Dealing with Expansive Rocks in the Los Quilos and Chacabuquito Water Tunnels Andes Mountains of Central Chile

Abstract Several zones with expansive rocks were encountered during construction of two tunnels of the water conduction system for the Chacabuquito Hydropower Plant, located in the Aconcagua river valley of the Chilean Central Andes Mountains, at elevation 1.075 m a.s.l., and 65 km north-northeast of Santiago. The expansive behavior was associated to three different geological features. Firstly with the crossing of important north-south trending faults, with montmorillonitic and caolinitic fillings. Secondly to the presence of zones of rock mass showing a penetrative presence of clay minerals (montmorillonite, illite and caolinite) and penetrative thin veins of ceolites. And thirdly to the hydrothermal alteration of the rock and the consequent generation of clay minerals (predominantly montmorillonite, sericite and minor caolinite). The geological and mechanical characteristics of the expansive rock domains, as well as the field and laboratory reconnaissance and characterization program, are described in the paper together with the bases for design and the guidelines for construction and definitive tunnels support. Resúmè Pendant l’excavation des deux tunels du système d’adduction d’eau pour alimenter la centrale hidroélectrique Chacabuquito, plusieures zones de rochers expansifs ont été découvertes. Ces tunnels sont dans la vallée du fleuve Aconcagua de la Cordillère des Andes du Chili Central, à une altitude aproximée de 1.075m s.m.n. et à 65km vers le nord-nord-ouest de Santiago. Cette conduite expansive est associée à trois différentes caractéristiques géologiques du massif rocheux. Un premier lieu, à l’intersection de plusieures zones de failles, d’orientation nord-sud et subverticales, avec remplissage de rochers désintégrés, montmorillonite, caolinite et sérite. En seconde lieu, a la présence de zones de rochers expansifs, avec des nombreux minces veines de céolite-calcite et aussi des minéraux argileux (montmorillonite, illite et caolinite). Et, dans troisième lieu, dût à la présence de zones d’altération hidrothermale du massif rocheux et la conséquente génération de minéraux de remplacement argileux (surtout sérite, montmorillonite et en plus petit degré, caolinite). Les caractéristiques géologiques et géomécaniques des rochers expansifs, ainsi que la reconnaissance du terrain et les résultats du programme d’essais de caractérisation géomécanique du laboratoire sont décrits dans ce travail, ainsi que les bases de dessin et recommandations constructives pour placement du support définitifs pour ces tunnels Zusammenfassung Während der ausgrabung der zwei tunnels der wasserleitungssystem, um die Chacabuquito Wasserstromzentrale zu besorgen, wurden verschieden ausgedehnte gesteinadern gefunden Die beiden tunnels befinden sich im Aconcaguatal, wo der Aconcagua Fluss fliesst, auf einer Höhe von 1.075 m über dem Wasserspiegel und ca. 65 Km Nord-Nordest von Santiago entfernt, in mittleren Anden Cordillere (chilenische Gebirgskette). Drei verschiedene geologische merkmale dieser massiven gesteine können dieses ausgedehnte verhalten erklären. Erstens, hier befinden sich verschiedene und auch ganz wichtige