UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CONSIDERACIONES FERROVIARIOS
PARA
LA
CONSTRUCCIÓN
DE
TÚNELES
EN ENTORNO URBANO RESUMEN
.El proyecto y el proceso constructivos de un túnel ferroviario en un entorno urbano han de tener en consideración el ensamblaje de la nueva infraestructura con los servicios y las redes de transporte que afecta, tanto en su estado final como en cada una de las fases intermedias de la obra; y se ha de asumir la obra como un vecino más del barrio en el que se emplaza, sujeto a las obligaciones recogidas en la Declaración de Impacto Ambiental. 1. INTRODUCCIÓN
El acceso de una línea de ferrocarril al centro de una ciudad conlleva en muchos casos la construcción de túneles, que pueden ser de gran longitud y tener gran repercusión en el medio en el que se emplazan. Ciertamente, la construcción de un túnel es una obra compleja, desde el punto de vista de la ingeniería, ya que tiene que garantizar la estabilidad de la estructura y debe minimizar las afecciones (limitación de subsidencias, mantenimiento de las condiciones de los acuíferos, etc.) en un medio, el terreno, que presenta una elevada incertidumbre y heterogeneidad. En el caso concreto de los trabajos en zona urbana, la complejidad de las obras aumenta al tener mucha mayor gravedad cualquier movimiento que sobrevenga en el terreno, porque se pueden producir afecciones a edificios, redes de servicios e infraestructuras de transporte existentes; y también aumenta la complejidad al haber limitaciones de espacio, de emisiones de ruido y polvo, más restrictivas que las habituales en una zona rural. 1. PARÁMETROS DE DISEÑO DE LOS TÚNELES.
Uno de los parámetros fundamentales de un túnel es su sección. El valor de este parámetro, en el caso del ferrocarril, está ligado en gran medida con el gálibo de los vehículos y con fenómenos aerodinámicos (dentro de un túnel aumenta la resistencia al avance que experimenta un tren y se generan aumentos de presión). En la alta velocidad los fenómenos aerodinámicos son determinantes y obligan a grandes secciones (por ejemplo, para velocidades de 350 km/h, se han diseñado túneles de 100 m2 de sección libre), de tal manera que la relación entre la sección del tren y la del túnel sea lo más reducida posible. Sin embargo, en los túneles ferroviarios en un entorno urbano, aun formando parte de una línea de alta velocidad, generalmente la velocidad de Página 1
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL circulación está por debajo de los 120 km/h, dada la proximidad respecto a alguna de las estaciones de la línea. Por ello, en estos casos, el factor determinante es el del gálibo, tanto para permitir el paso de los trenes como para alojar las instalaciones ferroviarias y las zonas necesarias de paso, que garanticen la evacuación en caso de emergencia. 2. ELECCIÓN DEL SISTEMA DE EJECUCIÓN DEL TÚNEL Existen muchos métodos para la realización de túneles urbanos. En la
actualidad ha proliferado el uso de las tuneladoras, pero no por ello se han dejado de utilizar métodos más tradicionales como son el “método belga” o la construcción de túnel entre pantallas. La longitud del túnel y su profundidad, las condiciones geológicas, la proximidad a edificios y estructuras, y los servicios afectados condicionan el método a escoger. Ciertamente, por proximidad a las edificaciones, se deben descartar procesos constructivos que impliquen vibraciones importantes, como son los métodos consistentes en pilotes hincados o excavación por voladuras. Los métodos que se empleen han de minimizar los movimientos del terreno, evitando asientos o vibraciones que afecten a los edificios próximos a las obras. Además de este condicionante, deben tenerse en cuenta las limitaciones de espacio, tanto en lo que concierne a los accesos y las zonas de trabajo como en lo que concierne a las zonas de acopio de material. En el caso de la construcción de un túnel en mina, el entorno urbano limita el número de rampas y pozos de acceso a construir, y por tanto, limita también el número de frentes de ataque del túnel, afectando al plazo de ejecución y condicionando el método constructivo elegido. • Encarecimiento del transporte por realizarse a través de extracción vertical, que resulta Ha de tenerse en cuenta que la dificultad para encontrar grandes solares so lares donde realizar acopio de materiales puede condicionar determinantemente el proceso constructivo. Por ejemplo, la utilización de una tuneladora necesita para ser viable extensas zonas de fabricación y acopio de dovelas, aparte de los pozos de ataque. Además de las limitaciones de espacio, debe considerarse que los accesos a la obra se realizan a través del viario de la ciudad (en algunos casos en zonas muy concurridas y de calles estrechas). Ello puede obligar a limitar el tamaño de los vehículos o incluso a regular el tráfico para entorpecer lo mínimo posible la circulación existente (figura 8). Por supuesto, este aspecto debe ser analizado en el momento de decidir el método constructivo. Página 2
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL La convivencia de las obras con las redes de transporte público se ve afectada, lo que apremia a condicionar los horarios de tal manera que la afección sea mínima y a reducir en lo posible los plazos de ejecución. Esto, sin duda, comporta un importante esfuerzo de coordinación y aumenta los recursos técnicos y humanos que deben emplearse en la obra. para poder construir los pilotes correspondientes al túnel de alta velocidad en una longitud aproximada de 300 m. El reducido plazo disponible y la exigencia de garantías plenas de disponer nuevamente de la vía suprimida en una fecha concreta ha obligado a incrementar la maquinaria utilizada en obra. Los túneles entre pantallas interceptan gran cantidad de servicios y afectan la circulación en superficie. Se trata de un método rápido (especialmente con el uso de hidrofresadoras ,pero que involucra un gran movimiento de tierras. En los túneles en mina, puede ser aconsejable efectuar actuaciones de refuerzo previas a la excavación. 3. CONTROL DE LOS EFECTOS SOBRE EL MEDIO
La construcción de túneles en entornos urbanos ha de estar acompañada necesariamente de una rigurosa auscultación del terreno, especialmente en lo que concierne a edificios e infraestructuras existentes. El diseño de esta auscultación ha de ser dinámico de tal manera que en función del comportamiento del terreno (básicamente, la velocidad de sus deformaciones) se atenúen o se intensifiquen las mediciones. En la tabla 2 figuran la periodicidad aconsejable de las mediciones de acuerdo con los movimientos que se detectan en la auscultación. 4. CONCLUSIONES
La realización de un túnel en un entorno urbano tiene unas peculiaridades propias que la diferencian respecto a la ejecución de un túnel en un entorno rural o natural. Los métodos constructivos han de escogerse siguiendo criterios de máxima garantía de la estabilidad del terreno, evitando movimientos y vibraciones. Han de tenerse en cuenta los condicionantes de espacio y accesibilidad, y las limitaciones de ruido y emisiones de polvo. Las obras deben hacerse compatibles con los servicios existentes y deben alterar lo mínimo posible las redes de transporte. Todo ello hace que se tengan que disponer más recursos y que la planificación sea mucho más estricta.
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UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL En los entornos urbanos, la auscultación del terreno es una pieza esencial e irrenunciable; y, si es preciso, se debe acompañar de inspecciones a edificios y estructuras para garantizar en todo momento la seguridad y la funcionalidad. La incertidumbre que genera la heterogeneidad del terreno ha de ser paliada con un elevado grado de control.
. METODOS DE EXCAVACION DE TUNELES PERFORACION Y VOLADURA
1. ¡El arte de excavar túneles radica en ser capaz de colocar el sostenimiento adecuado a la distancia del frente adecuada¡
2. EXCAVACION SUBTERRANEA • Cuando las excavaciones subterráneas son desarrolladas de manera artesanal, se conceptúa a la excavación como el “SOCAVON”, que es una labor efectuada con la mínima sección posible de excavación, para permitir el tránsito del hombre o de acémilas para realizar la extracción del material desde el frontón hasta la superficie. • Cuando las excavaciones se ejecutan controlando la sección de excavación, de manera que se disturbe lo menos posible la roca circundante considerando la vida útil que se debe dar a la roca, es cuando aparece el concepto de “TUNEL”, que abarca, globalmente, al proceso de excavación, control de la periferia, sostenimiento, revestimiento y consolidación de la excavación. • El éxito de una correcta y económica obra de tunelería dependerá de la buena combinación que se efectúe entre estos factores.
3. excavaciones subterráneas el objetivo de la obra subterranea el sistema constructivo trazado la estructura resistente: el calculo seccion tipica la geometria del proyecto la geologia y geotecnia del macizo rocoso las instalaciones para la excavacion temas basicos
4. escavaciones subterraneas riesgos a asumir financiacion del proyecto conceptos equivocados en el planeamiento de la obra. inadecuada especificaciones tecnicas. errada eleccion de equipos. sobredimensionamiento de los elementos de sostenimiento. mala disposicion de cargas explosivas en las voladuras. accidentes geologicos inesperados.factores que incrementan el presupuesto variables de riesgo cronograma calidad costos
6. objetivos de las excavaciones subterraneas objetivos funcionales formar parte del trazado de una via de comunicación (carretera, Página 4
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL ferrocarril) impacto medioambiental del diseño. preservar el valor medioambiental del paisaje. limitación de ruidos en la zona. reducción de volúmenes de tierra a remover. reducción de terrenos a adquirir. objetivos complementarios tunel de conduccion hidraulica, acueductos, gasoductos, oleoductos, etc. explotacion minera o de caracter industrial (geotermicas, nucleares. instalaciones militares (angares, muelles, etc.) prevencion de daños fisicos en la explotación: prevención de incendios, salidas de emergencia, etc. en la construcción: seguridad e higiene laboral
7. la geometria del proyecto: trazado y seccion tipo la geotecnia del macizo a atravezar la afeccion a obras subterraneas existentes la afeccion a obras exteriores existentes
8. la geometria del proyecto: trazado – en planta • la geotecnia local del macizo a atravezar hay que disponer de una información de tipo general sobre las condiciones geotécnicas del macizo a atravesar, aunque luego se vuelva sobre el tema. permitirá establecer alternativas de trazado, más adecuadas desde el punto de vista geotécnico.
9. la geometria del proyecto: trazado – trazado – en en planta
10. la geometria del proyecto: trazado • la afeccion a obras subterraneas existentes se puede decir, sin exageración alguna, que la información sobre los servicios existentes en el subsuelo de la zona de futura obra subterránea es tan importante, por no decir más, que la relativa a la geotecnia del macizo.
11. la geometria del proyecto: trazado • la afeccion a obras exteriores existentes el fenómeno de la subsidencia del terreno superficial, debida a la ejecución de un túnel bajo el mismo, existe siempre, aunque, naturalmente, depende muy esencialmente de las características geotécnicas del macizo rocoso.
12. la geometria del proyecto: trazado - pendiente carreteras ordinarias (limite maximo 5% ) contrapendientes y desagues realizar excavacones a favor de la pendiente para evacuar el agua autopistas (2% tuneles ascendentes 4% tramos cortos) ferrocarriles 2.5% tramos largos 5% tramos muy cortos en proyectos de alta velocidad debe ser max. 1%
13. geometria del proyecto: seccion tipo hidraulicos y viales herradura circulares dos niveles
14. geometria del proyecto: seccion tipo tipo herradura Página 5
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15. geometria del proyecto: seccion tipo
16. geometria del proyecto: seccion tipo tipo doble circulo – – vialidad e hidraulico
17. geometria del proyecto: seccion tipo tipo herradura – herradura – hidraulico hidraulico
18. geometria del proyecto: seccion tipo tipo circular – – vialidad e hidraulico
19. geometria del proyecto: seccion tipo tipo doble circulo tipo boca – vialidad
20. geometria del proyecto: seccion tipo tipo herradura concava – hidraulico
21. geometria del proyecto: seccion tipo tipo herradura - mineria
22. geometria del proyecto: seccion tipo tipo trapezoidal - mineria
23. consideraciones geologicas para elegir el sistema constructivo
25. PLANTEAMIENTO GENERAL DEL DISEÑO DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS La estabilidad de un hueco está relacionado con el comportamiento del medio en que se practica, pues si una excavación está excavada en: un medio elástico sólo aparecerán grandes deformaciones elásticas para niveles de tensión muy grandes; un medio elastoplástico (perfecto o con reblandecimiento) pueden aparecer deformaciones muy grandes (y permanentes) a niveles de tensión relativamente moderados. un medio fisurado puede haber deslizamiento y separación de bloques.
26. Para el diseño de galería y túneles en macizos rocosos asimilables a medios continuos y elásticos, pueden utilizarse las teorías deducidas del la mecánica elástica, que se presentan a continuación: •La distribución de tensiones en el borde del hueco es independiente del tamaño del agujero pero no de su forma, y lo mismo sucede con las tensiones críticas. •La distribución de tensiones tangenciales y radiales (y críticas) es independiente de las constantes elásticas de la roca. •Las concentraciones de tensiones críticas aumentan al disminuir el radio de curvatura del borde del agujero, por lo que no es aconsejable realizar cavidades con esquinas agudas. •La concentración de tensiones tangenciales en el eje horizontal de una cavidad de cualquier forma tiene su máximo en el borde y disminuye rápidamente con la distancia a éste. Cuanto mayor sea el máximo más rápidamente decrecerá con la Página 6
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL distancia al borde. ANALISIS TENSIONAL : NORMA OPCIONAL PARA EL DISEÑO DE LA EXCAVACION SUBTERRANEA
27. • La distribución de tensiones en una excavación subterránea no es influenciada apreciablemente por la presencia de otra excavación si éste se halla separado del primero por una distancia del orden de cuatro o más radios, por lo que cuando se satisface esta condición el hueco puede considerarse aislado. •El hecho de que la distribución de tensiones sea independiente del tamaño de la excavación subterránea no debe interpretarse erróneamente suponiendo que la inestabilidad es independiente del tamaño de la excavación, lo que está en fuerte contradicción con la experiencia. Este aumento de la inestabilidad con el tamaño va asociada al hecho de que al incrementar sus dimensiones existe un mayor número de probabilidades de cortar discontinuidades en la roca, lo que disminuye la resistencia del terreno, dando lugar al denominado efecto de escala. ANALISIS TENSIONAL : NORMA OPCIONAL PARA EL DISEÑO DE LA EXCAVACION SUBTERRANEA SUBTERRANEA
28. COMPUTO DE ESFUERZOS POR ELEMENTOS FINITOS
29. PROCESO MECANICO DE FALLAMIENTO DE LA ROCA ALREDEDOR DE UNA EXCAVACION • Según la teoría de Rabcewicz, el proceso de reacomodo de esfuerzos alrededor de una excavación subterránea es mecánico, progresivo y generalmente ocurre en cuatro fases. • Este fenómeno tiene ocurrencias en el último tramo excavado (L), y se inicia tempranamente, cuando la zona no alcanza a disturbarse por el avance de la excavación.
30. PROCESO MECANICO DE FALLAMIENTO DE LA ROCA ALREDEDOR DE UNA EXCAVACION FASE 0 : Inicio de las deformaciones. En las paredes, techo y piso del túnel, previo a la rotura del perfil de excavación. FASE I : Inicio del Movimiento. Formación de cuerpos en forma de cuña, que tienden a introducirse en el túnel por las partes laterales, originando esfuerzos de corte en toda la superficie de Mohr. La dirección del movimiento inicial es normal a la dirección de la presión principal. FASE II : Inicio de la Convergencia. Al crecimiento de la longitud (L), y proseguir el incremento de los movimientos, se produce roturas en el piso y techo del túnel. FASE III : Formación de las Presiones de Estrangulamiento. Al continuar la intensidad de los movimientos, bajo permanente presión lateral sobre la zona de protección, se produce el empuje o derrumbe dentro del túnel.
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31. PROCESO MECANICO DE FALLAMIENTO DE LA ROCA ALREDEDOR DE UNA EXCAVACION EXCAVACION FASE 0 FASE I FASE II FASE FASE III
32. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION A LA MORFOLOGIA DEL TERRENO EN TODO MACIZO ROCOSO INALTERADO, EXISTE UN CAMPO DE ESFUERZOS ORIGINADOS POR EL PESO DELA ROCA SUPRAYACENTE; ESTE CAMPO SUFRE MODIFICACIONES AL PRODUCIRSE LA EXCAVACION SUBTERRANEA. EN EL CURSO DE LAS DIFERENTES ETAPAS DE LA EXCAVACION, ESTOS ESFUERZOS MODIFICADOS QUE PODEMOS LLAMAR “EMPUJES DE ROCA” SON MUY VARIABLES CON EL TIEMPO Y POSICION, POR TANTO, ES CASI IMPOSIBLE LA MEDICION DE SUS DIMENSIONES E INTENSIDADES. EN LA ZONA DEL MACIZO ROCOSO QUE CIRCUNDA AL LIMITE DE LA EXCAVACION, SE PUEDE CREAR CONTRACCIONES QUE SOBREPASAN A LAS TENSIONES ADMITIDAS POR LA ROCA, ENTONCES LA EXCAVACION ES INESTABLE, POR LO QUE ESTA ROCA CIRCUNDANTE NECESITA SER SOPORTADA CON EL FIN DE CONSEGUIR EQUILIBRIO Y ESTABILIZACION. SOLAMENTE SE PUEDE ESTIMAR EL ESTADO DE LOS ESFUERZOS PREEXISTENTES Y SE EFECTUAN DENTRO DEL TERMINO “ELASTICO”, UTILIZADO PARA DESCRIBIR MATERIALES EN LOS QUE EL TRABAJO QUE SE APLICA SOBRE SU CUERPO ES TOTALMENTE RECUPERABLE, UNA VEZ QUE LAS FUERZAS QUE ORIGINARON LAS DEFORMACIONES HAN TERMINADO.
33. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION A LA MORFOLOGIA DEL TERRENO • LOS ESFUERZOS QUE EXISTEN EN UN MACIZO ROCOSO INALTERADO ESTAN EN RELACION CON EL PESO DE LOS ESTRATOS SOBREYACENTE Y CON LA HISTORIA GEOLOGICA DEL MACIZO. MACIZO. • IMAGINEMOS UN PEQUEÑO ELEMENTO DE VOLUMEN INTEGRANTE DE UNA MASA ROCOSA, DONDE LOS ESFUERZOS ACTÚAN EN TERMINOS DE FUERZAS GENERADAS POR EL PESO DE LA ROCA SUPERYACENTE. • CONSIDERAREMOS CUATRO CONDICIONES DE ESFUERZOS PARA SUS CORRESPONDIENTE SITUACIONES, EN RELACION CON LA MORFOLOGÍA DE SUPERFICIE
34. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION A LA MORFOLOGIA DEL TERRENO v = h1 X v > h2 X max = h3 X v max v = h4 X v = 0.9 X X h4 v = ESFUERZO VERTICAL DONDE: = PESO DE LA ROCA h4 = ALTURA DE PROFUNDIDA Página 8
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35. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRUCTURA GEOLOGICA • Se considera dos ejes alternativos para la construcción de un túnel, a través de un anticlinal, mientras que el eje del túnel 1 resulta de mayor longitud (L1>L2), sin embargo, en el reparto de esfuerzos, el eje del túnel 2 tendrá condiciones de estabilidad más severa. Existe la posibilidad de que su costo final resulte mayor ANTICLINAL
36. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRUCTURA GEOLOGICA • Las rocas masivas presentan poc as discontinuidades, generalmente son rocas de buena calidad, pueden estar asociados a cuerpos mineralizados en especial cuando han sufrido silicificación hidrotermal. Estas rocas ofrecen aberturas rocosas estables sin necesidad de sostenimiento, solo un buen desatado. EN ROCA MASIVA
37. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRUCTURA GEOLOGICA • La roca fracturada presenta familias de discontinuidades conformadas principalmente por diaclasas que constituyen planos de debilidad. El factor clave que determina la estabilidad de la excavación es la intersección de estas discontinuidades que forman piezas y bloques. • Las cuñas bipolares están formadas por la intersección de dos diaclasas cuyo rumbo es paralelo o subparalelo al eje de la excavación. CUÑAS BIPLANARES
38. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRUCTURA GEOLOGICA • Es otro modo de falla que considera la intersección de tres diaclasas o sistemas de diaclasas en general tres discontinuidades para formar una cuña tetrahedral que podría caer o deslizarse por su propio peso, ya sea desde el techo o desde las paredes de la excavación. Pueden persistir en la bóveda o hastíales. Podría necesitar sostenimiento sistemático. CUÑAS TETRAHEDRALES
39. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRUCTURA GEOLOGICA • Estos se forman cuando hay sistemas principales de discontinuidades aprox. Paralelos al techo o hastíales de la excavación y además deben existir otros dos sistemas que liberen el bloque. Estos tipos de estructuras se aprecian en la explotación de minas subterráneas donde se extrae el mineral en forma de vetas. BLOQUES TABULARES
40. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRUCTURA GEOLOGICA • La roca de los contornos de la excavación está formada como un edificio de bloques que se auto sostienen. Los bloques liberados por las intersecciones de las diaclasas presentan formas Página 9
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL complejas. La falla puede ocurrir por caída o deslizamiento de los bloques debido al efecto de la gravedad. BLOQUES IRREGULARES
41. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRUCTURA GEOLOGICA GEOLOGICA • Las rocas intensamente fracturadas presentan muchos sistemas de diaclasas y fracturas, fr acturas, las cuales generan pequeñas piezas o fragmentos rocosos, constituyendo masas rocosas de mala calidad. Las fallas ocurren por deslizamiento y caída de estas pequeñas piezas y fragmentos rocosos o por desmoronamiento de los mismos. • La falla del macizo puede ir agrandando la excavación y llevarla al colapso. ROCA INTENSAMENTE FRACTURADA
42. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRUCTURA GEOLOGICA • Las fallas y las las zonas de corte están relacionadas a rocas débiles que pueden estar muy fracturados y la falla misma puede contener arcilla o panizo. Las zonas de influencia de las fallas pueden ser de varios metros de ancho pudiendo influenciar en la estabilidad de la excavacion. FALLA AISLADA
43. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRUCTURA GEOLOGICA • Las fallas de corte pueden presentarse como estructuras aisladas o como estructuras múltiples, en este ultimo caso, la situación de la estabilidad de una excavación es fuertemente complicada, por la influencia adversa de las fallas. • Depende mucho de las cantidades de fallas en función al área de la excavación a realizar. FALLAS MULTIPLES
44. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRATIFICACION DEL M.R. • El macizo esta es ta con estratificación inclinada, formando un ángulo ( ) con la horizontal, se originan dos tipos de esfuerzos, el primero en dirección de los estratos ( st ), debido a las presiones de cabecera, y un segundo ( a),en las zonas de aflojamiento en la periferia de la excavación, debido a las presiones de esponjamiento. max = X h max st st X sen = X hst X sen Se tiene: Luego:
45. ESFUERZO INDUCIDO POR PLEGAMIENTO
46. ESFUERZOS INDUCIDOS POR PLEGAMIENTO
47. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRATIFICACION DEL M.R. • La principales características de los planos de estratificación son su geometría planar y su alta persistencia, las cuales hacen que estos planos constituyan debilidades de la masa Página 10
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL rocosa, es decir planos de baja resistencia. Los problemas que se generan tienen relación con la separación de los bloques tabulares del techo inmediato y su cargado y deflexión hacia el vacío minado por efecto de la gravedad. ROCAS ESTRATIFICADAS HORIZONTALES
48. ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA ESTRUCTURA GEOLOGICA • Cuando los estratos tienen buzamientos casi verticales, estos serian la caja piso y techo de la excavación. Los estratos constituyen falsas cajas, formando bloques tabulares que pueden separar se se o despegarse de la cajas techo por efecto de la gravedad. • Las discontinuidades que se presentan en estos tipos de estratificación pueden intersectarse formando varias combinaciones de inestabilidad. ROCAS ESTRATIFICADAS CASI VERTICALES
49. PRESENCIA DE DE AGUA EN LAS EXCAVACIONES • La presencia de agua en la roca alterada y débil puede acelerar el aflojamiento y actuar como lubricante para producir deslizamientos de bloques. • También dañan los sistemas de sostenimiento, produciendo corrosión a los elementos elementos de fierro, acero y deterioro de concreto. • En rocas estratificadas y/o fracturadas la presencia de agua puede ejercer presión, lavar el relleno de las fracturas y actuar como lubricante. • Es importante la observación de cambios de humedad en el techo y paredes de la excavación, ya que ayuda al reconocimiento de posibles fallas en el macizo rocoso, como resultado de las variaciones de los esfuerzos. • Si el agua empieza a filtrarse a través de la roca dentro de un área que es normalmente seca, es un signo de que la roca esta pasando por cambios de esfuerzo, estos cambios harán que las fracturas se abran o se extiendan, empezando a manifestarse la humedad. Similarmente, si un área normalmente con presencia de agua empieza a secarse también deberá tomarse como una indicación de que la roca esta ganando esfuerzos o se esta equilibrando a la excavación.
50. INESTABILIDAD EXCAVACION
51. METODOS DE EXCAVACIONES SUBTERRANEAS EXCAVACION CON PERFORACION Y VOLADURA UTILIZACION DE EXPLOSIVOS TUNELADORAS (TBM), ROZADORAS, MARTILLOS DE IMPACTO EXCAVACION MECANICA ENERGIA: EN PUNTA DE MAQUINA, SUPERANDO RESISTENCIA DE ROCA MATERIAL A EXCAVAR (ROCA O SUELO) ENERGIA: PRESION DE GASES Y ENERGIA DE VIBRCION
POR
PRESENCIA
DE
AGUA
EN
LA
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52. Se usa generalmente, en terrenos blandos, no cohesivos, compuestos de arena suelta, grava o limo y todo tipo de arcilla. Es un cilindro formado por planchas de acero soldadas entre sí. EXCAVACIONES MECÂNICAS CON ESCUDO
53. EXCAVACIONES MECÁNICAS CON MÁQUINA
54. EXCAVACIÓN MECÁNICA CON MÁQUINAS INTEGRALES NO PRESURIZADAS EXCAVACIÓN MECÁNICA CON MÁQUINAS INTEGRALES PRESURIZADAS
55. Perforación Topografía Sostenimiento Saneo Carga de Explosivos Voladura Ventilación Carga METODOS DE EXCAVACION MEDIANTE PERFORACION Y VOLADURA
56. CICLO DE EXCAVACION TRAZADO DEL DIAGRAMA DE DISPAROS PERFORACION AVANCE DEL EQUIPO DE LIMPIEZA AL FRENTE Y ELIMINACION DE ESCOMBROS CARGA DE EXPLOSIVOS INSTALACION DEL EQUIPO DE PERFORACION DISPARO Y VENTILACION PERFILADO DE LA SECCION Y SOSTENIMIENTO OPCIONAL COLOCACION DE LINEAS GRADIENTES Y ALINEAMIENTO TRAZADO TRAZADO DEL DIAGRAMA DE UN NUEVO DISPARO DISPARO
57. SISTEMA DE AVANCE CON PERFORACION Y VOLADURA Es el sistema clásico, que comprende La Perforación – Voladura – Voladura y Limpieza de escombros, obteniéndose con un trabajo cíclico el avance del frente o frontón de ataque. La velocidad de avance estará relacionado con las caracteristicas de oposición que ofrezca el Macizo Rocoso, la implementación y acondicionamiento de los equipos que se emplean, la destreza y experiencia de la cuadrilla de trabajadores, y, por último, las condiciones de seguridad o instalaciones que se faciliten para el logro del avance esperado. El nivel tecnlógico actual ha permitido conseguir avaces espectaculares, como producto de ajustes o condicionamiento de los equipos e instalaciones, pero más bién la calidad del producto terminado DEPENDE FUNDAMENTALMENTE DE LA EXPERIENCIA DE LA CUADRILLA.
58. VOLADURA LIMPIEZA PERFORACION
59. SECCION TUNEL Y DURACION CICLO DE EXCAVACION Tamaño Nominal (anchura por altura) 3.2 x 3.2 5.0 x 5.0 6.75 x 8.75 Sin refuerzo Con refuerzo Sin refuerzo Con refuerzo Sin refuerzo Con refuerzo Número de perforaciones 41 41 52 52 81 77 Profundidad (m) 3.0 1.8 3.4 3.0 3.6 3.0 Avance por disparo (m) 2.8 1.7 3.2 2.8 3.4 2.8 Perforación Página 12
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL (minutos) 90 60 120 90 150 120 Cargío y disparo (minutos) 60 60 60 60 60 60 Ventilación (minutos) 30 30 30 30 30 30 Limpieza (minutos) 90 75 120 90 140 110 Reforzamiento (Minutos) 90 120 150 Otros Trabajos (min) 30 30 30 30 30 30 Duración del ciclo (minutos) 300 340 360 420 410 500
60. CICLO DE TRABAJO EN LA EXCAVACION PERFORACION (0.000.16T) SOSTENIMIENTO (0.52T)SHOTMALLA-PERNOS SOSTENIMIENTO (0.57T) SHOT+MALLA+PERNOS+ CERCHA PERFORACION (0.00-0. 16T) VENT.- LIMPIEZA (0.23-0.30T) CARGAVOLADURA (0.09-0.09T) 16% 9 % 23% 52% 57% 16%
61. DURACION CICLO DE EXCAVACION METODO NATM (SECCION 10x13m) Tamaño Nominal (anchura por altura) ROCA TIPO III ROCA TIPO II ROCA TIPO I MINIMO MAXIMO MINIMO MAXIMO MINIMO MAXIMO Número de perforaciones 100 100 140 Profundidad (m) 0.8 1.5 1.5 2.4 2.4 3.0 Avance por disparo (m) 0.6 1.3 1.3 2.2 2.2 2.8 Perforación (minutos) 150 210 150 200 150 180 Cargío y disparo (minutos) 90 100 90 100 90 100 Ventilación (minutos) 30 40 30 40 30 40 Limpieza (minutos) 150 200 200 240 240 300 Reforzamiento (Minutos) 600 690 420 540 400 450 Otros Trabajos (min) 30 30 30 30 30 30 Duración del ciclo (minutos) 1050 17h30’ 1270 21h10’ 920 15h20’ 1150 19h10’ 940 15h40’ 1100 18h20’
62. MEJORAMIENTO DEL CICLO DE EXCAVACION AUMENTO DE LA EFICIENCIA DEL EQUIPO OPTIMIZACION DEL TAMAÑO DEL EQUIPO CONDICIONES CONTRACTUALES ENTRE CONTRATISTA Y PROPIETARIO INCENTIVOSMEJORAMIENTO DE LAS TECNICAS DE VOLADURA PERSONAL EXPERIMENTADO
63. MÉTODOS CONSTRUCTIVOS • Excavación con explosivos: Perforación Carga de explosivo Disparo de la carga Evacuación de humos y ventilación Saneo de los hastiales y bóveda Carga y transporte de escombro Replanteo de la nueva tronadura.
64. METODOS DE EXCAVACION MEDIANTE PERFORACION Y VOLADURA ESQUEMA DE DISPARO O MALLA DE PERFORACION FRENTE COMPLETO TAMAÑO DE EL CORTE B 4 B 2 B 3 B 1 2 2 3 3 31 1 3 1 1 1 5 9 7 5 4 4 4
65. PERFORACION Y VOLADURA Perforación y voladura forman un conjunto. El hueco perforado correctamente no sirve de nada, si en la fase de voladura este se carga con explosivos de potencia y cantidad Página 13
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL equivocadas. Lo mismo ocurre cuando la carga del explosivo es adecuada pero el taladro en su profundidad, paralelismo y densidad no es el correcto.
66. FACTORES PARA EFECTUAR LA VOLADURA GEOMECANICA VOLADURA FACTOR DE ENERGIA METODOS DE TRABAJO PLANEAMIENTO NOSI SI NO SI SI
67. CALIDAD DE LA PERFORACION INFLUYE EN UN 75 % EN LA VOLADURA HECHO UN DISEÑO DE PERFORACION, SE COMETE ALGUNOS ERRORES COMO: Error de Replanteo. Error de Inclinación y Dirección. Error de Desviación. Error de Profundidad. Taladros Estrechos, Perdidos u Omitidos. 5 4 3 2 1
68. CALIDAD DE LA PERFORACION RESULTADOS DE UNA MALA CALIDAD DE PERFORACION MALA FRAGMENTACIÓN. INADECUADO RENDIMIENTO DEL EXPLOSIVO. SOBRE EXCAVACIONES. VOLADURA FALLADA. FORMACION DE CALLOS O PECHOS
69. 1.3 m 1.3 m Envolvente de Daño (10-15 cm) Sobreexcavacion Arranque
70. 0,79 0,79 0,99 0,71 0,69 0,88 0,84 1,14 0,79 PRE - DISPARO 1 ROCA1 0,77 0,74 0,81 0,59 0,57 0,72 0,81 0,77 0,57 0,15 0,20 0,50 CALLO Sobrexcavacion POS - DISPARO 1 ROCA 1 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Collar Perforación Fondo Perforación Desviación CALIDAD DE LA PERFORACION
71. PRE - DISPARO 2 ROCA1 POS - DISPARO 2 ROCA 1 CALIDAD DE LA PERFORACION 1 12 3 3 3 3 4 4 44 2 0,74 0,64 0,52 0,710,88 0,76 0,54 0,61 0,79 4 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 7 7 7 7 7 7 10 7 6 6 5 11 1111 11 1112 12 8 8 8 855 0,49 0,58 0,81 0,86 0,82 0,93 0,47 0,63 0,93 0,22 0,12 0,10 0,13 0,18 0,65 Callos -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Collar Perforación Fondo Perforación Desviación
72. FACTORES QUE INFLUYEN EL RENDIMIENTO DE VOLADURAS CONTROL DE CALIDAD. COMUNICACIÓN. RENDIMIENTO OPTIMO DE LOS EXPLOSIVOS. INDICES DE VOLADURA. CALIDAD DE LAS ROCAS. SEGURIDAD. EVALUACIÓN DE RESULTADOS. Página 14
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73. DISEÑO GENERAL DE UN CORTE QUEMADO Criterios de acción: Arranque: Soplar y formar la cavidad inicial. Núcleo: Triturar y extraer el máximo material. Contorno: Despegar y formar el límite de la voladura.
74. El método de túnel y banco es una combinación de voladura subterránea de túnel y una voladura de banco a cielo abierto para excavaciones de grandes dimensiones. MÉTODO DE TÚNEL Y BANCO MÉTODO DE TÚNEL Y BANCO La sección del túnel se excava por delante del banco para mantener un piso de trabajo. Cualquiera de los cortes y trazo de voladuras de túnel se pueden utilizar para excavar la sección superior.
75. Cuando son pequeños túneles se perfora todo el frente o cara, se cargan los agujeros, y se hacen detonar los explosivos. Con el desarrollo de los taladros de carretilla y de plataforma, aumenta la perforación de grandes túneles con este método. ATAQUE A TODA LA CARA (FRENTE)
76. Implica la perforación de la porción superior del túnel antes de perforar la parte inferior METODO DE TERRAZAS
77. Puede ser ventajoso perforar un túnel pequeño, llamado derivador, a través de toda o una porción de la longitud del túnel, antes de excavar todo con el taladro. METODO DE DERIVADORES
78. NUEVO MÉTODO AUSTRIACO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES (NATM) Se basa en la integración del terreno que rodea a la excavación en el anillo estructural autoportante formado entorno a la cavidad, de forma que el terreno forma parte integrante en él. Dicho método pretende relajar el estado tensional del macizo rocoso entorno al túnel, permitiendo su deformación hasta un punto de equilibrio en que el sostenimiento controla dicha deformación, anclando éste al propio terreno. Esto se consigue mediante técnicas de auscultación y medida de convergencias, para controlar las deformaciones en todo momento y evitar que estas sean excesivas, por lo que se puede realizar el túnel con un costo mínimo y una máxima seguridad. Se debe dejar al macizo rocoso deformarse de manera que forme su propio soporte estructural reduciendo así, los costes de excavación y sostenimiento.
79. ¿CÓMO SE ORIGINÓ EL MÉTODO NATM? En 1964 L. Rabcewicz por primera vez empleó el termino NATM, refiriéndose a conceptos básicos de la práctica de construcción de túneles, con ideas obtenidas de su trabajo como ingeniero militar en el Ejercito Alemán, construyendo Página 15
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL bunkers en el frente ruso (Patente austriaca 165.573). Declaración Oficial del Término NATM En 1980 el Comité Nacional Austríaco de Túneles proclamó oficialmente una “Definición del NATM”. NATM según RABCEVICZ: Aplicación inmediata de un “sostenimiento primario” (revestimiento delgado – – semirígido de HP y pernos) después de la excavación, para que el macizo sufra poca descompresión. El “sostenimiento primario o inmediato” se diseña para alcanzar el equilibrio permanente, alcanzándose un estado secundario de tensiones en el macizo que es “estable”. El “sostenimiento primario” se compone básicamente de una combinación óptima y ajustada a las condiciones imperantes de los siguientes elementos de fortificación: “pernos”, “hormigón proyectado”, “malla metálica”, “marcos metálicos”, “elementos de fortificación anticipados en el frente”, etc. Para garantizar la seguridad de la cavidad y el buen funcionamiento de los elementos de fortificación se requiere de un monitoreo sistemático. Se impone, como primer paso en este sentido, el monitoreo de deformaciones o convergencias de la cavidad.
80. ¿CONTROVERSIAS DEL MÉTODO NATM? Para muchos (contratistas) cualquier túnel en el que se utilizan hormigón proyectado y bulones, dimensionados a la baja • Para otros (eruditos) un sistema de ecuaciones que relaciona las tensiones y deformaciones de sostenimiento y terreno, ecuaciones “fáciles”, que pueden resumirse en dos curvas “características”. • Para otros (austriacos y asimilados) un método específico que solo pueden usar con éxito ciertos conocedores con mucha experiencia (ellos). • Para otros (ignorantes) un sistema basado en la simple cuenta de la clasificación geomecánica RMR. En la práctica, el Nuevo Método Austriaco de Construcción de Túneles fue caracterizado básicamente por el empleo del hormigón proyectado como soporte primario
81. ¿CONTROVERSIAS DEL MÉTODO NATM? Consolidación de las ideas y conceptos iniciales (Müller y otros): Utilización de la propia roca como elemento resistente. Reducción de los daños en el macizo a través del empleo de un sistema de voladura controlada. Instalación de un sostenimiento primario flexible, que sea capaz de otorgar el confinamiento necesario y proteger a la roca de la meteorización, descomposición y descohesión. Instalación del sostenimiento en cantidad y oportunidad adecuadas para cada tipo de macizo – surge – surge el concepto de “clasificación geotécnica del macizo”. Necesidad de control sistemático del comportamiento del macizo y del sostenimiento para comprobar su eficacia y la necesidad de refuerzo (ajuste) – monitoreo – monitoreo de Página 16
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL convergencias. Instalación de un revestimiento secundario o definitivo para lograr estabilidad y durabilidad a largo plazo; instalación diferida, cuando las deformaciones están estabilizadas.
82. NUEVO MÉTODO AUSTRIACO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES (NATM) Los principios generales del método son: • Excavación cuidadosa del terr eno eno • Elección de la sección según características geomecánicas • Sistema de ejecución adaptado a las condiciones del terreno • Auscultación
83. NUEVO MÉTODO AUSTRIACO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES (NATM) Justificación de la bases del Método: En la Figura se observa la curva característica del túnel correspondiente a una determinada litología (CC), así como la curva correspondiente al sostenimiento (también conocida como curva de confinamiento). Ambas curvas se intersecan en el punto de equilibrio entre túnel y sostenimiento, cuando se alcancen la presión y desplazamientos (Peq, Ueq) comunes a las dos curvas CC y CF. La distancia ud, hace referencia a la distancia al frente de la excavación del sostenimiento colocado, e indirectamente, a la deformación transcurrida antes de colocar el mencionado sostenimiento.
84. NUEVO MÉTODO AUSTRIACO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES (NATM) Justificación de la bases del Método: Luego se deberá de ir controlando la convergencia del túnel a medida que avanza la excavación, representando la curva de los desplazamientos en función del tiempo (convergencia) y controlando si tiende al equilibrio (asíntota). En el momento adecuado, colocaremos nuestro sostenimiento, cuyo comportamiento será conocido de antemano, y por tanto sabremos hasta dónde se deformará como máximo el túnel. Si durante las tareas de seguimiento de la convergencia observamos anomalías en las tendencias que cabía esperar (deterioro del arco autoportante), habría que actuar en consecuencia. Por ejemplo, si el túnel se cierra rápidamente, es decir, si los desplazamientos se hacen muy grandes, indicando altas deformaciones, entonces debemos colocar el sostenimiento lo antes posible para evitar el colapso del túnel. Debemos tener en cuenta, que todo este proceso vendrá determinado por las características geomecánicas del macizo, esto quiere decir, que en rocas de muy mala calidad, por ejemplo, los avances serán muy cortos y el sostenimiento habrá de colocarse lo más rápidamente posible; mientras que en rocas con índices de calidad medios, los avances serán más espaciados y se nos permitirá colocar el Página 17
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL sostenimiento más tarde (dejaremos que la roca entorno al túnel se deforme hasta un cierto punto).
85. NUEVO MÉTODO AUSTRIACO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES (NATM) Justificación de la bases del Método: Por este motivo, el nuevo método austriaco, aprovecha el comportamiento del macizo rocoso, haciendo que la propia roca contribuya a la estabilidad del túnel, al dejar que ésta se deforme hasta un punto adecuado, en que el sostenimiento que requerirá no habrá de soportar tensiones tan elevadas y hará que éste resulte más económico. Además, podremos colocar los diferentes sistemas de sostenimiento a una cierta distancia del frente con lo que se mejorará la seguridad de los operarios que allí trabajen. Los distintos tipos de sostenimiento actúan conjuntamente al ir alcanzando las deformaciones establecidas, lo que nos permite jugar con el punto de equilibrio y con la presión de confinamiento que deberá soportar el sostenimiento.
86. NUEVO MÉTODO AUSTRIACO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES (NATM) Diversos Nombres denomados NATM • NATM Nuevo Método Austriaco de construcción de Túneles (New Austrian Tunneling Method) L. Von Rabcewicz, Salzburgo, 1962) • Método convergencia-confinamiento convergencia-confinamiento (Francia) • SCL Túneles construidos con gunita (Sprayed Concrete Lined Tunnels) (ICE, 1996) • SEM Túneles con excavación secuencial (Sequencial Excavation Method) • NMT Método noruego de túneles (Norwegian Method of Tunneling) • Diversos nombres en Japón (CDM, UHVS)
87. EL ANTERIOR MÉTODO AUSTRIACO DE CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES
88. CONCEPTOS INHERENTES DEL MÉTODO Los conceptos inherentes al método nacieron en forma empírico analítica durante la construcción de túneles en macizos rocosos de los Alpes. La resistencia mecánica del subsuelo alrededor de la cavidad debe ser movilizada deliberadamente hasta el máximo grado posible o admisible El subsuelo puede/debe ser partícipe en la función portante de la cavidad La participación se logra permitiendo que el subsuelo se deforme Se activa la resistencia al corte Para aumentar la función portante del suelo, debe proveerse a éste un confinamiento radial Surge la necesidad de instalación de soporte: Hormigón lanzado + pernos
89. CONCEPTO DE METODOLOGÍA DE ESTABILIZACIÓN Junto con la excavación se instala el soporte primario – – hormigón lanzado + Página 18
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL marcos + pernos - que es flexible para permitir la deformación del macizo y que, a medida que se deforma, confiere confinamiento a éste, logrando la estabilización con participación prioritaria en la acción portante por parte del macizo. La movilización de la resistencia mecánica del subsuelo se logra permitiendo que el subsuelo se deforme.
90. FACTORES GEOLOGICOS GEOTECNICOS DEFINEN NATM ?
91. • En suelos la defor mación mación del (Romero, 2002) terreno es grande y difícil de controlar. • Se observa cuando se excava un túnel en suelos secuencialmente y se sostiene con gunita y revestimientos flexibles. – Se está utilizando el NATM como método de construcción. – No – No se está aplicando realmente la filosofía de diseño del NATM. • En rocas la deformación es menor y puede controlarse. • En un túnel excavado en roca (aunque sea relativamente blanda) es más fácil aplicar el NATM. – Como filosofía de diseño – – Como método de construcción DIFERENCIAS ENTRE EL NUEVO METODO AUSTRIACO UTILIZADO EN EXCAVACION DE SUELOS Y ROCAS
92. VENTAJAS DEL CONCEPTO DE ESTABILIZACIÓN DEL MÉTODO Con soporte muy rígido grandes presiones rotura soporte Con soporte flexible siempre seguro (hacer monitoreo!) más económico roca colabora en función portante Soporte permanente de menor envergadura NATM en Roca El sostenimiento primario o inicial instalado tendrá características de rigidez - deformación compatibles / apropiadas para el subsuelo respectivo. Elementos de sostenimiento permanentes se instalan en forma diferida.
93. Los túneles son excavados y fortificados alternada y sucesivamente, en forma cíclica; las etapas y áreas de excavación pueden ser variadas en función de las condiciones y necesidades del proyecto. Ventajas – Posibilidades Posibilidad de Subdivisión de Excavación en frentes Parciales Control de los esfuerzos en el subsuelo. Control de las tensiones y esfuerzos en los elementos de sostenimiento. Limitación/control de las deformaciones y asentamientos del terreno. Mejora de las condiciones de trabajo. CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO NATM
94. Posibilidad de Subdivisión de Excavación en frentes Parciales CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO NATM
95. METODO UTILIZADO EN SAN EDUARDO CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO NATM Página 19
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96. Túneles Cerro San Eduardo, Guayaquil - Ecuador METODO UTILIZADO EN SAN EDUARDO CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO NATM B AA A C D A = CUELE AA = CONTRACUELE B = DESTROZA C = ZAPATERA C = CONTORNO
97. VENTAJAS Aplicable en amplios campos de condiciones de suelos, como así su posibilidad de manejo. Simple y flexible adaptación a diferentes secciones transversales. Posibilidad de ajuste durante la excavación. Flexibilidad en instalación de medidas auxiliares. Gran economía con la optimización del soporte. Fácil combinación con excavaciones con TBM. Poca inversión relativa con rápida amortización. CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO NATM DESVENTAJAS Aplicación en suelos con presencia de agua solamente con medidas adicionales de soporte. Tasa de avance relativamente pequeña. Gran educación, entrenamiento y práctica del personal. Gran calidad de ejecución y material requerido. Posibilidad limitada de automatización.
98. Ajuste distancia entre frentes parciales Ajuste longitud de avance Ajuste de la separación entre pernos, la longitud de estos y su separación CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS DEL MÉTODO NATM Posibilidad de ajustes durante la excavación – excavación – secuencia secuencia y soporte
99. SOSTENIMIENTO PRIMARIO El “sostenimiento primario” consiste de un revestimiento delgado de hormigón proyectado, combinado con alguno o todos los siguientes elementos de soporte: Pernos de anclaje Malla de acero soldada Fibras de acero o sintéticas Marcos de alma llena o reticulados Soportes especiales – – Paraguas Inyecciones de Consolidación
100. SOSTENIMIENTO DEFINITIVO El “sostenimiento definitivo o permanente” usualmente se compone de una cáscara de hormigón moldeado simple o armado - el que normalmente se diseña en función de los requerimientos específicos del proyecto, a saber: Resistencia estructural Durabilidad, ante incendio, si es necesario Estabilidad ante acciones diferidas Impermeabilidad Aptitud para la ventilación Aspectos constructivos - Equipamiento Protección ante acciones externas agresivas Resistencia a la abrasión, (túneles hidráulicos, por ej emplo)
101. MONITOREO PARTE INTEGRANTE DEL NATM Deformaciones del soporte primario y cargas actuantes sobre él son monitoreadas a través de instrumentación, cuyos resultados son usados para efectuar ajustes en el soporte y la l a secuencia de excavación
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102. MONITOREO – MONITOREO – PARTE PARTE INTEGRANTE DEL NATM
103. MONITOREO GEOTECNICO PARTE INTEGRANTE DEL NATM Extensometros: Monitoreo de Deformaciones dentro del Macizo Pernos Convergencia: Esfuerzos de Tracción Celdas de Presión: Monitoreo de tensiones de la cáscara y de presiones pre siones sobre el Hormigón Proyectado
104. EXCAVACIONES UTILIZANDO EL MÉTODO NATM QUE COLAPSARON METRO BOBOS, BARCELOA
105. EXCAVACIONES UTILIZANDO EL MÉTODO NATM QUE COLAPSARON TUNEL METRO MUNICH 1993 TUNEL METRO LOS ANGELES,1996 TUNEL TUNEL CARRETERA SAO PAULO, 1993
106. Limitación/control de las deformaciones y asentamientos del t erreno EN SECCIONES COMPLETAS COLAPSO TUNEL EL CARMEN BARCELONA EXCAVACIONES UTILIZANDO EL MÉTODO NATM QUE COLAPSARON
107. Limitación/control de las deformaciones y asentamientos del t erreno LAUSANA FRANCIA EXCAVACIONES UTILIZANDO EL MÉTODO NATM QUE COLAPSARON
108. MUCHAS GRACIAS Ing. Víctor Tolentino Yparraguirre Msc. CURSO METODOS DE EXCAVACION DE TUNELES
CLASIFICACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS •Dan idea preliminar de la calidad del macizo rocoso y su variabilidad. •Desarrollados para estimar soportes en túneles con bases empíricas. • Uso para etapas tempranas del proyecto. • Check list de las variables involucradas en el problema. • No reemplazan reemplazan métodos mas detallados y específicos de diseño.
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CLASIFICACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS • Descripción del macizo rocoso, categorías (para c/u se determina la carga de macizo a tomar por el revestimiento del túnel): • ROCA INTACTA. sin diaclasas, sin diaclasas, rotura por roca intacta, “descascaramiento” luego de las voladuras. • ESTRATIFICADA. Estrato con baja resistencia en los límites. • MODERADAMENTE FISURADA. Los “bloques” entra diaclasas intertrabados. No requiere sostenimiento lateral. •FRAGMENTADA •FRAGMENTADA Y FISURADA. Bloques mal intertrabados. Sosteniminento en paredes. • TRITURADA. Fragmentos pequeños, tamaño de arena. • DESCOMPUESTA. Porcentaje alto de partículas arcillosas. • ROCA con HINCHAMIENTO. Minerales arcillosos (montmorillonita) con capacidad de hinchamiento.
RQD ÍNDICE DE CALIDAD DE LA ROCA Estimación de calidad del macizo rocoso, a partir de perforaciones rotativas con extracción de testigos. (NW Página 22
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL 54mm). “% de piezas de roca intacta mayores a 10 cm recuperadas por corrida” •S/perf.: •S/perf.: RQD=115-3.3 Jv •RQD = Ve2 / VL 100 •RQD = f ( orientación perf. ) •No considerar fisuras generadas por perforación.
PARÁMETROS BASE LA LA CLASIFICACIÓN:
• Resistencia a compersión simple de la roca intacta • RQD • Espaciamiento de discontinuidades • Condición de las discontinuidades • Condiciones de agua subterránea • Orientación de discontinuidades
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INVESTIGAR SOBRE LOS TUNELES MAS IMPORTANTES EN EL PERU Y EN EL MUNDO El gran desarrollo experimentado por la ingeniería en el último siglo ha permitido construir vías que atraviesan lugares antes impensables de recorrer. En el blog «Fieras de la ingeniería» han elaborado una lista con los diez túneles de carretera más largos del mundo, unas asombrosas y modernas construcciones que han convertido largos y tortuosos viajes en agradables paseos. Aunque, eso sí, no aptos para quienes sufran de claustrofobi 1.-Túnel de Laerdal Sus 24,5 kilómetros de longitud, convierten a este tubo excavado entre el condado noruego de Aurland y el valle de Laerdal en el túnel de carretera más largo del mundo. En su construcción, que se extendió entre 1995 y el año 2000, se invirtieron alrededor de 125 millones de euros. Su trazado supuso un gran desafío de diseño y durante las obras se llegaron a extraer de la montaña más de 2,5 millones de metros cúbicos de roca.
Dada su gran longitud, en el proyecto participó también un equipo de psicólogos que ayudó a incorporar elementos en el interior del túnel con el objeto de mejorar el viaje de los pasajeros y reducir la aparición de angustia debido a la sensación de claustrofobia. 2.-Túnel de Zhongnanshan Zhongnanshan Inaugurado en enero de 2007, el túnel de Zhongnanshan discurre bajo las montañas de Qinling, en la provincia china de Shaanxi. Sus 18,02 kilómetros lo convierten en el segundo túnel de carretera más largo del mundo, aunque es la mayor de estas infraestructuras de dos tubos jamás construida, ya que el túnel de Laerdal solo posee uno.
Estos dos tubos, que alcanzan una altura de seis metros cada uno, acogen cuatro carriles para el tráfico de vehículos, que pueden circular a una velocidad máxima de 80 kilómetros por hora. En los 300 millones de euros de su presupuesto se incluyó una partida para incorporar iluminación de colores y estampados para mantener la alerta de los conductores. Asimismo, la presencia de plantas artificiales e imágenes de nubes proyectadas sobre el Página 24
UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL techo de los interiores de algunos tramos, hace que el viaje por el túnel sea agradable y reduzca la fatiga visual.
3.-Túnel de San Gotardo Con casi 17 kilómetros de longitud, este túnel de un solo tubo y dos carriles fue excavado entre 1970 y 1980 bajo los Alpes Suizos. En la actualidad, forma parte de la autopista A2 y soporta un volumen de tráfico de más de 17.000 vehículos al día, lo que provoca frecuentes atascos en sus extremos. Además, el enorme tráfico de vehículos pesados y los frecuentes accidentes mortales han llevado al gobierno suizo a plantearse la construcción de un segundo tubo que reduzca la congestión y la siniestralidad. Sin embargo, este nuevo túnel no entrará en servicio hasta 2027.
4.-Túnel de Arlberg Abierto oficialmente al tráfico en 1978, este túnel forma parte de la carretera Arlberg (S16 Arlbergschnellstraße en alemán), que conecta las provincias austriacas de Tirol y Vorarlberg. El túnel, que es utilizado por más de 8.000 vehículos al día, dispone de ocho salidas de emergencia y se supervisa continuamente a través de más de 40 cámaras de videovigilancia. A pesar de que su recorrido se considera la ruta más segura durante el invierno, entre 2014 y 2017 será sometido a una importante renovación en la que se construirán 37 nuevas rutas de escape.
5.-Túnel de Hsuehshan Conocido también como el Túnel de la montaña nevada, el quinto túnel de carretera más largo del mundo conecta Taipei con el condado de Yilan, en la isla de Taiwan. Su inauguración, en junio de 2006, permitió reducir el tiempo ti empo de viaje entre ambos puntos de dos horas a menos de 40 minutos. Durante la excavación de sus casi 13 kilómetros de largo la obra sufrió casi cien derrumbes de tierra y numerosos contratiempos con las tuneladoras, que quedaban atascadas en el interior. Por ello, no es de extrañar que las obras se extendieron durante casi 15 años.
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UNIVERSIDAD CACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL Entre sus modernos sistemas de vigilancia y seguridad, destaca la existencia de dos emisoras de FM, que ofrecen entretenimiento e información durante todo el recorrido.
Otros cinco El túnel de Fréjus, que conecta Francia e Italia a través del norte de los Alpes; el de Maijishan, localizado en la provincia china de Gansu; el conocido túnel del Mont Blanc; el túnel de Gudvanga, en Noruega, y túnel de Baojiashan, excavado en la región china de Shaanxi, completan esta apasionante lista que puede consultarse al completo en el blog «Fieras de la ingeniería».
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