Marc Costa Ros ETSCCPB 2n Camins (grup 20) Curs 2006 – 2007 Enginyeria Geològica Departament d’Enginyeria del Terreny Professors: Jordi Corominas Dulcet Marcel Hürlimann Ziegler

Enric Vázquez Suñé

FORMACIONS SUPERFICIALS: Correspon a la capa superficial del Terreny. Identificació: Textura, Forma i Mida dels clastes, Gradació, Litologia, Propietats, Problemes que suposen. Textura: fa referència a l’estructura o la disposició en la que es troba el sòl. Forma dels clastes: fa referència l’arrodoniment dels clastes. Els clastes poden ser arrodonits (molt transport) o angulosos (poc transport) Mida dels clastes: fa referència al volums dels clastes segons el seu diàmetre. Visibles: Bloc: D>256mm Còdol: 64 mm < D < 256 mm Grava: 2 mm < D < 64 mm Sorra: 0.074 mm < D < 2 mm No visibles Llim: 0.002 mm < D < 0.074 mm Argila: D < 0.002 mm Gradació: Un sòl està ben gradat si conté totes les fraccions granulomètriques. Si hi ha estrats s’han de considerar per separat estudiant-los un a un. Així un sòl pot ser massiu i estar ben o mal gradat o ser estratificat i estar ben o mal gradat. Si un sol esta ben gradat aquest serà poc permeable(sobretot amb presència de llims i argiles). Litologia: fa referència al tipus de material geològic de la zona estudiada. Sòls Residuals: Formats per meteorització química de la roca matriu. → L’estructura és caòtica. Característiques Formats in situ. (situats en zones planes o poc inclinades i amb poca erosió) La litologia és la corresponent a la roca del substrat. La potencia del sòl residual no sol sobrepassar els 10m. Problema de Reconeixement: Nivells de Sòls Residuals: Dipòsits Al·luvials: Influència de la velocitat de l’aigua amb el diàmetre del les partícules.

El dipòsit de material en un riu no depèn del cabal del riu, sinó de la velocitat de l’aigua, que ve donada segons el pendent.

Els dipòsits al·luvials solen tenir el nivell freàtic prop de la superfície, ser

molt compressibles (deformables) i tenir una resistència baixa. La litologia dels dipòsits al·luvials sol ser molt heterogènia Paleocanals:

Antics canals per on circulava aigua. Tenen una granulometria més gran.

[ Segons ISRM: International Society of Rocks Mechanics ]

Sistema Fluvial Procés Principal Tipus de dipòsit fluvial Conca de drenatge (1) Erosió --- Zona de transport (2) Erosió / Sedimentació Plana al·luvial, terrassa Zona de sedimentació (3) Sedimentació Delta

Arrodoniment

Entre la Conca de drenatge i la Zona de transport hi ha els Ventalls Al·luvials.

12

3

Contacte irregular entre el sòl i la roca sana. Presència de blocs aïllats o coves. Existència de discontinuïtats argiloses

VI.- Sòl: No útil per cimentacions importants. V.- Completament meteoritzat: No útil per cimentació de preses. IV.- Molt meteoritzat: Bloc erràtics eviten una bona cimentació. [<50% roca] III.- Moderadament meteoritzat: Explosius per excavar. Preses Escullera. [50%~90% roca] II.- Poc meteoritzat Necessita sempre explosius per excavar. Preses Formigó. I.- Roca Sana

Plana Al·luvial:

Terrassa Al·luvial:

Les terrasses al·luvials poden ser:

Esglaonades (aflora el substrat rocós) Encaixades (no hi ha material diferents entre elles) Ventall Al·luvial: Formen els cons de dejecció

El canvi de pendent suposa el canvi d’erosió i transport a sedimentació

Corrent de Baixa Densitat:

Corrent d’ Arrossegalls:

[Debris Flow] Delta: Formació produïda al desembocar un riu en una zona d’aigües tranquil·les (mar o llac). Els dipòsits són molt heterogenis al ser l’àrea font molt extensa.

Prodelta: [Bottom set]

Front Deltaic: [Fore set]

Plana Deltaica: [Top set]

En la plana deltaica hi ha problemes quan ens trobem amb Torbes (material orgànic molt porós). En la construcció en deltes s’ha de considerar que el llims cedeixen sota grans pressions, de manera que es

necessiten un bons fonaments que reparteixin les càrregues. Els deltes presenten inestabilitat (principalment en el front deltaic). La sedimentació tipus delta pot suposar la inutilitat dels embassaments.

Dipòsits generalment ben gradats ja que l’estratificació és granodecreixent. (segons capes) Clastes Arrodonits. Clastes Imbricats o orientats segons el sentit del corrent. Presència de paleocanals. [poden suposar assentaments diferencials].

Dipòsits ben gradats. No segueixen la llei de “més antic com més avall” Presenten problemes de resistència, compressibilitat [Assentaments diferencials], porositat [aqüífers] i el contacte entre el dipòsit i el substrat sol ser irregular.

Mida: Graves i Sorres poc classificades. Forma: Clastes Sub-Angulosos. A vegades clastes imbricats. Gradació: Mal gradat (distribució selectiva de partícules segons sedimentació). Estructura: Estratificació en capes inclinades. Presencia de Paleocanals.

Mida: Matriu sorrenca – llimosa amb clastes de mida bloc. Forma: Clastes Angulars Gradació: Ben gradat Estructura: Caòtica Prové de processos torrencials.

Mida: Llim – Argila. Forma: Clastes Arrodonits. Gradació: Mal gradat. Estructura: Estratificació Horitzontal, i a vegades granodecreixent.

Mida: Llim – Sorra. Forma: Clastes Arrodonits. Gradació: Mal gradat. Estructura: Estratificació en capes inclinades. Material poc compactat (ruptures).

Mida: Graves i Sorres (llim). Forma: Clastes Arrodonits. Gradació: Mal gradat. Estructura: Similar a la plana al·luvial. Presencia de Paleocanals, Maresmes , Dunes, …

Dipòsits Glacials: Tipus de dipòsits glacials: Tils o Morrenes: Til d’ Ablació: Morrena frontal i lateral Til Basal: Morrena de fons Drumlin: Acumulació allargada de material solt en direcció de la glacera.

Dipòsits Fluvioglacials: Esker: Dipòsit d’un riu glacial. Terrassa Kame: Delta produir al final d’una gelera.

Dipòsits produïts per la retirada de la gelera. Varves: Dipòsit Lacustre. Torberes. Problemes que presenten els dipòsits glacials:

Sedimentació estratificada, a causa de la fusió lateral de l’aigua

Formació dels Tills →

Til d’ablació Til basal Dip. Fluvioglacial Dip. retirada glacera Forma Angular Subangular Arrodonida Rodona Mida Blocs a Sorra Blocs a Sorra

(llims i argiles) Graves a Sorra Llim – Argila

Gradació Ben gradat Ben gradat Mal gradat (a capes) Mal gradat Estructura Caòtica Caòtica Pot haver-hi

estratificació Estratificació en capes fines

Litologia Una sola litologia Una sola litologia Una sola litologia Matèria orgànica Compressibilitat Compressible

Poc compactat Sobreconsolidat. Molt compactat

Poc compactat Compressible Poc compactat

Permeabilitat Permeable Poc permeable Molt permeable Argiles: Poc perm. Torbes: Molt perm.

- Heterogeneïtat, fet que dificulta les perforacions. - Assentaments diferencials per diferents compressibilitats. - Nivells permeables (aqüífers). - Erosió superficial, que suposar un cer grau d’inestabilitat.

Dipòsits Col·luvials: Formats a les basses dels vessants o pendents. Es basen en el moviment per gravetat de material solt. L’aigua només influeix en la meteorització, no en el transport.

Característiques:

Problemes que presenten: Dipòsits Eòlics: Dipòsits formats per l’acció del vent. Dunes Loess Dipòsits Litorals: Formats per l’aigua marina: onades, marees, corrents i canvis en el nivell del mar. Dipòsits Volcànics: Formats per erupcions volcàniques. Classificació dels piroclasts segons el diàmetre: Cendra volcànica < Lapil·li < Blocs o bombes volcàniques.

Mida: Blocs en matriu argilosa. Forma: Clastes Angulosos. Gradació: Ben gradat. Estructura: Caòtica. Litologia: Igual que la paret d’on prové. Compressibilitat: Molt compressibles. Permeabilitat. Molt porós

Tarteres: Acumulacions de despreniment que s’estratifiquen en el sentit del pendent.

- El dipòsits col·luvials sovint es troben en moviment, però lent. - Assentaments diferencials per gran compressibilitats. - Heterogeneïtat, fet que dificulta les perforacions. - Gran permeabilitat→ Inestabilitat. - Canvis freqüents que suposen ruptures.

- Fracció principal: sorra → Mal gradats. - Grans arrodonits, quasi esfèrics. - Pot haver-hi estratificació. - Poc compactes. - Moviment constant.

- Fracció principal: llim [color groguenc] → Mal gradats. - Grans angulosos, principalment de quars. - No hi ha estratificació, potència de fins a centenars de metres. - Poc compactes. Densitat seca de 1.3 g/cm3. - Molt porós.

Formacions Superficials:

PROPIETATS BÀSIQUES DELS SÒLS: Materials i Fases: Els materials es poden classificar en tresa fases: Solida, Líquida i Gasosa. Propietats per la identificació: Agrupació de les partícules en sòls granulars: Amb agitació augmenta la compactació i augmenta la densitat. Depèn Classificació dels Sòls: Partícules de Gra Gros: Granulometria: Es determinen segons la mida dels clastes. Corba granulomètrica: [A: Sòl Mal gradat [Poorly graded]; B: Sòl Ben gradat [Well graded]; C: Sòl “gap graded”. Grava: Gravel Sorra: Sand Partícules de Gra Fi: Plasticitat: En els grans fins existeixen quatre estats de consistència segons la humitat: Segons “Casagrande”: Línia A: 0.73 · ( 20)lIP w= − Fracció Fina Fracció Grossa

L v ↓↑

- Porositat: Porus

Total

VnV

= - Índex de porus: P P

S T P

V VeV V V

= =−

- Humitat: W

S

WwW

= - Grau de Saturació: W

P

VSrV

=

- Pes Específic: WV

γ = Es pot considerar part sòlides, saturades, total, …

- Mida de les partícules Partícules petites → ↓ Porositat - Gradació Ben gradat → ↓ Porositat - Forma ↑ Deformació → ↑ Porositat

Coeficient d’ Uniformitat: 60 10/uC D D= 20< Cu Sòl Ben gradat. 20>Cu Sòl Mal gradat. 20 > Cu > 5 Sol amb granulometria poc uniforme. Cu < 5 Sol amb granulometria uniforme.

Límits d’Atterberg: wi Estan relacionats amb la quantitat d’aigua absorbida sobre les

partícules → L A relacionats amb la mida de les partícules.

Si D partícules ↓ → ↑ Superfície total.

C: Argila (Clay) M: Llim (Mo) O: Material Orgànic L: Baixa Plasticitat (Low) H: Alta Plasticitat (High) PT: Sòls altament

argilosos

Tipus de Materials: Fracció Fina ML: Llim de baixa plast. CL: Argila de baixa plast. OL: Sòl orgànic de baixa plast. MH: Llim d’alta plast. CH: Argila d’alta plast. OH: Sòl orgànic d’alta plast.

Tipus de Materials: Fracció Grossa

GW: Grava ben gradada. SW: Sorra ben gradada. GP: Grava mal gradada . SP: Sorra mal gradada.

Existeix també: GM: grava llimosa GC: grava argilosa. SM: sorra llimosa SC: Sorra argilosa

L H CM

Comportament Mecànic dels Sòls: Relació: Tensió (σ) ↔ Deformació (ε) Les tensions poden ser de compressió, de tracció o de cisalla. Les deformacions poden ser elàstiques o plàstiques. Comportament dels sòls: Sòl Fràgil → Ruptura per ε < 3% ~ 5% Sòl Dúctil → Ruptura per ε < 5% ~ 10% Tensions efectives: tensions on s’inclou l’efecte de l’aigua. ' Tot Wu pσ σ σ= − = −

On u = pW = pressions del fluid en els porus intersticials. Compressibilitat – Consolidació: Es realitza via assaig edomètrics. [sòl saturat] El resultat depèn de Història Geològica (Consolidació). Estructura del Sòl (oberta o densa). Permeabilitat. Assaig Endomètric: Resistència a la tensió de cisalla: Assaig de tall directe. Envolvent de Mohr: Llei de Mohr – Coulomb: tancτ σ φ= + c: Cohesió del material. Depèn de la cementació i de l’adhesió entre partícules (força adhesiva electrostàtica). Φ: Angle de fricció interna: → Graves: Φ=45º, Sorres: Φ=35º, llim sec: Φ=30º. [↑D → ↑ Φ] També es pot realitzar amb tensions efectives. ' ' tan 'cτ σ φ= +

W W W

h h gu h h gσ γ ρ

γ ρ= == =

PROPIETATS DE LA ROCA MATRIU: Factors geològics influents en les propietats del massís rocós: - Roca matriu. Roca sense significants fractures. [prop bàsiques i geomecàniques(σ ↔ ε) ] - Geologia estructural – Discontinuïtats. - Tensions in situ o preexistents. Poden ser naturals o artificials. - Pressions i flux d’aigua. - Temps. Una obra suposa un canvi ràpid en el terreny. També s’ha de considerar la meteorització. Les roques poden ser: Estratificades (sedimentaries).

Foliades (metamòrfiques), Amb estructura massiva o cristal·lina (metamòrfiques o ígnies).

Propietats bàsiques de la roca matriu: Propietats d’ Identificació:

Composició mineralògica. Roques ígnies, sedimentaries o metamòrfiques.

Alteració – meteorització. Física o Química.

Classificació textural. (Cristal·lina, clàstica, massiva o orgànica) Pes específic. Natural o sec.

Porositat: (obs: un augment de porositat suposa una disminució de les tensions) Depèn del tipus de roca, la meteorització i les tensions in situ.

Permeabilitat: Depèn de la porositat e del tipus de discontinuïtats presents en ala roca matriu. Com més fracturada estigui una roca, més permeable serà. Propietats Bàsiques Geomecàniques:

Duresa: Relacionada directament amb la resistència. Depèn de la composició mineralògica i del grau d’alteració. Es mesura amb el martell Schmidt o amb una identificació amb con. → Escales de Mohs, …

Desgast i abrasivitat. Segons la presència de quars

Amb les dades recollides es pot fer un estudi d’excavabilitat De la roca matriu: Duresa, Abrasivitat i Desgast. Del massís rocós: Grau de fracturació, Geomecànica. Durabilitat: resistència davant la meteorització (canvis per exfoliació, hidratació, fluència, dissolució, oxidació, …) Assaig “Slake Durability Test”: (humitejar – secar) Pes sec després de 1 ó 2 cicles

Pes inicial de la mostraDI =

Velocitat de les ones sísmiques. Roques més fisurades i poroses tenen velocitats més petites. Granit: 4~5 km/s ; Argila: 1~2 km/s Resistivitat elèctrica. Segons conductivitat elèctrica dels materials.

Mida de gra (mm)

Roques estratificades Roques amb foliació Roques amb estructura massiva

30 Conglomerat 6 Rudites Bretxa 2 Gres

Gneiss Esquistos

Granit

Gabre

0.6 Llim 0.002 Lutites Argila

Calcites Dolomies

Halita Sal Anhidrita Guix

Pissarra / Fil·lita Milonita (falles)

Marbre Quarsita Corniana Riolita Basalt

Comportament (a controlar)

Cementació Gruix de l’estrat

Foliació (orientació i tipus)

Alteració. Grau de meteorització

γ

z

n

z

σ

z

Paràmetre Assaig - Mètode

σc

Assaig de compressió simple: /c F Aσ = [car]

Assaig de càrrega puntual (IS): 2/SI P D= Martell Schmidt i del Geòleg Taules

Si , Φ Assaig de compressió triaxial: [car] 1 3/ ,cF A pσ σ= =

Resistència (Si: Cohesió del material.) (Φ: Angle de fricció interna.)

σt Assaig de tracció directa Assaig Brasiler

E , υ Assaig de compressió simple Deformabilitat ED , υD (dinàmics) Assaig per ones sísmiques / velocitat sísmica

Durabilitat ID Slake Durability Test Pes sec després de 1 ó 2 cicles

Pes inicial de la mostraDI =

Propietats geomecàniques de la roca matriu: Relació: Tensió (σ) ↔ Deformació (ε) Resistència de la roca matriu: Capacitat de la roca per suportar tensions.

Comportaments: Valors a considerar: Fluència: Deformació del material sotmès a una tensió constant durant molt de temps. Augment de deformació sota tensions constants. Ruptura en roca: comportament mecànic durant assaig de compressió simple: Tipus de ruptura: Flexió, Cisallament, Compressió – tracció – cisallament, Tracció directa. Criteris de ruptura per a la roca matriu: Mohr – Coulomb: tani nSτ σ φ= +

Hoek i Brown: 21 3 3i c cmσ σ σ σ σ= + +

Assaigs de Laboratori:

Elàstic

Plàstic Elastoplàstic Fràgil Dúctil

Mòdul d’ Elasticitat o de Young: E σ

ε= Mòdul de deformació Tangencial: Tan

Tan

G σε

=

Coeficient de Poisson: lat

axial

def latdef axial

ευε

= = Obs: 2(1 )

EGυ

=+

Relació h vσ σ↔ : 1h v

υσ συ

=−

σh i σv

Si: Cohesió del material. Φ: Angle de fricció interna. τ: Resistència a tracció, al tall σn: Tensió normal.

σ1 i σ3 : Tensions principals major i menor en ruptura. mi: Constant que depèn de la matriu rocallosa. σc: Resistència a compressió simple.

PROPIETATS DEL MASSÍS ROCÓS: Discontinuïtats: Una discontinuïtat és qualsevol tall (fissura, esquerda, fractura, …) en el massís rocós amb resistència a la tracció nul·la o molt baixa. Tipus de discontinuïtats: Juntes , Diàclasis, Falles, Plans d’estratificació, … Característiques de les discontinuïtats: Formes de Ruptura dels Talussos Rocallosos:

Les condicions d’equilibri límit es produeixen en el moment en que la força de cisalla (Fc) sigui igual a la força de resistència a la cisalla, segons la línia de cabussament (Fr), llavors:

( ) · Fc c Fn tg φ= +∑ ∑ · sin ( · cos - ) · W c W Pw tgψ ψ φ= +

W = pes de la massa mobilitzada Ψ = cabussament del pla potencial de ruptura c = cohesió del pla potencial de ruptura Pw = pressió de l’aigua al pla potencial de ruptura ∅ = angle de fricció del pla potencial de ruptura Ruptura planar:

Es produeix quan un pla de discontinuïtat cabussa cap el talús. Llavors el vector de lliscament és més o menys paral·lel a la línia de cabussament del pla. La ruptura es produirà quan el pla de lliscament talli al pla del talús, i el seu efecte serà un lliscament traslacional.

- Ruptura planar en projecció estereogràfica: TEST DE MARKLAND

Condicions prèvies: Cohesió nul·la(c=0) i Talús sec (Pw =0)

Llavors l’expressió · sin ( · cos - ) · W c W Pw tgψ ψ φ= + queda simplificada a: tg Ψ = tg ∅

Així doncs, les condicions de ruptura seran : tg Ψp > tg ∅ ⇒ Ψp > ∅

Per a que hi hagi desplaçament, la línia de cabussament ha de tenir menys inclinació que la del talús, Ψp < Ψt.

Es produirà ruptura planar si es compleix que Ψt > Ψp > ∅. Tolerància de +/- 20º en la direcció de cabussament

Ruptura en falca:

Aquest tipus de ruptura té lloc quan dues discontinuïtats tallen obliquament al talús i la seva línia d’intersecció cabussa en direcció al talús. La massa rocosa que queda limitada entre les dues discontinuïtats pot desplaçar-se segons aquesta línia d’intersecció produint un moviment traslacional en falca.

Perquè es produeixi la ruptura en falca s’haurà de complir: Ψt > Ψi > ∅ On Ψi = β de la línia d’intersecció.

Si la intersecció es projecta en la zona d’inestabilitat seguint els mateixos criteris que pel cas anterior, hi haurà possible ruptura en falca.

- Orientació i nombre de discontinuïtats: (α/β) i nº Famílies - Freqüència o Espaiat entre les juntes. [Freqüència : RQD] Més densitat → més problemes. - Grau d’obertura. Més obert → més problemes - Extensió, persistència i continuïtat. - Rugositat o textura superficial de les juntes. - Ompliment. - Filtracions.

Calculem l’angle de fricció en el nostre estudi segons

l’expressió: RMR=5+

2φ (més endavant)

Ruptura per bolcada:

Consisteix en un moviment de rotació cap el talús d’un bloc o un conjunt de blocs al voltant d’un eix de gir situat sota el centre de gravetat de la massa moguda. Es produeix en la part superficial de formacions rocoses en les que les famílies de plans de discontinuïtats tenen un cabussament elevat (60-80º) cap a l’interior del talús.

Si considerem les condicions d’equilibri límit pel lliscament d’un pla:

( ) · Fc c Fn tg φ= +∑ ∑ , hi haurà lliscament quan: ( ) · Fc c Fn tg φ+∑ ∑

- Ruptura per bolcada en projecció estereogràfica: TEST DE GOODMAN

Condicions prèvies:

· Cohesió nul·la(c=0)

· (ΣFc / ΣFn) > tg ∅ (Rc / Rn) > tg ∅

ΣFn ≡ Rn

ΣFc ≡ Rc

Si es defineix α tal que tgα = (Rc/Rn), hi haurà lliscament si tgα > tg∅ , és a dir, si α > ∅.

Ruptura circular:

El quart tipus de ruptura es pot produir en material de molt baixa resistència o quan el massís rocós està molt fracturat. La superfície de ruptura té tendència a tenir una forma esfèrica o el·lipsoïdal. Normalment, existeix una certa rotació segons un eix situat per sobre de la superfície de ruptura.

També poden existir trencades infreqüents, que tenen lloc quan plans de discontinuïtat que queden allunyats de la direcció principal d’una família constitueixen una geometria de risc. Però aquestes ruptures no queden representades en el nostre estudi de l’estabilitat del talús, ja que al fer els diagrames de densitats i definir un pla modal per a cada família aquests valors queden despreciats.

Classificacions geomecàniques: Objectius: Proporcionar una avaluació geomecànica global del massís rocós a partir d’observacions de camp. Estimar la qualitat i els paràmetres de resistència del massís. Definir les necessitats d sosteniments per possibles obres. RQD – Índex de Qualitat de les Roques. [Rock Quality Designation] Mesura el grau de fracturació. Depèn del nombre de fractures i del grau d’alteració del massís rocós.

Longitud de fragments 10 cm

· 100Longitud total perforada

RQD≥

= ∑

Forma alternativa: considerar el nº de juntes en el massís rocallós per metre cúbic: Jv.

Es pot obtenir contant les juntes en 1m2 i extrapolar a 3D o considerant: inº Juntes JV

i i

JL

= ∑

Aleshores: 115 3.3 4.5100 4.5

V V

V

RQD J per JRQD per J

= − >= ≤

RQD (%) Qualitat de la Roca < 25 Molt dolenta

25 – 50 Dolenta 50 – 75 Regular 75 – 90 Bona

90 – 100 Excel·lent

RMR – Classificació de Bieniawsky. [Rock Mass Rating] Mesura la resistència del massís. Es considera: Càlcul: (1) (2) (3) (4) (5)RMR = + + + + Obs: segons Llei Mohr – Coulomb: C = 5 RMR Φ = 5 + RMR/2 [Anar amb compte] SMR – Classificació de Bieniawsky adaptada a Talussos. [Slope Mass Rating] (Romana) Permet avaluar l’estabilitat d’una excavació o desmunt. Consisteix en afegir uns factors d’ajustament al RMR 1 2 3 4( · · )SMR RMR F F F F= + +

Q de Barton. [Rock Mass Quality]

wr

n a

JJRQDQJ J SRF

=

Correlacions entre RMR i Q de Barton: Bieniawsky: 9 ln 44RMR Q= + Rutledge: 13.5log 43RMR Q= + GSI – Índex de Resistència Geològica. [Geological Strength Index] (Hoek i Brown) Útil per zones amb RMR < 30, amb roques de mala qualitat. Depèn de l’estructura de la roca i de les condicions de la superfície (del sòl). Deformabilitat en el Massís Rocallós: Mètodes Estàtics: Mòdul de deformació estàtic. Assaig de compressió amb gat o placa de càrrega. Lab o in situ.

In situ: 2· 100estE RMR= − 10

4010RMR

estE−

= Mètodes Dinàmics: Mòdul de deformació dinàmic. Assaig amb ones de so. Edin segons v ones de so [P i S]

(1) - Resistència del material intacte. Màx.= 15 (2) - RQD. Màx.= 20 [passar de % a tant per 0.2] (3) - Distància entre les discontinuïtats. Màx.= 20 (4) - Condició de les discontinuïtats. Màx.= 30 (5) - Aigua Subterrània. Màx.= 15 [atenció meteorologia]

RMR (%) Qualitat de la Roca Classe Cohesió (kPa)

Angle de Fricció

81 – 100 Molt Bona I > 400 >45º 61 – 80 Bona II 300 - 400 35º - 45º 41 – 60 Regular III 200 - 300 25º - 35º 21 – 40 Dolenta IV 100 - 200 15º - 25º 0 – 20 Molt Dolenta V <100 <15º

F1: Depèn del paral·lelisme entre rumb juntes i talús. F2: Depèn cabussaments de ruptura plana. F3: Reflexa relació cabussament de la junta i del talús. F4: Segons el mètode d’excavació.

SMR (%) Estabilitat 81 – 100 Totalment estable 61 – 80 Estable 41 – 60 Parcialment estable 21 – 40 Inestable 0 – 20 Totalment inestable

RQD: Índex de qualitat de la roca. (0~100) Jn: Nombre de famílies de discontinuïtats. (0.5~20) Jr: Coeficient de rugositat de la junta. (0.5~4) Ja: Coeficient d’alteració de la junta. (0.75~20) Jw: Coeficient reductor per presencia d’aigua. (0.05~1) SRF: Factor reductor per tensions en el massís rocós. (0.5~20)

Resistència del Massís Rocallós. Criteris de Ruptura per Massissos Rocallosos: Criteri de Mohr – Coulomb: tani nSτ σ φ= +

Criteri de Hoek i Brown: 31 3 c i

c

m sσσ σ σσ

= + +

Resistència del massís rocallós segons les juntes:

- Massís Rocós Sense Juntes: → Hoek i Brown (roca matriu). - Massís Rocós amb 1~2 famílies → Mohr – Coulomb / Barton – Choubey. - Massís Rocós amb 3~4 famílies → Hoek i Brown (massís rocós)

Resistència de les discontinuïtats: Resistència al Cisallament: Determina Rugositat (Llisa, Rugosa, Ondulada) i Cimentació – Cohesió.

Assaig de tall directe in situ amb gats (permet mostres de grans dimensions) o laboratori. - Resistència al Cisallament en Discontinuïtats Panes: Tensió – Deformació: Llei Mohr – Coulomb:

- Resistència al Cisallament en Discontinuïtats Rugoses: Dilatància: en les juntes ondulades un moviment

horitzontal (tangencial) suposa un moviment vertical (normal).

Mètode de Patton: Considera l’angle de fricció bàsic més l’angle de a irregularitat

respecte el pla de discontinuïtat. S’aconsegueix una augment de l’angle de fricció, es a dir, més

estabilitat.

Mètode de Barton i Choubey: Es considera la resistencia al cisallament de pic.

10tan logn rn

JCSJRCτ σ φσ

⎡ ⎤⎛ ⎞= +⎢ ⎥⎜ ⎟

⎝ ⎠⎣ ⎦

En parets meteoritzades: ( 20º ) 20( / )r b r Rφ φ= − + , on r: rebot Schmidt en superfície no meteoritzada. R: rebot Schmidt en superfície sana.

p b iφ φ= +

tan( )p n b iτ σ φ= +Arriba un punt on σn és molt gran i es produeix un poliment. En aquest casos no es considera la rugositat de les juntes.

JRC: Coeficient de rugositat de la Junta. JCS: Resistència a compressió simple

de les parets de la discontinuïtat. JCS = σc “no meteoritzat” JCS < σc “meteoritzat”

RECONEIXEMENT DEL TERRENY: Suposa entre 0.5% i 1% del pressupost total. Programació de la campanya de reconeixement:

1- Estudi previs de viabilitat. Investigació preliminar. - Revisió d’informació disponible. - Fotointerpretació preliminar. - Reconeixement senzill de camp.

2- Avantprojecte. Dades geològiques, hidrològiques, hidrogeològiques i dades geotècniques bàsiques.

- Reconeixement de camp en superfície. Cartografia geològica en detall. Investigació fotogeològica. → Geologia estructural, Litologia, Topografia, Estabilitat, Hidrologia, Erosió. Exploració de camp. → Determinar tipus i límits de materials, discontinuïtats, propietats geomecàniques.

- Investigació de camp en el subsòl. → permeten confirmar dades anteriors. Mètodes directes. (sondejos, trinxeres, calicades, …) Mètodes indirectes. (mètodes geofísics). Elèctrics (superficial) i Sísmics (profund) principalment.

3- Projecte. - Investigació geotècnica en detall. Assaigs in situ i en laboratori de resistència, deformabilitat i hidrogeologia. - Cartografia geotècnica final.

4- Construcció – Explotació. Instrumentació, auscultació i control de la obra. - Control de tensions. - Control de deformacions. - Control de pressions intersticials.

EXCAVABILITAT DEL TERRENY: Qualsevol terreny és excavable, el problema és el preu. Per estudiar l’excavabilitat del Terreny s’han d’analitzar els possibles moviments d’aquest. En el problema de l’estabilitat s’ha d’entendre el mecanisme i la geometria dels trencaments. Sistemes d’excavació: Pala: Útil en terrenys tous, assolin rendiments de 80 ~120 m3/h. (el més econòmic)

Ríper: Eficaç segons resistència a compressió simple, compacitat i cohesió del material i disposició i tipus de fractures del material. [Ideal en situacions properes als 30º respecte l’horitzontal]

Es pot utilitzar en roques de fins a 120~150 MPa, però no es gaire rendible.

Martell Hidràulic: Trenca roques de fins a 200 MPa. Se sol considerar com a última opció.

Fregadores: Útils per excavar en fronts de túnels. Problema si hi ha quars.

Tuneladores. Útils per excavar túnels molt llargs. Problema si hi ha quars El fet de canviar piques en aquestes dues últimes suposa el fer del canvi de material + una reducció de producció. Factors que influeixen en l’excavabilitat:

Resistència de la roca, augmentant la rellevància d’aquest punt quan es superen els 170 MPa. Densitat de facturació de la roca (com més fracturat més senzill és excavar). Disposició de les fractures: espaiat, obertura, direcció i cabussament Gruix de les capes. Heterogeneïtat del terreny. Efecte de l’alteració o presència de crostes, … Plasticitat del material. Abrasivitat del material.

Avaluació de l’excavabilitat: Correlacions amb RMR: RMR < 30 Pala. RMR: 30~60 Ríper. RMR > 60 Explosius. Considerar tècnica del Pretall. ∆t = milisegons Segons sísmica de refracció. Poliment i Més eficàcia (refracció)

Segons Índex de Fracturació. Espaiat d’ordre mètric → If de l’espaiat: if

SI

n= ∑

Espaiat d’ordre decimètric → If de freqüència: 1/f

i

nIS

=∑

Correcció i contenció de talussos: Tractaments de la Superfície o Locals: -Evitar la Caiguda: Fixar o lligar els blocs.

Cables d’acer. Bulons. Augmenten la component normal de resistència. Fins a 12m. Gunita. Formigó projectat en làmines primes. Es poc resistent i requereix drenatges. Tampoc és estètic. Recalçats. - Interceptar i/o controlar el moviment: Se solen combinar diferents actuacions per millorar rendiment.

Murs o pantalles dinàmiques. Reixes verticals a mig vessant. Malles. Fins a 15 m com a màxim. No s’han de fixar al terra. Cunetes. Per si soles ocupen molt espai. Soles actuar en conjunt amb altres mesures. Rases. - Protecció:

Falsos túnels i viseres. Murs de desviació. Reforços estructurals. - Sanejament: Fer caure els blocs que es consideren perillosos o en posició precària. Atenció amb l’elecció. Tractaments Estructurals o Globals: - Modificació de la Geometria:

Retalussats Bermes Manteniment complicat Descarregament de Capçaleres. Considerar possibles noves geometries de trencada. - Treballs de Contenció:

Murs (de gravetat o esculleres). Bulons i cables d’ancoratge. Els cables d’ancoratge poden arribar més profund que els bulons. Comb. - Drenatges: Es disminueix l’efecte de la pressió de l’aigua.

Segellat d’esquerdes- Drenatges superficials perimetrals. De coronació, col·lectors, … Drenatges subterranis.

FONAMENTACIONS: L’objectiu dels fonaments és transmetre les pressions de l’estructura al terreny i repartir-les de manera que siguin compatibles amb la seva resistència i deformabilitat

Criteris Generals de Disseny:

- Estabilitat: Relació “Resistència del terreny – Càrrega suportada” suficient.

Pressions suportables pel terrenys Roques Ígnies (granit molt sa) 10 MPa Roques Metamòrfiques resistents (marbres, quarsites) 10 MPa Roques Sedimentàries (valors normals) 5 MPa Roques Fracturades (pissarres, …) 1 MPa Argil·lites 0.5 MPa - Deformabilitat: Moviments del terreny tolerables per l’estructura. (assentaments diferencials , …)

Pot ser Instantània. Terreny permeable (graves i sorres). Més aconsellables, permet actuacions ràpides. Diferida. Terrenys poc permeable (llims i argiles). Problemes a llarg plaç. Atenció amb esmectites (tenen Montmorillonita, argila expansiva), argiles (i guixos) del Keuper

[expansives] i pissarres negres del Silurià [pissarres silúriques] (tenen pirita, també expansiva, a més de tenir una resistència molt baixa). Anhidrita a prop superfície és expansiva.

Tipus de Fonaments: Fonaments Directes o Superficials: [1~2 m profunditat] Terrenys mínimament bons.

Sabates. Es reparteixen càrregues puntuals. Lloses. Extensió de les sabates fins a crear una sola superfície. Fonaments Profunds: Terrenys dolents. S’aprofita la resistència de la roca sana en profunditat i el fregament del pilot.

Excavacions Profundes. Caixons. Sovint buits. Pilots. Perforacions de Gran diàmetre (0.7m ~ 1.5m) on es busca terrens més resistent en

profunditat, a més de considerar la resistència creada amb la fricció.

PROBLEMA DE LA CARSTIFICACIÓ.

La carstificació es detecten per gravimetria (càlcul de la gravetat on es detecta un dèficit de massa) o per georadar. Sovint es realitzen sondejos per comprovar la fiabilitat dels resultats. Roques afectades:

Calcària: Dissolució en presencia d’àcid carbònic. Procés molt lent. Sals: Molt solubles. [amb un litre d’aigua es poden arribar a dissoldre 350g de Sal] Guixos: Solubilitat mitja. El procés de dissolució pot tardar uns mesos o pocs anys, es llarg però es

contempla dins la vida útil d’una obra. Realitat:

En les calcàries ja trobem les coves fetes, mentre que en les sals i els guixos les cavitats es poden crear i anar engrandit a una velocitat elevada.

Solucions:

En les calcaries les solució es utilitzar pilars, col·locar una llosa o fer un reompliment. En els guixos i les sals es poden fer les mateixes actuacions que en les calcaries però s’ha de considerar que en

aquest cas les cavitats es van engrandint.

OBRES LINEALS: Traçat que té una distribució en planta i uns pendents en perfil. Reconeixement: Aspectes a considerar:

- Geologia – geomorfologia → condicionants de la traça - Qualitat del massís rocós. Fonaments, Desmunts, Excavacions subterrànies. - Excavabilitat - Material per a terraplens i pedraplens - Condicions hidrogeològiques - Riscos naturals - Impacte ambiental

Condicionants impostats: No es pot escollir per quin terreny passar. Hi ha condicionants més forts. - Rigidesa de la traça (sobretot als canals) - Rasant - Radi de curvatura - Escala de reconeixement - Trajectes llargs (poc detall)

Geologia: Caracterització estructural: (tractament estadístic de discontinuïtats)

- Hem de saber l’estat de la roca: Fracturació, Alteració i Estat general de la roca. - S’ha de tenir en compte:

Blocs desplaçats. Caboteig (distorsió cabussaments). Discontinuïtats singulars. Important analitzar de nou el massís durant l’execució per fases dels desmunts

Contacte formació superficial / substrat: Irregularitats Ús de les tècniques geofísiques

Zones de falla: Vigilar collets i barrancs

Geomorfologia: Corredors. Estrets fluvials, Depressions, … Millors emplaçaments: terrasses, altiplans, ...

Fons de valls: Riscos de crescudes, Formacions superficials potents, Competència amb altres usos.

Vessants: Pendent fort, Desmunts / Terraplens, Vessants obacs: formacions superficials potents, gel.

Carena: Substrat rocós, Moltes obres de fàbrica, Condicions rigoroses (innivació). Terraplens: Materials de construcció: - Argiles i Llims, són materials deformables → perill d’inestabilitat.

- Pissarres: trencament de ponts - Limolites: meteorització

Estabilitat: Per angles > 30º - 35º : cal pedraplens o murs. Construcció formacions superficials de baixa resistència (si és possible, netejar contacte fins al substrat:

major fricció). Evitar acumulació d’aigua i soscavació

Desguàs – Drenatge: Evitar entollaments. Preveure cabals de desguàs (inclosos arbres, runa ...). → el pas de l’aigua pel damunt fa malbé el terraplè.

Drenatges: erosió aigües avall. Controlar possibles situacions de corrents d’arrossegalls. Controlar Fluxos d’hidrogeologia. Possibles dissolucions després de la obra.

Asimetria de les valls

Consolidacions diferides

Impacte ambiental:

- Visual - Efecte barrera (Comunicacions, aigües) - Interrupció d’aqüífers - Erosió dels desmunts (Augment sòlids en suspensió a les aigües superficials). - Abocament terres de rebuig - Accidents previsibles (Cisternes → contaminació d’aqüífers, Fuites oleoductes)

Riscos Naturals:

Actuen en un entorn més enllà de la traça i són Episòdics. Tipus

Avingudes: Reducció de la secció transversal, erosió del llit i marges / soscavació.

Esllavissades / Allaus: Reactivació de moviments afectats per la traça. Considerar especialment traces situades enmig de la trajectòria (cons de dejecció).

Esfondraments Carst cobert (perill en les fonamentacions).

Terratrèmols Disseny antisísmic d’estructures.

TÚNELS: Reconeixement: Aspectes a considerar:

Geologia – geomorfologia → condicionants de la traça “El camí més curt no sempre és millor” Fase de projecte: - És clau fer un bon projecte i un bon control.

- Parar una obra per culpa d’un esfondrament suposa uns cost de neteja i un cost de no avançament. Reconeixements a fer:

- Cartografia 1/500 en general i 1/1 000 a 1/500 a les embocadures - Obtenció perfil geològic – Litologia Formacions Problemàtiques: Sols (terrens expansius).

Roques fracturades. Roques meteoritzades.

- Classificació geomecànica dels materials - Campanya de sondeigs: Litologia, assaigs, RQD, hidrogeologia. Atenció amb profunditat (↑↑€ i control) - Previsió de punts conflictius: Falles, aigua, bossades de gas, embocadures ... - Excavabilitat de la roca: Explosius, talps, excavadores ... - Temps d’estabilitat de la secció, sosteniment a col·locar. - Efectes a l’entorn (subsidència, hidrogeologia ...)

Tipus de comportament de les roques als túnels: Condicions estables

La roca amb o sense ajut del sosteniment assoleix un estat d’equilibri. En cas d’existir deformacions són a velocitats decreixents i sense danyar el sosteniment.

Caiguda gravitatòria de blocs Despreniments a la volta o als laterals. Els blocs cauen lliurement o seguint juntes però sense gaire distorsió o trencada

del massís.

Condicions de fluència La cavitat convergeix lentament i continua per flux visco-plàstic induït pel nivell de tensions.

Inflament La roca aflorant a l’excavació expandeix per mecanismes físico-químics associats amb la presència d’aigua i determinats

minerals (anhidrita, minerals d’argila)

Explosió Trencades brusques per la propagació de fractures a través de la roca. Principalment en zones profundes.

Potencialitat de fluència degut a tensions

Factor de competència cfC

Hσγ

=

Trencament a compressió:

Terreny Fluent: Roques toves; Llim, Argila, pissarra, roques meteoritzades, … Inflaments: minerals expansius.

Trencada suau: Roca poc fràgil.

Explosió de roca: roques molt resistents, dures i fràgils. Alliberament brusc de tensions.

Cf > 10 → Efecte menyspreable de la pressió de roca Cf: 4 ~ 10 → Cal tenir present la pressió de roca Cf: 2 ~ 4 → Fluència lleugera o moderada Cf < 2 → Fluència elevada

Disposició Estructural Adversa. S’ha de considerar principalment l’ Estratificació: gruix, direcció i cabussament.

La caiguda de blocs quan la tracció es desenvolupa al sostre i hi ha confinament insuficient per a mobilitzar la resistència a la cisalla

Inestabilitats al sostre - Estratificació amb angle α<15º respecte horitzontal → Anisotropia: costat dèbil (lliscament) i costat resistent → - Tracció al sostre α<20º → Perill amb nivells dèbils, cisallats (imprevisibilitat) → - Tall de tota la successió d’estats amb α>70º → Control al Front d’excavació: Major previsibilitat i control de caiguda de blocs. Permet: Control geològic del front d’excavació:

Fer modificacions de sosteniment segons canvies de comportament o de litologia.

El Control al Front és complicat i car extreure mostres. Amb Jumbos es realitzen perforacions i es consideren els canvis en la velocitat de perforació. (canvis litologia, fracturació, aigua, …)

A baixes profunditats les tensions rocoses són massa petites per a tenir influència en caiguda de blocs. Tensions: Tensions verticals: Augmenten en profunditat (component gravitacional degut al pes del recobriment) V hσ γ= Tensions horitzontals: Tensions tectòniques, tensions “fòssils” degut a la denudació o anisotropia del massís rocós. Solen ser més importants que les tensions verticals, sobretot en superfície.

Plegament sinclinals → estancació d’aigua en la part central.

Aigua: - Molt problemàtica quan està associada a fractures o quan té una entrada il·limitada (connexió mar, llac, ...) - És millor drenar que impermeabilitzar. Es redueixen tensions. Convé identificar:

- Formacions carstificables - Zones de falla - Litologies permeables (contacte formacions impermeables/permeables)

Zones de falla: Zones problemàtiques per gran alteració dels materials. Problemes associats

- Reompliments - Zones trinxades de baixa resistència - Aigua - Tensions elevades Sobretot en falles inverses o cavalcaments. - Famílies de fractures associades. Com més important és una falla, més factures tindrà. - Canvi litològic. A millor (recristal·lització de calcita, falles velles) o a pitjor (milonites).

Embocadures: La majoria de les embocadures son estètiques o de protecció per evitar la caiguda de blocs. Si la zona està molt fracturada es munten paraigües:

Micropilots de 15 a 20 cm de diàmetre i d’uns 20 m de llarg de morter i acer que sostenen el terreny i permeten l’excavació per sota d’aquests. Es col·loquen en horitzontal just per sobre la zona a excavar.

S’han de considerar:

- Formacions superficials (Compte amb les fondalades) - Antigues esllavissades - Terreny descomprimit – meteorització (distribució anisòtropa de tensions) - Aigua al contacte formació superficial - substrat - Inestabilitat dels desmunts creats just abans de l’embocadura del Túnel (normalment 3 diferents).

Nou Mètode Austríac “Filosofia de Treball” La forma tradicional de fer túnels consistia en contenir el terreny a qualsevol preu (anell de formigó en massa) era molt car i molt lent (encoframnet + enduriment). El nou mètode austríac pretén que el terreny col·labori amb el seu propi sosteniment. - Es perfora i es col·loca un sosteniment flexible que deixa deformar el terreny en un

primer moment. - Quan el sosteniment entra en càrrega el terreny s’ha deformat i ha alliberat tensions.

És molt important que al excavar no es danyi el terreny. Ha d’haver-hi un control al front d’excavació per comprovar el material i per decidir les possibles modificacions

pertinents de sosteniment.

Massís

Sosteniment σ

t

PRESES: Tipus de Preses: Les preses se solen col·locar en els congosts estrets, aprofitant les parets laterals i el canvi de material (a millor).

Normalment el canvi de material suposa un augment del gradient de pendent. Injeccions impermeabilitzadores: Impermeabilitzen el terreny amb injeccions de morter, resines, … [elements segellants] via sondejos a pressió. Es creen pantalles d’impermeabilització aprofitant les fissures dels terreny: Estudi de la Presa: Al considerar les preses és molt important tenir en compte la ondulació i rugositat de les fissures i dels canvis litològics de

material. Topografia La relació entre la longitud de la carena i l’alçada màxima de la presa sobre el nivell de fonamentació més baix (b/h), sol ser utilitzat en la selecció del tipus de presa:

Segons Van Schalkwyk (1982) Segons Attewell i Farmer (1976) la relació b/h ha de ser: Volta b/h < 3,5 Volta prima b/h <3 Gravetat – volta b/h > 6 Volta gruixuda b/h de 3 a 5 Terra b/h > 12 Graveta b/h >5

A les preses de volta cal que la vall sigui simètrica. Si no ho és es poder realitzar blocs artificials de fonamentació fets amb formigó per a obtenir una distribució de tensions satisfactòria.

Preses de Terra

Resisteixen l’empenta de l’aigua amb el seu propi pes. Tensions elevades però repartides.

Flexibles, resistents a Terratrèmols. Pot ser més econòmic realitzar una presa de terra que de

formigó si no es disposen d’àrids. Preses de Formigó de Gravetat:

Resisteixen l’empenta de l’aigua amb el seu propi pes. Tensions elevades concentrades en un punt.

Preses de Formigó d’arc o de volta:

Resisteixen l’empenta de l’aigua amb el seu propi pes i amb l’ajuda de les parets del costat. Tensions elevades concentrades al terra i als extrems..

h

b

Si les parets són estretes vol dir que són de bona resistència, ja que a l’aigua li cosa més erosionar. (i viceversa)

Resistència de la roca: Càrrega admissible pel terreny.

Deformabilitat del massís rocós: Massís M

Formigó F

E EE E

δ = =

Influència del terreny de fonamentació δ < 1/16 → Molt important. Comportament de la presa governat per la deformabilitat del terreny. 1/16 < δ < 1/8 → Important. 1/8 < δ < 1/4 → Bastant important 1/4 < δ → Irrellevant

Si el terreny és homogeni Em/Ef té menys influència (no hi ha moviments diferencials)

Efecte dels esforços de compressió en el terreny: Les esquerdes es produeixen en el pla σ1 – σ2 . En aquest pla augmenta la permeabilitat. Poden haver-hi zones amb fractures conjugades (dextres i senestres). Terreny de fonamentació: L’estabilitat en terreny rocós depèn: A l’hora de realitzar fonamentacions sempre s’han de treure els al·luvials (molt permeables). el sòl residual (poc resistent). la roca meteoritzada (poc resistent). Atenció en les valls glacials per la possible presencia de congostos subglacials:

L’alçada del congost pot arribar a 100 m o més. Al excavar es pot produir una descompressió del terreny, fet que suposa l’aparició de fractures o fissures que causen filtracions. Aleshores es realitzen Injeccions de Consolidació.

Procés sistemàtic en roques de qualitat mitja – baixa. Mecanisme de ruptura en el terreny de fonamentació: - Lliscament degut a la intercalació d’argiles, lignits (carbó), … entre les capes de roca competent.

- Lliscament degut a una falla reomplerta amb materials de baixa resistència.

- Inestabilitat per intersecció de famílies de juntes.

- Lliscament entre diferents estrats geològics degut a l’estructura plegada del massís

h

δ

RMR 100

σ1

σ3

Tipus de Presa Walters Franklin/Dusseault Presa de Terra - - No és crític Presa de Gravetat 0.9 – 1.1 MPa 1 MPa Presa de Gravetat amb contraforts 2.2 – 3.3 MPa 2 MPa Presa de Volta Gruixuda 3.3 MPa 3 MPa Presa de Volta Prima 5.4 – 7.6 MPa 5 MPa

Consolidació / Trencada → Resistència de la roca matriu. Deformabilitat del massís rocós.

Estabilitat al lliscament → Resistència de les discontinuïtats. Resistència al tall de roques tendres.

a b c

Filtracions: Dos perills principals: Pèrdua d’aigua i Subpressions, així com Dissolucions i Arrossegament de material fi. Afavoreix la infiltració:

- Presència paleocanals en formacions al·luvials, així com la formació al·luvial per si mateixa. Permeabilitat. - Presència roques “solubles”: calcàries, guixos i sals. → Vigilar carstificació. - Massissos molt fracturats o fallats. - Existència de capes permeables, desfavorables.

Estructuralment:

a) Capes de gresos, calcàries, fràgils i fracturats b) Gresos poc cimentats i argiles c) Roques cristal·lines molt fracturades

- Cal prestar la màxima atenció als terrenys amb possibilitats de carstificació. Moltes preses en terrenys carbonats. - Les direccions de drenatge càrstic principals, s’instal·len segons plans ortogonals als esforços de tracció (σ3) soferts pel

massís.

S’han d’identificar les zones on hi poden haver filtracions i realitzar injeccions. Les filtracions es mesuren en Lugeons: 1 Lugeon = 1 l / metre / min a 1 MPa de Pressió. Si K < 1 Lugeon → Roca impermeable.

HIDROGEOLOGIA: Hidrologia Subterrània. Part de la hidrologia que correspon al emmagatzemament, circulació i distribució de les aigües subterrànies en la

zona saturada de formacions geològiques.

El terreny sempre esta saturat d’aigua, però a una certa profunditat. La hidrogeologia necessita un estudi Geològic, Químic, del moviment a partir d’unes Lleis Físiques i d’un Planificació. Cicle Hidrològic: Nivell piezomètric: nivell en el qual l’aigua està saturada en una família geològica determinada. Zones geològiques segons la circulació d’aigua: Aqüífer: Família geològica per la que circula aigua. Es pot aprofitar econòmicament. Poden ser de permeabilitat primària o secundària.

Segons en nivell de pressió hidrostàtica:

Aqüífer Lliure. Superfície de pressió = Superfície lliure Nivell Piezomètric a Pressió atmosfèrica.

Aqüífer Lliure. Superfície de pressió < Superfície lliure Nivell Piezomètric > Pressió atmosfèrica.

Existeixen aqüífers semicaptius

Reserva: Volum d’aigua contingut en un aqüífer, disponible en un moment determinat. Recurs: Volum d’aigua que es pot disposar d’un aqüífer sense modificar les seves reserves. S’aprofita la part que

es renova del sistema. Aqüítard: Família geològica amb poca aigua i baixa transmissió.

Aqüiclos: Família geològica amb poca aigua però no la transmet.

Aqüífug: Família geològica sense aigua i sense transmissió.

Distribució Global de l’aigua:

- Oceans 97% - Geleres 1.9% - A. Subterrània. 0.5% - Llacs 0.017% - Humitat del sòl 0.005% - Rius 0.0001% - Atmosfera 0.0001%

El desenvolupament de l’extracció de l’aigua prové de les tècniques d’extracció del petroli.

Precipitació Evaporació o Transpiració

Circulació Descàrrega

Infiltració

Recàrrega

Escorrentia Superficial

Zona No Saturada Zona Saturada

La Capa Freàtica també es pot anomenar Nivell Freàtic o Water Table

Una font apareix allà on la Topografia

interseca amb la Capa Freàtica. El gradient de pendent és el que fa moure

l’aigua.

Paràmetres Hidràulics: La capacitat d’emmagatzemament i de transmissió d’aigua depèn de la porositat i de la permeabilitat, Porositat: Quantifica l’espai disponible entre les partícules sòlides de l’aqüífer. Permeabilitat: Quantifica el grau d’interconnexió o continuïtat entre els espais. K: [LT-1] S’obté en laboratori, però poden existir variacions de fis a 6~7 ordres de magnitud amb la realitat. Transmissivitat: permeabilitat en el gruix de l’aqüífer. ·T K b=

Moviment de l’aigua: Llei de Darcy: · · hQ K AL

∆=

Coeficient d’emmagatzemament: Volum d’aigua que es pot extreure del material quan es redueix la pressió en 1m de

columna d’aigua, es a dir, es baixa el nivell piezomètric 1m. S dóna el ritme de descens de l’aigua en un pou. Aq Lliure: Si p ↓ 1m → ↓ 1m la capa freàtica ∆ ≈ 10-1 m = S Aq Captiu: Si p ↓ 1m → descompressió de l’aigua i compactació del terreny. ∆ ≈ 10-4 m = S Formes de Relació Aqüífer – Entorn: Relacions Riu - Aqüífer: Sense Connexió (font) Riu Afluent Riu Influent Riu Penjat (efecte dutxa) Alteracions de l’home: Embassaments: Bombes, extracció. Relacions Mar – Aqüífers:

S (adimensional)

Atenció amb intrusió d’aigua de mar en els aqüífers

Determinació dels Paràmetres Hidràulics en un aqüífer mitjançant assaig de bombament:

Llei de Darcy: · · hQ K AL

∆= Transmissivitat: ·T K b= b: gruix o potencia de l’aqüífer.

“s” Mesura el descens del nivell freàtic en un pou

Regim estacionar i Permanent: ln2 ·

Q RsT rπ

=

Règim transitori: 2

2.25 ·ln4 · ·

Q T tsT r Sπ

= → 2

2.25 ·0.183 log·

Q T tsT r S

=

Si tenim ∆s →

( )1 2

0.183

log /

QTs

t t

=⎛ ⎞∆⎜ ⎟⎝ ⎠

Consell: prendre 1

1

2

10log log 110

x

x

tt

+

= =

Recta de Jacob: Pendent: ( )

2 1

1 2

0.183log /

s ss Qmt t t T

−∆= = =

∆

02

·2.25T tSr

=

Observacions: 1 86400 1 1440d s d min= =

Radis: r: Punt de mesura. R: Radi d’influència. Aqüífers Lliures: R: 500~5000 [2500] Aqüífers Captius: R: 500~5000 [2500]

s

t

∆s

∆t

t0

Atenció amb les unitats!!