REVESTIMIENTO EN TUNELES El revestimiento de un túnel se realiza más por otros criterios que el sostenimiento, puesto que la estabilidad estructural se garantiza por la etapa anterior. Así, los criterios usuales por los que se puede recurrir al revestimiento son estéticos o de impermeabilización. Así, existen tres tipos de revestimiento en los túneles de carretera. El primero de los revestimientos es no colocar un revestimiento adicional al sostenimiento, dejando a la vista el hormigón proyectado y los otros elementos estructurales, como bulones, mallazo o cerchas. El segundo de los revestimientos es decorativo, y se fija a los hastiales del túnel, proporcionando una finalidad estética y funcional para los conductores de los vehículos. El último de los tipos de revestimiento es uno formado por un anillo de hormigón encofrado con una función estética y de impermeabilización.
Criterios para colocación de revestimiento Los criterios para la colocación de un revestimiento son:
Estructural.
Presencia de agua. La presencia del agua proveniente de la roca ataca al hormigón y al acero del sostenimiento y del revestimiento, deteriorándolos. Por otro lado, el agua que cae sobre la calzada puede producir deslizamientos en la calzada o formación de placas de hielo, comprometiendo la seguridad vial.
Estético.
Ventilación. Las superficies lisas de los revestimientos favorecen la ventilación.
Iluminación. El sostenimiento, al ser rugosa su superficie, absorbe más luz, requiriendo de mayores potencias luminosas.
Mantenimiento. Un anillo de hormigón no requiere de mantenimiento, sólo la limpieza alguna vez. Por el contrario, el sostenimiento debe revisarse y reforzarse por su potencial de degradación.
Coste. A corto plazo, la solución más económica es únicamente aplicar el sostenimiento, especialmente en túneles de escasa longitud.
Otras operaciones Al mismo tiempo de ejecutar el revestimiento de un túnel, se lleva a cabo la puesta en obra del firme de la calzada y de los sistemas de drenaje e impermeabilización. El firme de un túnel tiene condicionantes que difieren de las características de las carreteras, como es la presencia de una explanada de mayor calidad que la que se puede tener en el resto de la traza de la vía. También conviene que se utilice un color claro, para mejorar la eficacia de la iluminación del túnel. El drenaje del paquete de firme se produce mediante una subbase drenante formada por zahorra o grava, que recoge las humedades y filtraciones de la solera. De los tipos de firme a ejecutar, puede trabajarse tanto el rígido como el flexible, aunque se suele preferir el rígido por su mayor durabilidad, debido a la dificultad de las tareas de mantenimiento en un túnel. El drenaje a lo largo del túnel sirve para conducir las aguas hasta el exterior del túnel. Esta agua a desaguar puede proceder por las cunetas en el exterior del túnel, que entra al mismo, por las filtraciones desde el terreno, por los vertidos procedentes de algún vehículo o por el afloramiento de agua procedente del terreno por filtración. La manera más utilizada de drenar el túnel es con dos tubos, uno bajo cada acera o arcén, de PVC perforado. El
agua que circula por la calzada se capta por medio de sumideros situados junto a los bordillos, pueden hacerse coincidir con arquetas de registro que se emplean para limpiar el tubo dren.
PROBLEMA DE APLICACIÓN En una mezcla de concreto se tiene las cantidades en m3: cemento = 300 kg, agua = 180 kg, A.fino = 750 kg, densidad A. fino = 2.60, densidad A. grueso = 2.75. Se desea saber cuál es el contenido total máximo para que este no sea mayor del 11% respecto a la tracción mortero, ni 15% de la tracción pasta. Ademas calcular la cantidad de agregado grueso en m3. Despreciar el contenido de humedad de los agregados. Solución: 1) Calculando el volumen absoluto de los materiales:
Cemento =
300 =0.095 3.15 x 1000
Agregado fino =
Agua =
750 =0.288 2.60 x 1000
180 =0.18 1000
Total de volumen absoluto : 0.563
2) Fracción de morteto: 0.563 x 0.11 = 0.061
El aire máximo es de 6.193%
3) Fraccion de pasta: Agua + Cemento = 0.275 0.275 x 0.15 = 0.041
El aire máximo es de 4.125%
Se toma el menor valor = 4.125% Calculo del agregado grueso (A.G) Cemento = 0.095 A fino = 0.288 Agua = 0.180 Aire = 0.041 TOTAL = 0.604 m3 A.G = 1 – 0.604 m3 A.G = 0.396 m3
Total de Agregado grueso T = V x Pe T = 0.396 m3 x 2.75 tn/m3 T = 1.0989 tn = 1089 kg
ARCOS METÁLICOS COMO SOSTENIMIENTO TUNELES
El sostenimiento de los túneles es una técnica que se emplea para evitar que las paredes del mismo una vez excavadas se desmoronen sobre los trabajadores o en la fase de explotación, siendo su función asegurar la estabilidad de las excavaciones. Existen dos métodos esenciales de sostenimiento: el hormigón proyectado y los bulones.
Hormigón proyectado El hormigón proyectado o gunita tiene dos efectos principales sobre la roca. El primero es de sellado de la superficie, cerrando las juntas que se han producido durante la excavación. Así, se evita la de compresión y la alteración de la roca. Por otro lado, el hormigón proyectado forma un anillo que, al adquirir resistencia, trabaja como lámina y resiste las cargas producidas por la deformación de la roca. También es capaz de resistir la carga puntual ejercida por pequeñas cuñas que se apoyan sobre la lámina.
Bulones Los bulones son el segundo de los sistemas de sostenimiento de la roca. Tienen dos efectos sobre la roca, al igual que el hormigón proyectado. El bulonado permite que se cosan las juntas de la roca por medio de las armaduras de acero, impidiendo el deslizamiento de unas rocas sobre otras a favor de las fracturas. Por otra parte, tiene un efecto de confinamiento de la roca, armando la roca. Así, es capaz de absorber las tracciones que aparecen en el terreno y se impide la generación de zonas de comprimidas.
Otros métodos de sostenimiento Los otros métodos de sostenimiento son:
Cerchas. Las cerchas permiten la definición de la geometría del túnel, y poseen una función resistente al trabajar como arco y colaborar con el hormigón proyectado.
Paraguas. Los paraguas son elementos lineales de refuerzo colocados paralelos al túnel por delante del frente y situados por encima de la línea de excavación.
Chapas Bernold. Las chapas Bernold son chapas ranuradas que se usan como encofrado perdido, rellenado huecos o en zonas en las que ha habido un desprendimiento. Deben colocarse con el hormigón.
PROBLEMA DE APLICACIÓN
Se pide calcular el perfil apropiado para el arco de acero rígido de un túnel que se realiza sobre una roca volcánica de un área de sección de 8m2 espaciados a 1 m bajo condiciones normales de esfuerzos, donde la luz del túnel es de 3.05cm con un radio de 1.675 m. Sabiendo que la altura es de 1.20m 1. Datos del problema
Area de seccion=8 m 2
Espaciado=1 m Condiciones normales de esfuerzo=2.5
tn m3
Coeficiente de c ondiciones normales=0.5
Luz del tunel=3.05 m Radio=1.675m Altura=1.20 m
Esfuerzo del Acero Permisible=1400 Kg/c m2
2. Calculo de la carga total que soportara el arco (qt)
qt =α∗γ∗a∗L
qt=carga total
α =coeficiente en condiciones normales ( 0.5 )
γ =Condiciones Normales
qt=0.5∗2.5
( 2.5m3Tn )
a=Espaciado
L=Luz delTunel
tn Tn ∗1 m∗3.05 m=3.8125 m3 m
3. Calculo de las Fuerzas Ay , By
Ay =By=
( 0.785∗h+0.666∗r )∗qt∗r 0.666∗h3 + π∗r∗h 2+ 4∗h∗r 2 +1.57∗r 3
Tn ∗1.675 m m Ay =By= 0.666∗1.20 m3 + π∗1.675 m∗1.20 m2 + 4∗1.20 m∗1.675 m2 +1.57∗1.675 m3
( 0.785∗1.20 m+ 0.666∗1.675 m )∗3.8125
Ay =By=1.25 Tn 4. Calculo del ángulo (α) grafica
α =arcsen
Ay qt∗r
α =arcsen
1.25 Tn Tn 3.8125 ∗1.675 m m
α =11.29=11 º 17 ' 19 ' ' 5. Calculo del Módulo de sección de perfil (w). 5.1.Conversión del esfuerzo permisible a Tn/m2
Kg ∗1Tn c m2 2 ∗( 100 cm ) 1000 Kg σ =1400 1m 2 σ =14000
Tn m2
5.2.Módulo de Esfuerzo( σ ¿ :
|σ|=
Carga normal Momento Maximo + ≤ σsf Area de la Seccion Modulo de Seccion
Carga Normal=qt∗r
Area de la Seccion=F=0.149∗w+ 9.780
(
Momento Maximo= Ay∗ h+
|σ|=
qt∗r + 0.149∗w+9.780
tn ∗1.675 m m |σ|= + 0.149∗w+9.780
(
Modulo Seccion=w
0.5∗Ay qt ≤ σsf w
)
(
1.25tn∗ 1.20 m+
6.3818 tn + 0.149∗w +9.780
Despejamos el (w)
)
Ay∗ h+
3.81
|14000|=
0.5∗Ay qt
0.5∗1.25 tn tn 3.81 m
w
1.7051 w
tn m
≤ σsf
)
≤ σsf
0=
6.382 w+ 0.254 w+16.6759 −14000 0.149 w 2+ 9.78 w 2
0=6.636 w+16.6759−2086 w −136920 w 2
0=2086 w +136913.364 w−16.6759
2
0=w +65.6344 w−0.0079942
Formula General
w 1,2= a=1
−b ∓ √ b2−4 ac 2a b=65.6344
c=−0.0079942
−65.6344−√ 65.63442−4∗( 1 )∗(−0.0079942) w 1= 2(1) w 1=0.000121799m
w 2=
3
−65.6344+ √ 65.6344 2−4∗(1 )∗(−0.0079942) 2(1)
w 2=−65.634522 m3
