CLASIFICACION GEOMECANICA DE PROTODIAKONOV
Es una clasificación bastante extendida en los países del este de Europa, en los que se utiliza para el dimensionamiento de sostenimientos de túneles, y que en 1976 fue adoptado por la AFTES en Francia, junto con la de Deere para predimensionado en este país. La premisa fundamental de la Teoría de Protodiakonov es la formación de la cúpula de desprendimiento; además, se considera la posibilidad de aplicar, al macizo en el que se ejecuta la excavación, las leyes de los materiales no cohesionados, con la introducción, en lugar del coeficiente real de fricción, de un coeficiente de fricción total o aparente, el mismo que considera a más de las fuerzas de fricción también las de cohesión entre partículas; este criterio fue denominado por Protodiakonov coeficiente de dureza del material f; los límites entre los cuales varían los valores del coeficiente de dureza son amplios, de 0.3 a 0.6 para suelos y hasta 20 o más para rocas como basaltos, porfiritas, etc; este coeficiente abarca todas las categorías de macizo de cimentación que se encuentran en excavación de túneles, tanto en zonas planas como en zonas montañosas. Considero dos esquemas básicos de presión de roca: 1 para macizos duros, cuando la presión lateral prácticamente está ausente o es muy pequeña y 2 para macizos suaves, cuando coexisten presiones verticales y laterales.
Da unas reglas para la determinación de “f” en función de la resistencia a la compresión simple, el Angulo de rozamiento interno y la cohesión, estas son:
f = c/10
Para rocas:
PARA SUELOS:
f = tg + C/c
DONDE: c = Resistencia compresión simple (Mpa) = Angulo de rozamiento interno a largo plazo
C
= Cohesión a largo plazo (Mpa).
La distribución de las cargas sobre un túnel para el dimensionamiento del sostenimiento se hace suponiendo:
Presión uniforme vertical sobre clave
Pv = . h Presión uniforme horizontal lateral
Pl = (h + 0.5 m)tg² (45 + /2) Donde:
h = B/2f B = b + 2m.tg (45 - /2) Siendo:
b = anchura m = altura del túnel f = coeficiente de resistencia (Protodiakonov) = angulo de rozamiento interno. = densidad del terreno.
Figura 1. Envolvente de esfuerzos (teoría de Mohr-Coulom) de una masa de suelo que ilustra el ángulo de fricción interno ( ϕ ) y el ángulo de fricción tangencial ( ϕk) de Protodyakonov.
Propiedades del modelo geotécnico (Marín 2008) Angulo de fricción interno ( ϕ ) = 29° Peso específico ( γ) = 1600 kg / m³ Cohesión (c) = 0.05 kPa Esfuerzo (σ) = 8 kPa Relación de Poisson (v) = 0.25 Angulo de fricción tangencial de Protodyakonov (ϕk) Calculo del coeficiente de fortaleza (f) de Protodyakonov:
En la clasificación propuesta por Protodiakonov el valor del coeficiente de resistencia o fortaleza f = 0.5 corresponde a suelos granulares, con γ (kg/cm³) = [1400-1600]
A grandes rasgos, lo que hace es: Considerar un arco parabólico triarticulado trabajando a compresión. Plantear el equilibrio de fuerzas, compensando las cargas verticales y horizontales mediante el factor "f" (como una especie de coeficiente de rozamiento). Buscar la mayor altura estable "h" que puede desarrollar el terreno, obteniendo:
h=B/2f Una vez conocida esa altura "auto-estable" (por llamarla de algún modo), tenemos delimitadas dos zonas con distinto comportamiento. Así, por encima de la parábola el terreno queda sustentado por un "efecto arco" (también llamado "arqueo" o "efecto silo"), mientras que por debajo de la parábola carga directamente sobre el sostenimiento.
Como se conoce la ecuación de esa parábola, se puede medir esta cantidad de terreno, obteniendo una carga total sobre el revestimiento de:
Q = (1/3) · γ · B²/f O, en términos de tensión sobre la sección:
σ = (1/3) · γ · B/f (Siendo γ la densidad del material) Es decir, valores muy similares a los que se obtienen aplicando el método de Terzaghi.
Resistencia compresiva de la roca: La resistencia compresiva “dc” de una roca se puede determinar por tres procedimientos: PRIMER PROCEDIMIENTO: Estimación de la Resistencia Compresiva mediante el martillo Schmidt de dureza. SEGUNDO PROCEDIMIENTO Determinación de la Resistencia Compresiva mediante el Ensayo de Carga Puntual “Franklin”. TERCER PROCEDIMIENTO Determinación de la Resistencia Compresiva mediante el Ensayo de Compresión Simple y/o Uniaxial La experiencia en los países soviéticos muestra que este método funciona más o menos bien para profundidades comprendidas entre B/(2·tg φ) y B/tg φ
GRADO DE RESISTENCIA
TIPO DE ROCA O SUELO
m Kg/m3
q uc K
MUY ALTO
Granitos masivos. Cuarcitas o basaltos sanos y en general, rocas duras sanas y muy resistentes.
28003000
200 0
20
MUL ALTO
Granitos prácticamente masivos, porfidos, pizarras, arenisca y calizas sanas.
26002700
150 0
15
ALTO
Granitos y formaciones similares, areniscas y calizas prácticamente sanas conglomerados muy
25002600
100 0
10
ALTO
Calizas en general, granitos meteorizados, limolitas, areniscas relativamente resistes, mármoles, pirita.
2500
800
8
2400
600
6
2300
500
5
MEDIO
Lutitas, calizas y areniscas de baja resistencia, conglomerado no muy duros
24002800
400
4
MEDIO
Lutitas, margas
arcillosas,
24002600
300
3
MODERADAMEN TE BAJO
Lutitas blandas, calizas muy fracturadas, yesos, areniscas en blo ues ravas cementadas.
22002600
200 150
2-1.5
MODERADAMEN TE BAJO
Gravas, lutitas y pizarras fragmentadas, depósitos de talud duros arcillas duras.
2000
--
1.5
17002000
--
1.0
MODERADAMEN TE ALTO
Areniscas normales
MODERADAMEN TE ALTO
Pizarras
BAJO
pizarras
Arcilla firme, suelos arcillosos
FACTOR
BAJO
Loes, formaciones de arena y grava, suelos areno-arcillosos o limoarcillosos
17001900
--
0.8
SUELOS
Suelos con vegetación, turba, arenas húmedas.
16001800
--
0.6
Arenas y gravas
14001600
--
0.5
SUELOS GRANULARES SUELOS PLASTICOS
Limos y arcillas blandos.
0.3
Bibliografía: G. PERRI A. "Caracterización geomecánica de macizos rocosos para el proyecto de túneles. Distribución determinística Vs. Distribución probabilística ". XIV Seminario Venezolano de Geotecnia, Noviembre 1996 y Boletín de la Sociedad Venezolana de Geotecnia, N. 73, Diciembre 1997. A. RICO RODRIGUEZ –H. DEL CASTILLO “La Ingeniería de los suelos en las Vías Terrestres, Carreteras, Ferrocarriles y Aeropistas ”. Vol N°2. México, 2005 A. GORDON BASTIDAS. “Diseño de las obras de desvío del Proyecto Hidroeléctrico Chontal”. Tesis de Titulación. Universidad Politécnica Salesiana. Quito. 2015. H. GOMEZ BALCEROS. “Estado Esfuerzo-deformación de la estructura de sostenimiento de un túnel a partir de un modelo físico”. Tesis de Titulación. Universidad de la Salle, Facultad de Ingeniería Civil. Bogotá. 2009. V. TOLENTINO YPARRAGUIRRE. “Clasificaciones geomecanicas, uso y mal uso”. Curso de mecánica de rocas. UNMSM. 2016
