveda derecha se mantiene estable, estos valores son inferiores a 600 micras (< 0.6 mm) y ello se debe a que las condiciones geotécnicas son buenas, debido a una buena a regular calidad del macizo rocoso. En la sección 0+090 el fenómeno en toda la bóveda es de divergencia, pero solo en la bóveda derecha la incidencia del fenómeno es notoria y ello debido a dos factores: en primer lugar, en los primeros metros las condiciones geotécnicas son regulares (intenso fracturamiento y alteración alta) y, en segundo, lugar en esta zona se ubica el túnel de purga, que influyó en el aumento de los valores por tema de reacomodo de esfuerzo, ya que como se aprecia en los valores, los mismos se estabilizan con el tiempo. Para la sección 0+120, la bóveda central se comportó de manera divergente y la bóveda izquierda de manera convergente, mientras que la pared se mostró relativamente estable. Cabe indicar que los movimientos antes del llenado se comportaban estables, pero después del llenado sufrieron desplazamientos de hasta 7 mm, ello se debe a que en esta zona se ubica el pique de caída, con el llenado los esfuerzos inducidos al macizo rocoso, se originó que lo sensores se activaran.

3. La caracterización de la caverna ha permitido, en primer lugar, identificar la calidad del macizo rocoso (rocas tipo I y tipo II, es decir, de buena y regular calidad, respectivamente) y, en segundo, la zonificación de áreas geotécnicamente malas, por lo que se pueden hacer trabajos de mejoramiento de las propiedades físico-mecánicas del macizo rocoso mediante el tratamiento de inyecciones de lechada en caso los valores en las deformaciones aumenten. Los tramos para monitorear son los extensómetros: 2 (de 2 a 15 metros), 3 (de 2 a 10 metros), 5 (desde la platina hasta 10 metros), 6 (de 2 a 5 metros), 7 (de 5 a 15 metros), 8 (desde H a 5 metros) y 9 (de 10 a 15 metros).

4. Los resultados del análisis muestran que el “Qi” es dinámico, es decir, que actualmente el macizo rocoso en los extensómetros muestra rocas de tipo I y II, pero si los valores de las deformaciones aumentan, entonces la calidad de roca podría variar a un tipo III (roca mala), pero antes de que suceda una falla estructural de la caverna, ya se tendría en cuenta que zonas podrían tratarse y evitar el colazo en la sección de la caverna.

5. El macizo rocoso en la caverna en general se muestra estable a nivel de milímetros, pero a nivel de micras se ha podido zonificar tramos con condiciones geotécnicas malas (fracturamiento y alteración) que podrían tratarse en el futuro si las deformaciones aumentasen. Los resultados de la investigación provienen de la interpretación a partir del día 17/ 09/15, cuando se iniciaron los trabajos de llenado de las naves del desarenador.

Recomendaciones

1. Es importante tener en cuenta que las figuras y tablas obtenidas en esta tesis, no son aplicables para otros proyectos, debido a que esta información se ha construido en función a las condiciones geológicas y geomecánicas del macizo rocoso para la caverna desarenador, pero si es interesante la aplicación del procedimiento técnico para la obtención de tablas similares que ayuden a la interpretación de las condiciones geomecánicas y geotécnicas en los macizos rocosos.

2. Es importante que este procedimiento, se aplique en otros proyectos para ver su eficiencia.

3. Los proyectos hidroeléctricos y/o mineros que quisieran aplicar este conocimiento, deben de hacer trabajos de recuperación de testigos al menos de un taladro del extensómetro múltiple para ver su eficiencia interpretativa.

4. Es importante que los procedimientos modernos de excavación puedan aplicar estos conocimientos para garantizar no solo la estabilidad en la sección de excavación, también el de mejorar las propiedades físicas y mecánicas del macizo rocoso, ello a medida que se van excavando las estructuras civiles y no esperar trabajos posteriores que puedan incrementar sus costos finales.

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