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TUNELES

Ctedra: Augusto Alfredo Milea

Arq. Reinaldo A. De Girolamo

Escuela Tcnica de Vialidad Nacional N 1

M. M. de O. Don Oreste Casano

PROYECTO DE CAMINOS II



Generalidades

Como parte de las obras fundamentales de la infraestructura carretera, los tneles son elementos

importantes para solucionar trazos en terrenos donde no hay posibilidades de vencer a la pendiente

del terreno y en donde otras opciones implican trayectorias demasiado largas para atravesar alguna

topoforma eminente.

Existe una diferencia fundamental entre tnel y conducto, y esta se resume en que las cargas que

debe soportar cada uno son muy distintas, el caso del tnel se utilizar donde las alturas y los pesos

sean muy grandes, en cambio los conductos soportan pesos de un menor valor.

Por ello, se les ha considerado dentro de este trabajo, para analizar el impacto ambiental que su

construccin y operacin pueden ocasionar sobre los distintos factores del ambiente (agua, suelo,

aire, vegetacin, fauna, entre otros).

A continuacin se indican las fases que se deben considerar al construir un tnel:

El objetivo de la obra subterrnea

La geologa y geotecnia del macizo

La geometra del Proyecto: trazado y seccin tipo

El sistema Constructivo

La estructura resistente: el Clculo

Las instalaciones para la explotacin

Seccin transversal de un tnelLa figura muestra un esquema de la seccin transversal de un tnel.

Calzada bidireccional con carriles de 4m c/u

Veredas peatonales de 0,85 m. a cada lado

Canaletas de drenaje de filtraciones y derrame de lquidos

Canaletas para ductos

Glibo til vertical mnimo de 5m., en todas los carriles de circulacin vehicular

Pendiente longitudinal mnima, la que permita un adecuado drenaje.

Zonas de estacionamientos en tneles de ms de 1.000 m.

PROYECTO DE CAMINOS II - Arq. Reinaldo A. De Girolamo

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Impactos ambientales identificados

Durante las distintas etapas de construccin de un tnel se generan bsicamente impactos de

transformacin de reas, es decir, se modificarn aspectos morfolgicos del relieve, estructura y

conformacin de las capas subterrneas, usos y calidad del suelo, distribucin de flora y fauna,

calidad de vida de los habitantes del rea afectada y calidad del aire, principalmente. Asimismo, se

modificar el uso, destino y reservas del suelo.

En la construccin los impactos ambientales sern consecuencia de la ocupacin de las reas

previamente preparadas, es decir, se implantarn obras de ingeniera civil que determinarn un

cambio definitivo en los atributos naturales y socioeconmicos del ambiente previo al proyecto.

Finalmente, durante la etapa de operacin, se generarn impactos al medio natural y

socioeconmico por la utilizacin del derecho de va, propicindose efectos ambientales a largo

plazo, que desembocarn en un deterioro ambiental permanente con secuelas de tipo econmico,

mismas que tienen que ser contempladas para establecer las medidas de mitigacin pertinentes. En

este sentido se debe recordar que la vida til del proyecto es indeterminada, debido a que este

funcionar por tiempo indefinido, por lo cual sus efectos ms significativos en el ambiente, en caso

de no aplicar medidas de mitigacin, permanecern como impactos residuales.

De manera ms particular y en relacin con los elementos ambientales afectados, destacan los

siguientes impactos:

La calidad de aguas puede verse afectada durante las etapas de construccin y de operacin. En la

primera, los principales parmetros que pueden modificarse son los slidos disueltos y en

suspensin y los nutrientes (debido a los movimientos de tierra) as como las grasas e hidrocarburos

(por vertidos accidentales en las zonas de almacenamiento y maquinaria pesada). Durante la etapa

de operacin los principales contaminantes son los derivados de la deposicin de las emisiones

atmosfricas, principalmente partculas y plomo, y los de conservacin del revestimiento del tnel,

que incluyen herbicidas y materiales epxicos; tambin en esta fase pueden presentarse vertidos

ocasionales en los accidentes y derrames de aceites y grasas. El arrastre de todas estas sustancias

por las aguas de escorrenta va a parar a los distintos cursos fluviales pudiendo ocasionar cambios

en la calidad del agua

Tcnicas de Identificacin de Impactos

En la mayora de las tcnicas aplicadas para identificar los impactos, se realiza un listado de

actividades previstas en las diferentes etapas del proyecto; stas son:

Preparacin del sitio Trazo del tnel.

Gestin del derecho de va.

Barda perimetral.

Desmonte y destronque.

Limpieza del terreno.

Servicios de apoyo y campamentos.

Brechas de acceso.


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Construccin

Frentes de ataque.

Barrenacin.

Ventilacin.

Carga de explosivos y voladuras.

Remocin, carga y acarreo de rezaga.

Anclaje y concreto lanzado.

Explotacin de bancos de material.

Instalacin de obras de drenaje.

Rellenos y compactaciones.

Instalacin de obras complementarias.

Pavimentacin.

Impermeabilizacin de cunetas.

Estabilizacin de taludes.

Manejo y disposicin de residuos.

Operacin de maquinaria y equipo.

Requerimiento de energa.

Mano de obra.

Operacin

Circulacin vehicular.

Manejo y disposicin de residuos.

Monitoreo de emisiones.

Programa de contingencias.

Ventilacin.

Requerimiento de energa.

Mano de obra.

Esta informacin se maneja por medio de matrices, que pueden considerarse como listas de

confrontacin de dos dimensiones y constituyen el primer paso para definir sistemticamente las

interrelaciones entre los elementos. Estas interrelaciones, que pueden no ser obvias durante los

procesos iniciales de valoracin del camino o del ambiente en que se alojar, comprenden

relaciones de 3 tipos:

a) Relaciones causa-efecto (sistemas de drenaje-modificacin de hbitat).

b) Relaciones entre los factores de deterioro del medio (modificacin del flujo

del agua-degradacin de la vegetacin).

c) Relaciones entre las obras que componen el proyecto (terraceras-sistemas

de drenaje).

Una matriz puede ayudar muy eficazmente a identificar los tipos de interacciones, as como a

establecer el posible rango de los resultados de cualquier accin especfica.


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ESTIMACIN DE CARGASDe acuerdo con unos estudios iniciales se puede saber el perfil y el estado del macizo que se tiene

en la zona que se ver afectada por el tnel, con estos estudios se pueden estimar unas cargas y

tener un tipo de revestimiento para cada perfil y al comenzar a excavar se sabr que tipo de seccin

es y que revestimiento le corresponder.

Se hace tambin uso del estudio geossmico, este estudio se hace por medio de explosiones y

reflejos de la onda de explosin dndose cuenta del efecto que se tendr en el macizo y que altura

tendr el tipo del macizo necesario a la hora de construccin, la zona afectada se llamar zona

descomprimida, al evaluar estas zonas podr ubicar diferentes tipos de cmara para diferentes usos,

como cuarto de mquinas, de aireacin, etc.

Las cargas que me van a afectar el diseo son bsicamente; las producidas por la roca, las

producidas por las fuerzas hidrulicas interiores y las fuerzas producidas por las hidrostticas

externas. Es de alta importancia saber que en donde se crea existir un mayor esfuerzo sobre el

tnel a la hora de hacer el revestimiento, entonces se debe pensar en un determinado tipo de

blindaje para asegurar as el cumplimiento y la seguridad en el tnel.

SELECCIN DEL EMPLAZAMIENTODepende fundamentalmente a 3 factores:

- Geologa

- Topografa

- Arquitectura hidrulica

La geologa se convierte en un factor determinante, se debe ubicar el tnel en una roca de alta

calidad, no importa que se tenga que profundizar un poco ms, ya que los costos de excavacin se

vern recompensados por el dinero y esfuerzo que se ahorrar en revestimiento.

Otro aspecto importante ser la ubicacin de la entrada y de salida del tnel ya que deben quedar en

una zona de alta confiabilidad, si el tnel trabajara como canal se pueden dejar a la entrada que las

filtraciones hagan parte del caudal que este llevar; por el contrario si trabajara a presin, se debe

evitar al mximo cualquier tipo de filtraciones, es de suponer que a medida que se profundiza el

tnel se comiencen a encontrar mejores zonas en el macizo (roca madre), adems a la hora de

empezar a construir el tnel se debe desviar el agua por medio de una atagua ya que si llegara una

creciente podra afectar parcial o totalmente la construccin, adems de representar una gran

prdida econmica.

Como se dijo anteriormente el tnel podr trabajar como tnel o como conducto, cuando este

trabaja como conducto se deben tener en cuenta las siguientes posibles soluciones:

La primera contempla la posibilidad que el tnel este por debajo de una altura mayor a 3 veces el

dimetro, adems es importante a notar que el techo del tnel debe tener una altura considerable

para evitar cualquier tipo de accidente, ya sea por presiones tanto internas como externas.

La segunda habla de tener una parte, generalmente la inicial, trabajando como conducto con sus

revestimientos necesarios y la segunda parte como tnel teniendo en cuenta la primera

recomendacin

Al trazar el tnel se deben tener en cuenta algunos factores tales como:

Zonas de antiguos derrumbes, esto me generara una falsa impresin sobre el espesor real del

macizo firme, lo mismo ocurrira con cauces secundarios, valles rellenados y fallas geolgicas ya

que all se encuentra una gran zona de roca triturada que lo nico que me generar ser crear un

espesor mayor en el dimetro adems de un tratamiento especial en cuanto al clculo estructural de

tnel.


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Consideraciones Geolgicas de la

Localizacin, Diseo y

Construccin

Antes de la construccin de un tnel es necesario tener en consideracin los rasgos geolgicos del

sitio en evaluacin.

Esto quiere decir analizar la litologa y estratigrafa, las discontinuidades (estratificacin, fracturas

y fallas), el estado de alteracin de las rocas, los problemas relacionados con el agua, la influencia

de alteracin de las rocas, la influencia de los factores de geodinmica externa y de los esfuerzos

internos.

Litologa y estratigrafaLos trminos litolgicos son tiles en la geotcnia de los tneles, ya que su empleo es una relacin

entre la textura, fbrica y anisotropa estructural de las rocas de un determinado origen. Por su

parte, la estratigrafa permite establecer una relacin entre las distintas unidades litolgicas o

formaciones presentes y as conocer el origen, espesor, distribucin y posicin cronolgica en la

secuencia de las diversas unidades.

El conocimiento de la litologa y estratigrafa es de suma importancia para saber, entre otras cosas,

qu tipos de rocas se encontrarn dentro del tnel, qu problemas pueden causar durante la

construccin y con qu confiabilidad se pueden proyectar los datos de superficie. La posicin

relativa del futuro tnel con respecto a los planos de estratificacin, principalmente en terrenos

sedimentarios, es importante desde varios puntos de vista. La presin total sobre el revestimiento de

un tnel y la forma como se distribuye a lo largo de l, dependen en primer lugar de la

estratificacin de la roca. Existen dos posiciones extremas de la direccin de tneles con relacin a

la orientacin de la estratificacin y entre ellas hay numerosas posiciones intermedias.

Tneles en direccin: Su eje longitudinal coincide con la direccin de los estratos.

Lo cual es aconsejable si la formacin atravesada presenta buenas caractersticas.

Tneles atravesando estratos: El tnel es llevado perpendicular u oblicuo a la

direccin de las capas, lo cual origina el irse encontrando varios tipos de rocas con diferentes

propiedades e inclinaciones, esto puede ocasionar problemas de estabilidad o permeabilidad.


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Por otra parte, la inclinacin de los estratos con respecto al tnel es tambin de importancia por lo

siguiente:

- Si los estratos son verticales y se construye un tnel perpendicular al rumbo, cada estrato

puede actuar como una viga dando mayor estabilidad, con la desventaja de que puede filtrarse

mucha agua de la superficie o, por su posicin, la efectividad de los explosivos es menor.

- En el caso de que el tnel sea paralelo al rumbo de los estratos verticales, la masa de

roca del tnel se sostiene por friccin a lo largo de los planos.

- Si la estratificacin es inclinada pueden presentarse problemas de inestabilidad, ms an

si se encuentran rocas alteradas, con fallas, fisuradas o intercalaciones de rocas competentes e

incompetentes con bajo ngulo de friccin (yesos, sal, lutitas carbonosas, etc.), o bien si existen

esfuerzos verticales u horizontales naturales del macizo o por esfuerzos tectnicos.

- En el caso de rocas horizontales la estabilidad del tnel es funcin del espesor de las

capas, el fracturamiento y la resistencia a la traccin de la roca y de su variacin con el contenido

de agua, ya que una acumulacin fuerte de agua en el techo aumenta la carga.

En la figura 3.1 se ejemplifica esquemticamente la relacin estratigrafa-tnel.

Figura 3.1 Estratigrafas posibles en la construccin de un tnel


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Fracturas o diaclasasLa presencia de fracturas o diaclasas, cualquiera que sea su origen y roca que afecte, puede causar

serios problemas de estabilidad, ya que comnmente se presentan asociadas en uno o varios

sistemas con diversas direcciones e inclinaciones, los cuales definen bloques inestables.

En el caso de rocas estratificadas horizontalmente, el fracturamiento es importante, ya que si el

espesor de la capa es grande y tiene pocas fracturas el estrato acta como viga proporcionando

estabilidad, sin embargo, las rocas con estratos delgados y fracturas tienden a dejar una zona

inestable en el techo.

Esquemas de DIACLASADO

FallasEn cuanto a las fallas es importante decir lo siguiente con respecto a sus implicaciones en la

construccin de tneles:

- Las fallas deben detectarse perfectamente; conocer su posicin respecto al

tnel y dnde estn los bloques desplazados para planear el sentido de ataque y la forma de

estabilizar las paredes.

- Es importante determinar si la falla es inactiva o activa, pues de ser activa,

poco podr hacerse para proteger la construccin, ya que el tnel estara sometido, repentinamente,

a fuertes esfuerzos cortantes, que inclusive podran ocasionar corrimientos.

- En ocasiones, las zonas de falla estn formadas por materiales alterados o

faltos de cohesin con tendencia a fluir en el tnel y que puede confundirse con arena.

Si el relleno est formado por materiales expansivos, se producirn presiones sobre los

revestimientos. Tambin puede encontrarse milonita o algn material impermeable que podra

obstaculizar el paso de agua subterrnea de uno a otro lado de la falla, produciendo fuertes cargas

hidrostticas sobre el tnel, o bien, puede suceder lo contrario, poniendo en contacto a rocas

permeables que ocasionan fuertes entradas de agua al tnel.


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Condiciones hidrogeolgicasLa construccin de un tnel puede variar el rgimen hidrolgico de un lugar, es decir, la posicin

del agua dentro de las rocas, su direccin, velocidad de movimiento y provocar variaciones en el

tiempo. Es lgico pensar que si el tnel est excavado en rocas permeables y se encuentra por

debajo del nivel fretico, la presencia de agua dentro de l sea muy probable, por lo que es

recomendable ubicar el tnel por encima del nivel hidrosttico.

En general, el caudal de agua que fluye en un tnel disminuye a medida que se avanza en la

construccin de ste. Esto se debe al abatimiento gradual en el origen de la corriente y en la

disminucin del gradiente. Tambin puede darse el caso de que con las operaciones constructivas se

provoque un fracturamiento de la roca que ocasione un aumento de caudal del agua o se corte una

zona acufera.

Es importante estimar correctamente el caudal de agua que entrar en el tnel, as como la

distribucin de los flujos a lo largo de l y sus cambios con el tiempo, ya que estos influyen en el

programa de construccin. El agua puede penetrar al tnel de modos diferentes; ya sea goteando

por el techo, con intensidad variable; por las paredes, en forma de gotas o corriente continua; bajo

una fuerte presin puede irrumpir en forma de chorro por cualquier punto de la periferia, debido a

la presencia de alguna discontinuidad permeable.

En el caso de tneles carreteros ubicados en las laderas de montaa y que se

construyan sobre roca fracturada o alterada, es muy segura la presencia de agua durante la

construccin, aunque no se encuentren necesariamente por debajo del nivel hidrosttico.

Geodinmica externaDentro de este conjunto de procesos se incluye la actividad de los agentes modificadores del medio

natural que se desarrollan externamente a la corteza terrestre (agua, viento, temperatura, nieve).

Estudia los fenmenos de erosin y movimientos en masa del terreno como solifluxin, creep,

deslizamientos y avalanchas. Estos parmetros adquieren una importancia muy especial en el caso

de los tneles carreteros cercanos a laderas, ya que es en estas zonas donde los fenmenos de

geodinmica externa adquieren mayor importancia.

La presencia del agua superficial puede ocasionar infiltraciones al tnel, o bien si la fuerza de la

corriente es grande, al paso del tiempo podra llegar a entrar completamente a la excavacin. El

intemperismo acta sobre las rocas disminuyendo su resistencia mecnica; se produce una zona de

descompresin que crea nuevas fracturas, o bien agranda las ya existentes, o las rellena con

materiales perjudiciales.

Esfuerzos internosLas rocas, especialmente a profundidad, estn afectadas por el peso de los materiales que le

sobreyacen y por los esfuerzos que stas ocasionan. En algunas zonas, principalmente en reas

orognicas, el estado de esfuerzos est tambin influenciado por factores tectnicos, los cuales se

presentan en diversas direcciones.

Mientras las rocas contienen confinados los esfuerzos, se acumularn y pueden llegar a valores

altos. Si se altera la condicin confinante como en un tnel, los esfuerzos residuales pueden causar

desplazamientos. La cantidad de movimiento depende de la magnitud de los esfuerzos residuales.

Las excavaciones subterrneas destruyen el estado de equilibrio existente de los materiales

alrededor del tnel y se establece un nuevo estado de esfuerzos. Es muy importante detectar y

cuantificar la magnitud de los esfuerzos para lograr realizar un diseo del revestimiento adecuado y

prevenir problemas de inestabilidad.


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Geotcnia Aplicada a la Construccin de

Tneles

La apertura de un tnel cambia las condiciones de esfuerzos en el medio original, que puede concebirse en un

principio como una masa en equilibrio dentro de un campo gravitacional. Los cambios que tengan lugar

pueden ocurrir en forma continua o por etapas, hasta que llegue a alcanzarse una condicin final en la masa,

ya relativamente invariable, que puede considerarse como de equilibrio definitivo. Esta condicin final

implica nuevas condiciones hidrulicas en el subsuelo y el cese de las deformaciones y los cambios de

esfuerzo producidos por la excavacin.

Cuando se excava un tnel se produce una regin de esfuerzos cambiantes, en la que generalmente se

incrementan las presiones verticales y que se localizan en el frente de la excavacin, desplazndose con ella.

En el frente, los estados de esfuerzo son netamente tridimensionales, pero tienden a transformarse en

bidimensionales a medida en que las zonas en que se producen van quedando ms atrs y el avance de la obra

continua. Los cambios de estado de esfuerzos que produce la excavacin no pueden ocurrir sin deformacin

en el medio; cuando hay revestimientos, estos se deforman tambin.

Los procesos de deformacin resultantes evolucionan con el tiempo, de manera que esto ltimo representa

una nueva variable en el proceso.

La excavacin produce cambios en las presiones de poro del agua en su vecindad; como el tnel representa

siempre una zona a la presin atmosfrica, invariablemente el agua tender a fluir hacia su interior. De esta

manera el juego de presiones en el agua constituye otra variable importante del problema; en suelos de

permeabilidad relativamente baja, la adaptacin de las presiones del agua a los nuevos estados de esfuerzo de

ninguna manera es instantnea.

La aparicin de presiones efectivas donde las presiones de poro se vayan disipando son fuente de la

generacin de nuevos esfuerzos cortantes y de nuevas deformaciones del medio. Todo el cuerpo puede an

complicarse ms por la aparicin de toda una serie de efectos viscoplsticos.

La construccin de un tnel no slo cambia los estados de esfuerzos en el interior del medio, sino que muchas

veces cambia el propio medio; el empleo de explosivos suele reducir la resistencia de rocas y suelos duros en

torno a la galera y otros mtodos de excavacin tales como los escudos, producen remoldeo en los suelos

vecinos.

Solamente en tneles que puedan excavarse en forma manual y en los que no se requiera ningn tipo de

ademe podr pensarse que la perturbacin a los materiales de la galera sea realmente pequea. La mayor

parte de los tneles en suelos han de ser ademados en algn momento de la construccin. Muchas veces el

ademe se requiere para garantizar la estabilidad inmediata; en ocasiones, inclusive antes de iniciar la

excavacin han de mejorarse los suelos involucrados.

Las cargas que soporte un ademe o un revestimiento dependen de la condicin del suelo en el momento en

que dicho soporte se coloca; si el suelo hubiese alcanzado una condicin de equilibrio final antes de que se

coloque el revestimiento, ste no recibir empujes posteriores, pero si el revestimiento se coloca antes de

alcanzar el equilibrio final, representar una nueva condicin de frontera al estado de esfuerzos y

deformaciones preexistentes, de manera que estos estados evolucionarn de manera diferente a que si el

ademe no se hubiera puesto.

La construccin de los tneles produce cambios radicales en las condiciones hidrulicas del subsuelo; stos

pueden ser temporales o definitivos, segn sea la permeabilidad de la estructura. Un tnel generalmente

produce abatimiento del nivel fretico vecino a l y ello hace aumentar los esfuerzos efectivos en la masa del

suelo y los pesos de esa masa, de donde resultan asentamientos no reversibles. Si el revestimiento del tnel es

impermeable o se toman precauciones para restaurar el contenido de agua y la condicin de la misma en el

suelo, el nivel fretico se recuperar al cabo de un tiempo; en caso contrario el tnel ser un dren permanente.

La primera actitud conduce a la necesidad de que los revestimientos soporten adicionalmente presiones

hidrostticas, en tanto que la segunda exige tomar todas las precauciones para que el tnel funcione

efectivamente como un dren, sin que ello interfiera en su utilizacin principal.


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DESCRIPCION DE LAS OBRAS QUE

CONFORMAN UN TUNEL

Tipos de Tneles y sus Caractersticas

De acuerdo con Vieitez Utesa (Tneles carreteros, 1985) existe una serie de caractersticas a tomar

en cuenta al evaluar las ventajas y desventajas de la construccin de un tnel:

Se trata de una obra lineal con un nmero de accesos limitado.

Se trata de un espacio ms bien reducido en el que transita y trabaja el personal y el

equipo, apoyados con recursos (aire, energa, agua, materiales) que se transportan a travs del

mismo tnel, a veces por grandes distancias, en tuberas, ductos, cables y unidades diversas de

acarreo.

Es un lugar de trabajo encerrado en el que hay que ofrecer un mnimo de condiciones

ambientales que garanticen la salud y la seguridad del personal que en l trabaja.

No pueden utilizarse partes del tnel para los fines vehiculares propuestos hasta no haber

concluido por completo la perforacin y buena parte, si no la totalidad del revestimiento definitivo.

Tneles en suelos

El anlisis de los tneles como estructuras subterrneas, obliga a conocer de qu manera la

geotcnica y las ciencias de la construccin resuelven el problema de soportar tanto el empuje

horizontal como la presin vertical ejercidos por el suelo o la roca. Como se ver en la seccin

siguiente, el mtodo de construccin est regido por la capacidad del suelo para sostenerse a s

mismo temporalmente, durante el proceso de la construccin y de las presiones que finalmente se

producen en el sistema de soporte. Ambas estn relacionadas con la profundidad del tnel y su

dimetro, las propiedades elsticas y la resistencia del suelo y con la presin del agua subterrnea.


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Con la excepcin de algunas arcillas resistentes y formaciones parcialmente saturadas, la mayora

de los tneles en tierra requieren soportes tanto durante la construccin como despus. Sobre el

nivel fretico, en suelos relativamente firmes, la excavacin se inicia por la parte superior o techo

del tnel y contina hacia abajo en etapas. La excavacin se hace lo ms grande posible

dependiendo de la capacidad del suelo para soportarse a s mismo temporalmente.

En la etapa inicial el suelo es soportado por planchas de revestimiento que son planchas de acero

con pestaas o rebordes que se pueden atornillar unas con otras para formar un revestimiento

continuo o con un tablestacado o entablonado de madera o de acero soportado por vigas de acero.

Se excava entonces la segunda etapa y se soporta en forma similar. Si el suelo es muy blando se

emplea un soporte cilndrico temporal llamado escudo que se introduce en el suelo por medio de

gatos.

El revestimiento permanente se construye dentro del escudo a medida que progresa la excavacin;

entonces se hace avanzar el escudo usando el tnel ya terminado como reaccin. La construccin

con tablones requiere un soporte permanente, generalmente un revestimiento de concreto. El

soporte temporal de planchas de revestimiento algunas veces pasa a ser definitivo, pero

corrientemente se protege contra la corrosin con una cubierta de concreto. Si las planchas de

revestimiento no son adecuadas, se construye un revestimiento permanente de concreto armado.

Debido a la presin en los tneles de arena, es necesario emplear soportes durante la construccin y

permanentemente. Los revestimientos temporales, el drenaje, la estabilizacin del suelo y la presin

de aire interior para balancear parcialmente la presin del agua, son medios auxiliares utilizados por

los constructores de tneles.

Tneles en rocas

Los tneles en rocas tienen muchas de las caractersticas de los tneles en suelo, sin embargo,

tienen algunas diferencias significativas. Primero, la formacin puede estar sometida a grandes

esfuerzos residuales debidos a movimientos tectnicos o a la erosin de sobrecargas de tierra que

encubren los esfuerzos debidos al peso de la roca. Segundo, las juntas, planos de estratificacin y

zonas de esfuerzo cortante son zonas de debilitamiento que destruyen la continuidad de la masa de

roca y concentran el esfuerzo cortante en esas direcciones. Tercero, el proceso de excavacin, que a

menudo requiere el proceso de explosivos, puede alterar la continuidad de la masa, aadiendo

esfuerzos dinmicos y abriendo las juntas y fisuras que antes estaban cerradas.


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El mtodo a seguir en los trabajos de excavacin en tneles depende de la dureza y la calidad de la

roca. En materiales ms blandos, como la lutitas, los esquistos y las areniscas blandas, el trabajo se

puede hacer empleando mquinas especiales para la perforacin de tneles, si esas rocas no son lo

suficientemente fuertes para sostenerse hasta que pase la mquina.

Las rocas duras se pueden perforar y volar avanzando de 3 a 6 m cada vez. Si la roca es dbil o est

astillada, es necesario un soporte temporal que consiste en costillajes de acero llamados marcos que

se acuan contra la roca (fig. 7) y algunas veces se colocan tablones entre ellos para evitar el

desprendimiento de fragmentos de roca.

Fig. 7- Colocacin de marcos de acero con manipulador telescpico

En rocas en mejor estado se colocan pernos de anclaje. Es costumbre usar revestimientos

permanentes de concreto para resistir la presin que se produce o para reducir el rozamiento

interior.

En las masas de roca homognea que no hayan sufrido esfuerzos tectnicos, el estado inicial es

esencialmente el de reposo. Los trabajos de perforacin del tnel hacen que se incremente el

esfuerzo tangencial. Las rocas homogneas fuertes pueden resistir esfuerzos de compresin sin

confinar, extremadamente altos, por lo que el revestimiento o los soportes son innecesarios para

sostener a grandes profundidades el equilibrio elstico.

En rocas con altos esfuerzos internos, las concentraciones locales de esfuerzo tangencial en la

superficie de la roca causan unos estallidos progresivos en los segmentos de roca en forma de

cuas. El estallido se intensifica en las zonas menos duras o donde la roca ha sido debilitada por

voladuras. Algunas rocas dbiles, fluyen por efecto de la carga, lo que causa un escurrimiento de la

roca hacia el interior del tnel y la consiguiente reduccin del dimetro de la perforacin.

Unas pocas rocas, como la lutita, se expanden cuando se exponen al aire, lo cual causa aumento de

presin, fallas progresivas o escurrimiento.

Estas caractersticas se presentan en mayor o menor grado en los siguientes tipos de tneles:


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Tneles de puerto

Son los que se ubican a muy alta cota en carreteras de montaa en las que con la pendiente

gobernadora se han agotado las posibilidades de desarrollo exterior. Tienen la ventaja de ser tneles

cortos, pero a costo muy probablemente de un desarrollo tortuoso y por consiguiente antieconmico

de las vas. Son soluciones inadmisibles en carreteras de alta especificacin, con bajas pendientes y

altos radios de curvatura.

Tneles de laderas

Tienen por finalidad mejorar el trazo de la carretera al permitir tramos ms rectos y de pendiente

ms suave. Compiten con los cortes, tajos y tramos en balcn cuando stos resultan de alturas

superiores a los 20 m, o cuando la disposicin geolgica del terreno plantea problemas potenciales

de inestabilidad durante las fases de construccin o de operacin de la obra exterior que obligan a

obras mayores de estabilizacin o afianzamiento.

Fig.8 -Tunel de ladera Via Interoceanica Quito Ecuador

Tneles de base

Se denominan as debido a su localizacin en la base de la montaa. Pueden resultar ms ventajosos

que los de puerto o los de ladera a pesar de su mayor longitud, en cualquiera de los siguientes

casos:

- Cuando la geologa en la base de la montaa es considerablemente mejor que en las laderas o en

la cumbre.

- Cuando se acorta considerablemente el trazo y se mejora el perfil de manera que el tiempo y la

economa de recorrido mejoran considerablemente la operacin de toda la carretera.

- Cuando a pesar de su longitud, introduce economa en la construccin total de la lnea, al evitar

obras de arte, viaductos, cortes y terraplenes en terreno difcil o accidentado, para dar

especificaciones equivalentes de recorrido.

Como en cualquier otro tipo de infraestructura, se requiere una serie de estudios previos para el

establecimiento de una carretera (localizacin, factibilidad econmica y criterios de ingeniera de

trnsito), para posteriormente realizar los estudios que se requieren para la construccin de un tnel

carretero.

Tneles urbanos

Se construyen en zonas urbanas cuando se pretende desahogar la congestin de trfico y tiene

ventajas cuando adems evita la interferencia total o parcial de la propiedad urbana, de las

instalaciones municipales y de la actividad citadina.


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Tneles subacuticos

Son una solucin alternativa al puente cuando se hace evidente que en la construccin de ste se

tiene que dejar una altura libre al nivel del agua superior a los 30 metros, lo cual obliga a un largo

desarrollo de accesos. Razn de ms si estos mismos penetran en terrenos blandos de poca

capacidad de soporte, o en propiedad urbana de elevado valor o en zona urbana donde se altere su

aspecto y su ambiente.

En este caso, los tubos se montan por tramos cortos dentro de una zanja excavada en el lecho del rio

o en el fondo del mar. Cada una de las secciones se sumerge, se une a la parte anterior y se fija por

medio de unas paredes gruesas de hormign.

Criterios de Proyecto Geomtrico

En primera instancia el problema bsico en los tneles es poder determinar en qu medida las

caractersticas geomtricas recomendadas para las carreteras por superficie deben adoptarse para su

dimensionamiento, sin que esto tenga efectos desfavorables con respecto a la seguridad y la fluidez

de la circulacin.

Dado que el tnel generalmente no es una obra aislada sino que forma parte integral de una

carretera, los principios bsicos que deben regir su geometra pueden resumirse en lo siguiente:

La capacidad de un tnel debe compararse aceptablemente con la de

la carretera al aire libre.

Las limitaciones mximas de anchos de carril y pendiente deben ser

congruentes entre ambos tramos.

Por lo anteriormente expuesto, la geometra del tnel ser funcin directa de las caractersticas del

trnsito vehicular que circular y del nivel de servicio que se pretende ofrecer.

Sin embargo, existen otras limitantes ajenas a estos aspectos que en determinado momento pudieran

obligar el dimensionamiento, tales como las caractersticas estructurales de la masa rocosa por

atravesar o espacios requeridos para alojar ductos de ventilacin.

Sin embargo, nicamente se sealarn las limitaciones de cada elemento que constituye la

geometra del tnel, con relacin al trnsito.


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Seccin transversal

Ancho de carril. Este ancho dentro del tnel deber como mnimo ser del mismo ancho que en la carretera al aire libre, pero no menor de 3.50 m para carreteras tipo A o B con altos volmenes

vehiculares (autopistas) y 3.25 para los otros tipos de carretera (estatales o urbanas tipo B y C).

Nmero de carriles. No se deber reducir en el tnel el nmero de carriles con que cuenta la carretera al aire libre.

Espacio libre vertical. Deber quedar un espacio libre de cuando menos 50 cm sobre la altura de los vehculos que normalmente puedan transitar, con relacin al techo del tnel, alumbrado,

plafn o seal que se instale.

Banquetas. Se define como banqueta la zona limitada por la orilla del pavimento y la pared. Su finalidad es mltiple, como permitir el paso al personal de mantenimiento, la salida de pasajeros

que viajan en vehculos accidentados, proteccin de los dispositivos de equipo suspendido en la

pared (alumbrado, sealamiento, telfonos, extintores, etc.). Este ancho vara como mnimo entre

0.60 m y 1.00 m

Bombeo transversal. Con objeto de facilitar el escurrimiento del agua de filtracin o de limpieza sobre la superficie del pavimento, se proporcionar un bombeo transversal hacia las

banquetas con una pendiente mnima del 2%.


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Alineamiento vertical

Localizacin. De ser posible, el tnel se localizar en una cresta del alineamiento vertical de la carretera, para proporcionar el escurrimiento del agua por gravedad hacia los portales, tanto en la

etapa de construccin como en la operacin.

Pendiente longitudinal. El valor mximo debe ser congruente con el que permita mantener en el tnel la capacidad y el nivel de servicio de la carretera a cielo abierto. La pendiente

mnima ser de 0.5% para garantizar el escurrimiento longitudinal del agua. En caso de tneles que

requieren ventilacin artificial no debe rebasarse el 4% para evitar incrementos importantes en la

produccin de contaminantes de los vehculos usuarios.

Curvas verticales. Debern tener una longitud de curva apropiada a la velocidad de proyecto y a la distancia de visibilidad de parada.

Criterios de ventilacin

Como ventilacin de un tnel carretero debemos entender la serie de medidas que se deben tomar

para garantizar que los contaminantes que se emiten a la atmsfera del tnel sean diluidos hasta un

nivel tolerable por el cuerpo humano, de acuerdo a los tiempos de exposicin a que estn sujetos los

usuarios.

Bsicamente existen dos formas de ventilacin: la natural y la forzada o artificial. La primera se

provoca en funcin exclusivamente del efecto de los vientos dominantes en la zona y de la

diferencia de altura y temperatura entre los portales del tnel, formndose una corriente

longitudinal de aire en el interior, motivada por diferencia de presiones que vara en intensidad a lo

largo del tiempo y no puede ser controlada.

En condiciones favorables puede esperarse una velocidad del aire entre 2 y 5 m/s.


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La segunda forma puede diferenciarse en tres sistemas: longitudinal, semitransversal y

transversal.

En el sistema longitudinal el aire es movido a lo largo del tnel, el aire fresco penetra por un portal

y sale el contaminante por el otro. En el interior se colocan ventiladores o aceleradores que hacen

circular la corriente de aire en forma controlada. Su campo de aplicacin queda limitado por el

valor mximo que puede alcanzar la velocidad del aire dentro del tnel, considerndose que sta no

debe ser mayor a 10 m/s por razones de comodidad y seguridad. El nivel de contaminacin crece de

un valor mnimo en la entrada hasta un valor mximo a la salida.

En el sistema semitransversal el aire fresco es movido a lo largo del tnel, el aire contaminado es

recogido y expulsado por otros ductos semejantes que mueven el aire en sentido opuesto.

Fig. 12 El Sistema Semitrasversal

Fig. 13 - El sistema transversal

Localizacin y Preparacin del Sitio

Las actividades en esta etapa de la obra consisten bsicamente en la limpieza general y desbosque o

destronque del rea en donde quedaran alojados los portales.

Segn las condiciones en que se encuentre esta rea del terreno ser necesario el retiro de

materiales tales como restos vegetales y troncos o productos de demolicin de viviendas o carpeta

asfltica, etc., cuando parte del proyecto se ubica en centros urbanos.

Estos materiales generalmente son llevados a depsitos o rellenos cercanos a la zona donde se

construye el tnel o utilizados como rellenos en tramos de la misma carretera.


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Construccin

Existen varias tcnicas para llevar a cabo la perforacin de un tnel, entre ellas tenemos: por

cambios brusco de temperatura, el empleo de explosivos, el uso de mquinas rozadoras, maquinas

excavadoras y el empleo de escudos.

Por cambios bruscos en temperatura:

Este es el sistema ms clsico de todos, consiste en hacer una hoguera en el frente del tnel para

calentar la roca, mas tarde se le aplica agua fra lo que producir un resquebrajamiento y

posibilitar una fcil remocin.

En la figura 4.1 se puede observar el procedimiento de excavacin y la colocacin del soporte

primario.

Figura 14 - Procedimiento de Excavacin y Colocacin de Soporte Primario

Excavacin con explosivos:

Durante muchos aos ha sido el mtodo ms empleado para excavar tneles en roca de dureza

media o alta, hasta el punto de que se conoci tambin como Mtodo Convencional de Excavacin

de Avance de Tneles. La excavacin se hace en base a explosivos, su uso adecuado, en cuanto a

calidad, cantidad y manejo es muy importante para el xito de la tronadura y seguridad del

personal, generalmente se usa dinamita. La excavacin mediante explosivo se compone de las

siguientes operaciones:

Perforacin

Carga de explosivo

Disparo de la carga

Evacuacin de humos y ventilacin

Saneo de los hastiales y bveda

Carga y transporte de escombro

Replanteo de la nueva tronadura


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La perforacin en este caso se hace por medio de la colocacin de tacos de dinamita para luego

volar la roca y perforar de este modo, luego de la voladura se debe sacar el humo y todos los

agentes que puedan causar contaminacin por medio de extractores, se comienza a sacar el material

volado, se acondiciona luego con todos los servicios y hasta que no se termine este ciclo, no se

puede comenzar con el otro.

PERFORACIN

El principio de la perforacin se basa en el efecto mecnico de percusin y rotacin,

cuya accin de golpe y friccin producen el astillamiento y trituracin de la roca.

La perforacin es la primera operacin en la preparacin de una voladura. Su propsito

es abrir en la roca huecos cilndricos denominados taladros y estn destinados a

alojar al explosivo y sus accesorios iniciadores.

Este trabajo se puede hacer en forma manual o por medio de maquinaria especial denominada

Jumbos que ejecutan varios taladros a la vez y con mucha presicin paralela entre ellos.


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Fig. 15 - Jumbo

Condiciones de perforacin: La calidad de los taladros que se perforan estn determinados por

cuatro condiciones: dimetro, longitud, rectitud y estabilidad.

Para conseguir una voladura eficiente la perforacin es muy importante as como la seleccin del

explosivo, este trabajo debe efectuarse con buen criterio y cuidado.

PARTES DEL FRENTEPara efectos de voladura el frente de pequea a mediana envergadura se divide en tres reas que

sigue esta secuencia de rotura que sigue el disparo:

1. Corte o arranque.

2. Ncleo o destroza.

3. Corona o contorno.

Mtodos de corte: Los tipos de trazos de perforacin para formar una nueva cara libre cavidad de corte, son dos:

1. Cortes con taladros en ngulo o cortes en diagonal.

2. Cortes con taladros en paralelo.


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Cortes en diagonal: El corte en diagonal consiste en perforar taladros de forma angular con

respecto al frente, lo que permite que la roca se rompa y despegue en forma diagonal, con un

descostre sucesivo hasta el fondo del disparo. Los taladros deben ser perforados en forma

escalonada, uno tras otro conforme lo permita el ancho del tnel (Mtodo poco usado).

Estos cortes pueden clasificarse en tres grupos:

1. Corte en cua de ejecucin vertical (wedge cut),corte en cua de ejecucin horizontal (v o w), corte piramidal o diamante (centre cut).


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2. Cortes en abanico (fan cut) con diferentes variantes.

3. Cortes combinados de cua y abanico o paralelo y abanico.

En los tres casos los taladros son convergentes hacia un eje o hacia un punto al fondo de la galera a

perforar.

CORTE EN PARALELO: Los taladros son perforados paralelamente y los Jumbos son los

equipos mas adecuados por que cuentan con brazos articulados en forma de pantgrafo que facilitan

el alineamiento y dan precisin en la ubicacin de los taladros en el frente de voladura.


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Explosivos: Existen varios tipos de explosivos que se utilizan para la excavacin de tneles, dependiendo de la clase de roca y del ambiente circundante en el que se trabaja, adems del perfil y

del tamao de los pedazos de material excavado que se desee obtener. Entre los explosivos ms

utilizados estn:

- Explosivos a base de plvora: sirven para voladuras de galeras en roca blanda.

- Explosivos gelatinosos: son apropiados para voladuras en rocas semiduras hasta

duras (Gelatina tipo C y A).

- Explosivos para rocas muy duras: dinamita F y gelatina explosiva.

Excavacin con Maquinas Rozadoras:

Es un brazo hidrulico articulado con dos ruedas que poseen elementos abrasivos, este brazo se

puede mover tanto horizontal como verticalmente.

Tericamente la rozadora (mquina de ataque puntual y cuerpo bajo y compacto) puede utilizarse

con gran variedad de terrenos. Su limitacin no es la calidad global del macizo rocoso, sino la

resistencia mecnica (a traccin y a compresin) de la roca matriz. Por otra parte el ciclo de trabajo

es ms corto (no hay voladura ni ventilacin de los gases de la explosin), y adems la excavacin

y el sostenimiento son mucho ms compatibles cuando se trabaja con rozadoras que cuando la

excavacin se realiza con tunelera TBM o por voladuras.


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Por eso pueden utilizarse rozadoras con roca de mala calidad (20 < RMR < 30) aunque puede

resultar ms econmico el uso de mtodos ms simples. Los terrenos de clase 1 (RMR > 90)

resultarn en general demasiado duros para su excavacin con rozadora.

Excavacin con Mquinas excavadoras (tuneleras)

Son unas mquinas especiales, que slo pueden hacer perforaciones circulares, la superficie que es

excavada quedar casi completamente lista para empezar a funcionar lo que evitar las sobre

excavaciones, adems el material excavado se lleva a la parte posterior de la mquina por medio de

bandas transportadoras manejando de ese modo una eficiencia mxima.

En principio, se distinguen 2 tipos de mquinas fresadoras de galeras y tneles, que perforan toda

la seccin de la roca:

- Mquinas con cinceles rodantes montados en la cabeza

- Mquinas con cabezales porta-cuchillas

Para el sistema de cinceles rodantes, se aprietan con gran fuerza mediante la parte frontal de la

mquina una serie de cinceles contra la superficie de la roca, de modo que las zonas de contacto

estn sometidas a una presin excesiva que sobrepase la resistencia de la roca. Haciendo rodar los

cinceles por encima de la superficie, se obtiene un proceso de cincelaje continuo.

El sistema con cabezas porta-cuchillas trabaja con cinceles fresadores montados alrededor de discos

rotatorios. Mientras que para el sistema con cinceles rodantes las principales fuerzas actan en el

sentido del avance, para el sistema con cabezales porta-cuchillas las principales fuerzas se necesitan

en el sentido del momento de rotacin.

Grandes dimetros no se perforan solamente en excavacin total, sino que tambin en primer

trmino se abren galeras piloto de cerca de 1/3 del dimetro final. A continuacin siguen una o dos

mquinas ensanchadoras.


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Para la construccin de un tnel de carretera de un dimetro de 10.50 m, en promedio se avanzan de

6 a 7 m por da. Estas cifras se calculan en base a 2 turnos de diez horas cada uno, e incluyen los

trabajos de desplazamiento y del mantenimiento de la maquinaria.

Escudos

Aunque en la excavacin por escudo no participan ningunas partes rotatorias, este procedimiento

debe ser considerado como tipo de avance mecanizado. Empleando el avance por escudo se

perforan unos 5 m diarios en promedio.

Los escudos son elementos estructurales cilndricos de acero capaces de soportar las presiones

radiales y/o del frente de excavacin. Estn provistos de un sistema que les permite avanzar

mediante el empuje de un conjunto de gatos hidrulicos que se apoyan directamente sobre el

revestimiento, que est constituido por anillos de concreto precolado divididos en segmentos, cuyo

nmero puede variar de 3 a 10, siendo la prctica ms frecuente un nmero aproximadamente igual

a un segmento por cada dimetro exterior del tnel.

Existen varios tipos de escudos, aunque bsicamente se tienen los de frente abierto y los de frente a

presin. Los escudos de frente abierto tienen como caracterstica principal el proveer un sistema de

soporte mecnico parcial del frente de excavacin, dejando la posibilidad de observar el

comportamiento del subsuelo en el frente durante las actividades normales del ciclo de excavacin

Existen diversas variantes de escudos de frente abierto, ya que son diseados para proyectos

especficos, tomando en cuenta las propiedades del subsuelo en que ser construido el tnel y la

informacin relativa a las caractersticas del proyecto.


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Bsicamente los escudos de frente abierto pueden dividirse en tres grandes grupos, atendiendo

nicamente a la mecanizacin lograda:

- Manuales

- Semimecanizados

- Mecanizados

Los escudos manuales son aquellos que no cuentan con herramienta para ataque del frente y estn

provistos bsicamente de los sistemas de empuje, soporte frontal y colocacin del revestimiento.

Los escudos semimecanizados son prcticamente una ligera variante de los manuales. Cuentan con

herramienta para ataque parcial del frente, con objeto de lograr una mayor eficiencia. El mecanismo

adecuado para la excavacin, generalmente se compone de un brazo retroexcavador.

Los escudos mecanizados tienen la particularidad de contar con herramienta para el ataque total

del frente. Dicha herramienta puede tener formas muy variadas y, en la actualidad, las principales

son: cabeza cortadora giratoria, brazo retroexcavador articulado, brazo excavador deslizante y

brazo rozador.


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Una mencin aparte merece la descripcin de la excavacin mecanizada de roca mediante

mquinas perforadoras de tneles a seccin completa (Hard Rock Tnel Boring Machines, TBM).

La TBM tpica para roca dura consiste de tres partes principales:

- La cabeza cortadora.

- El soporte de la cabeza cortadora, con las unidades motrices y el rodamiento principal.

- El sistema sujetador y de empuje.


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MTODOS DE EXCAVACION DE

TNELES

Revisemos en forma esquemtica los diversos mtodos clsicos empleados en la perforacin de

tneles y que se centran fundamentalmente en diferentes secuencias de excavacin:

Mtodo ingls

mtodo de ataque a plena seccin

Recibe su nombre por haber sido aplicado en tneles a travs del tipo de terreno que usualmente se

localiza en Inglaterra, como son las arenas y areniscas. Su principal caracterstica es proceder el

avance de la perforacin a seccin completa del tnel, en una sola operacin.

En este caso la excavacin se efecta por franjas horizontales comenzando por la parte superior. En

caso de requerir revestimiento se hace por etapas.

La coronacin de la bveda se reviste sobre puntales radiales (apuntalamiento en abanico). Estos

puntales soportan elementos longitudinales tras los que se hacen deslizar las palancas de encofrado.

Todos estos puntales se apoyan en vigas transversales.

En el escaln inferior se colocan travesaos y se establece apuntalamiento entre stos y los de la

etapa de bveda, continuando as en cada escaln.

El revestimiento, en caso de requerirse, se ejecuta tras la excavacin comenzando por los muros y

terminando por la bveda. La solera, si es necesaria, se construye posteriormente por franjas entre

los muros.

Mtodo belga

Mtodo de la galera de clave

La caracterstica del mtodo es ejecutar rpidamente la bveda para proteger la obra por encima,

terminando despus el revestimiento por los muros.

Se ataca el tnel en galera de avance de pequea seccin en el eje del tnel y en la parte superior.

La anchura de esta galera vara de 2.50 a 3 m, su altura de 2 a 4 m y su seccin de 5 a 12 m2. Se

construye esta galera a nivel de los arranques de la bveda, ensanchando despus a la derecha e

izquierda para dejar al descubierto la bveda. Estos ensanches se realizan con un rendimiento de

excavacin muy superior al de la galera de avance, pues se trabaja por los costados y no de frente.


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Despus se construye la bveda hacindola descansar sobre el terreno si es resistente o sobre

tablones longitudinales juntos que reparten las presiones si el terreno es menos bueno. Tambin es

posible utilizar apoyos de concreto armado.

Cuando la bveda ha endurecido, se quitan los encofrados y los puntales y la bveda protege a la

obra durante las operaciones siguientes.

Entonces se ataca la excavacin de la parte inferior del tnel excavando en la cuenca central que se

reviste si es necesario.

Despus se realiza la excavacin en el emplazamiento de los muros del revestimiento partiendo de

la cuneta hacia los costados, realizando excavaciones de pequea longitud (4 a 6 m) que se ejecutan

alternativamente de derecha a izquierda.

Despus se ejecutan los muros subiendo bajo la bveda ya construida. Operando de esta forma por

elementos de pequea longitud, no se compromete la seguridad de la bveda, que descansa siempre

sobre la destroza no excavada o sobre los pilares ya construidos.

Cuando el terreno es poco resistente y exige revestimiento de obra (tercera y cuarta categora) hay

que modificar el mtodo de excavacin de la destroza y de construccin de los muros. Despus de

haber excavado bajo la bveda y de haberla revestido como antes, se excava en zanja revestida el

emplazamiento de los muros por elementos cortos ejecutados alternativamente a derecha e

izquierda.

En estas excavaciones se construyen los muros bajo la bveda primeramente, y despus se quitan

los puntales y se excava la destroza a plena seccin.

Tambin es posible ejecutar los muros antes que la bveda, para lo que se excava y apuntala sta

construyendo los muros en zanjas revestidas. Despus se construye la bveda y se excava la

destroza a plena seccin.


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Mtodo Italiano

Consiste en extraer solo el medio arco ms la galera central por la cual se retira la marina, luego se

concreta el medio arco, luego se extrae el resto del material por zonas y se van concretando los

muros (mtodo similar al mtodo belga).

Mtodo austriaco (NATM)

mtodo de las dos galeras

Este mtodo se caracteriza por el empleo de una galera de avance en el eje y base del tnel. En ella

se instala una va de evacuacin que se utiliza durante toda la obra.

Cuando esta galera ha avanzado cierta longitud, se sube verticalmente con un pozo hacia la clave

del tnel atacando despus una segunda galera por encima de la primera y trabajando hacia delante

y hacia atrs.

Los escombros de la galera superior se envan por el pozo a la galera inferior que sirve para

evacuar sin transbordo todos los escombros de los diferentes ataques. Por otro lado, es posible

multiplicar los pozos y los ataques en la galera de coronacin.

Una vez perforada la galera de clave, se contina como en el mtodo belga: excavacin de la

bveda, construccin de sta, destroza, excavacin de los muros y construccin del revestimiento

de stos.

El mtodo de la galera de base se presta a la evacuacin de los escombros sin desplazamiento de la

va y facilita la eliminacin de las aguas de infiltracin


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Mtodo alemn

mtodo de las tres galeras

Este mtodo se caracteriza por la conservacin de la destroza hasta la terminacin de los muros y

de la bveda. La destroza sirve de apoyo para todos los apuntalamientos y cimbras y evita el

empleo de andamios de gran luz.

Se atacan dos galeras de base a derecha e izquierda del tnel. Se ensanchan despus y se

construyen los muros en terreno malo apuntalados contra la destroza.

Ms atrs se ataca una galera de coronacin que se ensancha construyendo la bveda hacindola

descansar sobre muros ya construidos y sobre puntales apoyados en la destroza.

Cuando la bveda ha endurecido, pueden quitarse todos los puntales excavando la destroza.

Despus, se ejecuta la solera para completar el revestimiento por franjas de algunos metros de

longitud para evitar excavar completamente la destroza antes de terminado el revestimiento.


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Clasificacin de los terrenos para el empleo

de los mtodos de perforacin

Segn la naturaleza del terreno, puede atacarse la perforacin con una seccin superficial ms o

menos grande.

En ciertos macizos rocosos, puede atacarse a plena seccin incluso en el caso de las bvedas de

gran luz (ms de 20 m) de las centrales hidroelctricas subterrneas.

En los terrenos sin cohesin (arenas secas, gravas) ser necesario, por el contrario, limitarse a una

galera elemental de 4 a 5 m2 para poder avanzar con una entibacin adecuada.

Si se trata de arenas finas saturadas de agua a presin (arenas fluidas) de lodos, arcillas o terrenos

en los que se presentan importantes afloraciones de agua, ser necesario incluso recurrir a

procedimientos especiales como el escudo de aire comprimido o las inyecciones de avance.

Si el terreno contiene anhidrita, en ciertos casos los empujes pueden ser considerables cuando este

material est saturado de agua, debindose utilizar en tal caso una robusta entibacin metlica

durante la construccin.

Primera categoraIncluye a la roca que exige el empleo de explosivos, la cual puede ir desde la roca dura e intacta

que permite el ataque a gran seccin sin entibacin, a la roca inestable que hace necesaria sta.

Segunda categoraBuen terreno extrado sin explosivos, que permite la ejecucin de 1 a 3 m de galera de seccin

adecuada sin entibacin. Entran en esta categora las arcillas duras, tierras compactas, areniscas,

arenas y gravas aglomeradas y las pudingas (cuyo estado de consolidacin puede exigir el empleo

de explosivos).

Tercera categoraTerreno medio o mediocre, en el que el techo de una galera de seccin adecuada puede mantenerse

algunos minutos y los laterales y el frente de ataque una hora aproximadamente. Tal es el caso de

las arcillas consistentes, la tierra seca, la arena y grava aglomeradas y ciertas rocas dislocadas.

Cuarta categoraMal terreno, en el que el techo de las galeras de seccin adecuada debe apuntalarse a medida que

avanza, resistiendo los laterales algunos minutos. Tal es el caso de las arcillas blandas o que se

expanden al aire, las arenas hmedas, gravas o tierras vegetales sin gran cohesin, roca

descompuesta o gravas.

Quinta categoraTerrenos sueltos, como gravas o arenas secas en los que no se puede progresar en seccin pequea

si no es al abrigo de blindaje continuo tanto en el frente como en el techo y muros laterales. Cuando

se trata de arenas finas saturadas de agua, de arcillas blandas o de venidas de agua importantes, se

imponen mtodos especiales (escudo, inyecciones).


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Revestimiento del tnel

El ademe primario de los tneles en suelos blandos con escudos, consiste en dovelas o segmentos

que forman anillos, los cuales pueden o no estar ligados entre s.

Estas dovelas pueden ser de concreto, de hierro fundido, de

acero o una combinacin de marcos metlicos con madera.

El revestimiento definitivo del tnel es necesario o

deseado, ya sea para aislamiento, seguridad o por razones

estticas.

Existen tneles vehiculares en los que se han puesto y

construido revestimientos enteramente de concreto

lanzado. Esta tcnica puede resultar inconveniente (en

carreteras de altas especificaciones) por la irregular

superficie del concreto lanzado y por sus efectos en la

visibilidad y luminosidad de los tneles.

Concreto lanzadoHay dos procedimientos para el lanzado de concreto que son el de mezcla seca y el de mezcla

hmeda. En el primero el agua se incorpora en el chifln y en el segundo se le agrega a la mezcla

previamente.

Cualquier soporte provisional que se utilice en roca, despus de una voladura, requiere cierto

tiempo de aplicacin; el uso del concreto lanzado como soporte provisional tiene grandes ventajas

en comparacin de otros, como el ademado con marcos de madera o metlicos o el uso de anclas.

Asimismo, sea que el concreto lanzado toma menos tiempo para su aplicacin y utiliza menos

personal trabajando en la zona de peligro.

La malla de alambre es lo que comnmente se

utiliza para refuerzo del concreto lanzado.

La colocacin de la malla de alambre es una

actividad que consume mucho tiempo por la

dificultad que se tiene en hacer que siga la

superficie desigual de la roca; esto es ms difcil

en tneles de gran seccin.


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Los pernos de anclaje son frecuentemente utilizados

en combinacin con el concreto lanzado.

Las mallas de refuerzo se fijan a las paredes del

tnel por revestir por medio de anclas de varilla,

cuya punta penetra en el terreno cuando menos

40 cm, colocadas en una cuadrcula de 1.0 a 1.5 m

de lado, teniendo cuidado de no tener un

recubrimiento menor a 2 cm.

Para la construccin de la cubeta se implementan tres frentes de trabajo, que de manera coordinada

cubran eficientemente las etapas de: a) excavacin, b) colocacin de acero de refuerzo y c) colado

de concreto, en tramos de longitud no mayor a un radio del tnel.


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Portal de Acceso al Tnel

El conductor cuando no esta cerca de la boca del tnel, tiene su campo visual dominado por la

luminancia exterior ( 8000 cd/m2 ).

A medida que se acerca al tnel comienza a ocupar mayor superficie la boca negra que representa

la entrada al tnel

El sitio donde comienza a producirse esa adaptacin se llama punto de adaptacin. A partir de

ah, iluminacin del tnel debe permitir al conductor ver un obstculo de 0,20 m de lado con

anticipacin de 100 m de distancia.

Dicho Punto de adaptacin en general coincide con el lugar desde el cual se ve la boca del tnel

bajo un ngulo de 7

Si la entrada del tnel tiene altura de 7,5 m, el ojo comienza a adaptarse a una distancia de la

entrada de 60 m, como desde el punto de adaptacin debe verse un objeto situado a 100 m, la

iluminacin dentro del tnel tiene que ser adecuada al menos en una longitud de 100 60 = 40 m

Se conviene en agregar 20 m para que detrs del obstculo no aparezca inmediatamente el fondo

negro.

L1

L2

L3


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L1: luminancia del exterior del tnel

L2: luminancia de la boca o primeros metro de la cavidad del tnel

L3: luminancia de un objeto o obstculo sobre la calzada dentro del tnel

Para que 2 objetos puedan diferenciarse entre si deben presentar un contraste mnimo del 20 %,

entonces para que obstculo sea notable:

(L2 - L3) x 100 > 20 % L2

Al estar L2 y L3 dentro de

un campo de mayor

luminancia L1 la diferenciacin

entre L2 y L3 podr observarse

si L2 no es exageradamente

baja respecto L1:

L2 / L1 > 1/10

para valores de L1 entre

150 y 10.000 cd/m2.

Con objeto de reducir longitud y nivel de iluminacin del primer tramo fuertemente iluminado se

suelen construir un paralumen o cobertizo con ventanas, adems protegen la ruta de nieve y cada

de rodados.

La transicin de luminancia del tramo inicial (800 1000 cd/m2) a la del nivel mnimo o base (7

10 cd/m2) no puede hacerse bruscamente, puede presentarse el efecto de adaptacin antes

mencionado. Esta demostrado que el 75 % de los conductores consideran aceptable un periodo de

aprox. 15 segundos para la transicin mencionada.

Con objeto de ahorrar iluminacin, disponer las paredes y superficies expuestas del tnel con

elevada reflectancia y se mantengan aceptablemente limpias.


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Remocin, retiro y transporte

de material de excavacin

Para transporte del material excavado hacia el depsito temporal pueden utilizarse trenes de

vagonetas sobre rieles o los vehculos sobre neumticos.

La ventaja del transporte sobre rieles es la limpieza del suelo del tnel aun en suelos arcillosos y

hmedos, adems de que no ensucian el aire con gases de escape. Sin embargo son muy sensibles a

las pendientes y su modo de operacin es poco flexible. Los vehculos sobre neumticos se adaptan

mejor al servicio, pueden subir rampas de gran inclinacin pero contaminan el aire con gases de

escape y pueden convertir el suelo de la excavacin en polvo y barro.

Cuando se proyectan obras subterrneas hay que encontrar un lugar de depsito final adecuado para

el material de excavacin. Este material en algunos casos es utilizado para rellenar tramos de la

misma carretera.

Obras complementarias

La construccin de un tnel requiere obras tales como:

Drenaje

Ventilacin

Iluminacin

Sealizacin

Aceras.

Estacionamientos de Emergencias.

Refugios peatonales.

Nichos de seguridad.

Galeras de retorno.

Red de agua contra incendios.

Salidas de emergencia

Galeras de evacuacin.

Sistema de control Termo-Grafico

Accesos para los servicios de emergencia.

Servicios de apoyo

Cabinas de Peajes

Central para el Operador


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DrenajeLa obra de drenaje se construye de forma paralela a la perforacin del tnel.

Las concentraciones locales de agua que procedan de grietas son captadas por medio de tubos de

plstico y recogidas a las franjas de drenaje previstos alrededor de la seccin transversal del tnel.

Estos drenajes circunferenciales desembocan en el sistema principal de drenaje longitudinalmente

emplazado en la lnea ms profunda de la seccin de la obra.

En casos muy crticos en cuanto a la impermeabilizacin requerida, pueden ser necesarios sistemas

que garanticen la misma, tanto durante la construccin como, posteriormente y en este sentido, los

revestimientos con dovelas e inyecciones en el caso de las tuneleras y la inyeccin previa o

posterior, en los mtodos convencionales, son los sistemas ms recomendables.

En muchos casos de ejecucin con mtodos convencionales, es tpica la coordinacin entre drenaje

e impermeabilizacin que ya se ha tratado ampliamente en epgrafes anteriores.

El esquema clsico, en este caso, es de la Figura 16, en las que se aprecia que el drenaje tiene la

misin de recoger y conducir las aguas aflorantes al hacer la excavacin y, por otra parte, proteger a

la impermeabilizacin. Se trata habitualmente de medias caas de fibrocemento o PVC protegidas

con pasta de cemento con acelerante ultrarrpido y que, en funcin de la cantidad de agua y zona a

drenar, pueden adoptar una disposicin sistemtica a base de drenes en forma de espina de pez que

la conducen a las medias caas principales que, a su vez, desaguan a un dren lateral y ste al

colector (sistema Oberhasli). La distancia entre las medias caas principales suele oscilar entre 2 y

5 m y eventualmente pueden prolongarse mediante un taladro en la roca de en torno a 1 m de

longitud y dimetro mnimo de unos 30 mm.

Este drenaje debe ir protegido con una capa de hormign proyectado que, aparte de su colaboracin

al sostenimiento, tiene la misin de proteger a la impermeabilizacin.

Figura 16. Seccin tipo del sistema de impermeabilizacin


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La impermeabilizacin se compone de un geotextil, cuya funcin es, por una parte, proteger a la

membrana impermeabilizante propiamente dicha de las irregularidades del sostenimiento y, por

otra, evacuar el agua que pueda filtrarse a travs del sostenimiento. En la Foto 1 se muestran los

trabajos de colocacin de la lmina impermeabilizante.

Por tanto, la seccin tipo ms habitual de un tnel viario ejecutado por mtodos convencionales se

compone, en las zonas en que la afluencia previsible de aguas hace necesaria la

impermeabilizacin, de las capas que, en forma de croquis, se indican en la Figura 4. En ella, como

se ha sealado anteriormente, puede apreciarse que sobre la roca hay una primera capa de

sostenimiento, habitualmente compuesta por hormign proyectado y bulones y, eventualmente,

cerchas. A continuacin el drenaje (tambin denominado a veces impermeabilizacin primaria)

sobre el que se dispone una nueva capa de terminacin de hormign proyectado y, a continuacin,

la impermeabilizacin propiamente dicha (tambin denominada secundaria) compuesta por

geotextil y lmina, y sobre sta el revestimiento de hormign encofrado. Cuando este hormign

vaya armado, lo que no suele ser habitual por trabajar normalmente a compresin, debe disponerse

sobre la lmina una membrana de proteccin con espesor mnimo de 1,5 mm para evitar que la

lmina pueda ser perforada al colocar las armaduras.


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VentilacinEntre los sistemas de aireacin se distinguen la ventilacin por compresin, por aspiracin y

combinacin de stas.

Para la ventilacin por compresin se insufla aire fresco hacia el frente de trabajo mientras que el

aire viciado es expulsado, a travs del tnel, afuera.

Para la ventilacin por

aspiracin el aire viciado

es aspirado en el frente

de trabajo y el aire fresco

viene desde la boca a

travs del tnel.

Entre las ventilaciones

por compresin y por

aspiracin hay una serie

de posibilidades de

combinacin; por ejemplo,

la ventilacin reversible,

aspiracin con aireacin

para la que son necesarios

dos tubos de aireacin,

y otras distintas

combinaciones.

En tneles carreteros en tangente puede decirse que si su

longitud no es mayor de 500 m y la seccin transversal del

tnel esta generosamente diseada, normalmente no se

requiere ventilacin forzada a menos que las condiciones

atmosfricas en los portales sean francamente adversas.

Para el proceso de construccin es indispensable

implementar medidas de seguridad y planes de emergencia

ante posibles accidentes.


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IluminacinLas lmparas fluorescentes son econmicas pero no suficientemente potentes para iluminar los

extremos del tnel. Con baja temperatura ambiente tienen problemas de arranque.

Las lmparas de vapor de mercurio tienen + potencia y + rendimiento, pero la luz azulina que

entregan no permite distinguir bien los colores amarillos y rojos usados en la sealizacin vial.

Las lmparas de vapor de sodio entregan una luz casi monocromtica. Su frecuencia es la

correspondiente al amarillo verde del espectro visibles, para la cual el ojo humano posee mayor

sensibilidad. Porque permite apreciar bien los contrastes se prefieren en el uso vial.

Con dos ltimos tipos tener cuidado ya que pueden producir el efecto de parpadeo bastante

incomodo, el cual se presenta cuando las lmparas aparecen en el campo visual del conductor con

una frecuencia de entre 2,5 y 1,5 ciclos/segundos.

Para una velocidad promedio de 60 Km/h, el espaciamiento entre lmparas que provoca parpadeo

es entre 7 m y 14 m, por lo tanto mejor evitarlo.


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SealizacinToda la sealizacin debe satisfacer lo establecido por el Convenio de Viena sobre sealizacin

vial de 1968 y dems normativa vigente en materia de sealizacin de carreteras y circulacin.

Antes del ingreso al tnel se le deber entregar informacin de seguridad al conductor de cmo

debe conducirse dentro del mismo y los cuidados a tener.

En los tneles se sealizar:

Estacionamientos de Emergencia.

Salidas de emergencia. Las salidas de emergencia ms prximas estarn sealizadas a distancias

25 m. indicarn las distancias.

Puestos SOS o estaciones de emergencia y sealizacin de los equipos disponibles para los

usuarios. (Telfono, extintores, hidrantes,). Si existen puertas de separacin entre el tnel y la

estacin de emergencia y estas NO GARANTIZAN PROTECCIN EN CASO DE INCENDIO, se

indicar con texto y en varias lenguas.


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Radio. Con indicacin de frecuencia de ayuda al usuario.

Seal de tnel. En los accesos al tnel, indicando su longitud y nombre

En los tneles de ms de 3000 metros, cada 1000 metros se indicar la longitud restante del tnel.


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Tambin se indicarn las instalaciones de seguridad de las que dispone el tnel, as como las

obligaciones especficas de circulacin (velocidad mxima, interdistancia,.).

Sealizacin horizontal.

Sealizacin de carriles.

Sealizacin con paneles de mensaje variable. Este tipo de sealizacin resulta imprescindible para indicar a los usuarios sobre eventuales congestiones, averas, accidentes,

incendios u otros peligros.


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Estacionamientos de Emergencia Refugio Peatonal


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Salidas de Emergencias

Sealamiento mnimo Sealamiento Recomendado

Sistema de control Termo-Grafico


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Servicio de Apoyo.El parque de vehculos de mantenimiento dispondr de sistemas de sealizacin adecuada para

garantizar la seguridad de trabajadores y usuarios durante los trabajos de mantenimiento de la

infraestructura. Estos vehculos sern turismos, 4x4, furgones, camiones plataforma, camiones para

la limpieza de hastiales, etc.

En funcin del tipo de tnel y su entorno, los Servicios de Explotacin, adems de vehculos de

mantenimiento, dispondrn de vehculos de intervencin adaptados especialmente para accidentes e

incendios en tneles y ambulancias.

La normativa en algunos pases exige la presencia permanente de un equipo de rescate en cada

extremo de los tneles de doble sentido de ms de 5000 metros de longitud.

Estos equipos, que disponen de vehculos de extincin y material de rescate, pueden intervenir

rpidamente desde cualquiera de los dos extremos del suceso.

Por este motivo, se han desarrollado vehculos de intervencin especiales para tneles, as en el

tnel de Mont Blanc (11600 m) y el tnel de Toulon (2969 m) disponen de los vehculos de doble

cabeza JUNO. En el tnel del Frejus (12895 m) y en el tnel del

Somport (8608 m) disponen de los camiones TITAN con dos ejes direccionables.

En ambos casos los camiones

disponen de botellones de aire

comprimido para respiracin

de los ocupantes, generar

sobrepresin en la cabina y

alimentar al motor en caso

circulacin en ambiente con

humo. La visin necesaria para

la conduccin con humo la

garantiza una cmara trmica.


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Cabinas de Peajes.

Central para el OperadorComo se ha visto anteriormente, dentro del organigrama de los Servicios de Explotacin de tneles

se encuentran los Operadores de Consola. Este personal, desde el centro de control del tnel 24

horas al da, se ha de encargar de las siguientes funciones:

Controlar el trfico en el interior y en las proximidades del tnel.

Controlar el estado de las instalaciones. Informarn al personal de

mantenimiento de deficiencias o alarmas generadas por los equipos del tnel.

Coordinar los trabajos del resto de personal de la explotacin, transmitiendo

y recibiendo informacin de todos ellos.

Detectar todos aquellos eventos que puedan comprometer la seguridad de los

usuarios. De esta forma, los operadores sern los encargados de desencadenar la actuacin de los

sistemas de seguridad necesarios (sealizacin, ventilacin,) e informar al personal de

intervencin de la explotacin.

A la vista de las tareas de los operadores, se puede ver que estos han de ser capaces de adaptarse a

situaciones de todo tipo y ser capaces de transmitir al resto del personal de explotacin las

necesidades de cada momento y situacin.

Para definir el perfil tcnico de los operadores es imprescindible tener en cuenta las caractersticas

tcnicas del tnel, nmero y complejidad de las instalaciones, naturaleza y densidad del trfico,

caractersticas constructivas y ubicacin del tnel, etc.

En el caso de los tneles transfronterizos, es muy conveniente que los operadores conozcan los

idiomas de los dos pases.


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En situaciones particulares (alta densidad de trfico, gran longitud del tnel, instalaciones

complejas,.) puede ser adecuado que se disponga de ms de un operador por turno y que adems

del operador exista una persona con formacin tcnica superior como responsable del centro de

control.


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04-tuneles.pdf

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