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8/18/2019 1b Historia

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INGENIERÍA DE TÚNELES y OBRAS SUBTERRÁNEASMódulo 1b: TÚNELES EN LA ANTIGÜEDAD Y EN LA EDAD MODERNA

Ing. Ezequiel A. Zielonka


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INGENIERÍA DE TÚNELES y OBRAS SUBTERRÁNEAS

TÚNELES EN LA ANTIGÜEDAD

• Desde la Antigüedad: Cavernas, túneles y galerías para

transporte de agua, extracción de minerales, fines

religiosos y militares.• Excavación: Uso de instrumentos manuales.

• Sostenimiento: Construcción en subsuelo competente,

uso de piedras naturales y ladrillos.


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• Egipto y México (Cámaras subterráneas). Egipto (2500 A.C.)• La mina más antigua del mundo, 40.000 A.C. En Swazilandia

(África) para la extracción de Hematita.



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• Quanats, en Irán (2800 A.C.): Irrigación, agua potable -160km - Todavía funcionales!



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Fuente: Graz University of Technology



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• Túnel bajo río Éufrates (2500 A.C.), y otros túneleshidráulicos en Mesopotamia

• Túneles en India y China (Templos)

• Acueducto en Jerusalén (700 A.C.)• Acueducto en la isla de Samos (600 A.C.)


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• Derinkuyu, Turquia (1400 A.C.), Ciudadela subterránea; 20

niveles / > 50 pozos ventilación / túnel 8km.


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• Túneles para acueductos, catacumbas y drenajes - Imperio

Romano. Uso del Hormigón como soporte. (500 A.C.)


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• Túnel de Drenaje del Lago Fuccino (50 D.C.) - 5.6 km y 16.0

m2 de sección transversal -11 años de construcción –

Finalizada su construcción el túnel se bloqueó.


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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA

• Desde el Siglo I hasta el Siglo XVIII no hubo una gran

actividad en la construcción de túneles. En los siglos XVI aXVIII se reactivó nuevamente debido a la minería y altransporte.

Titus Tunnel Brindley Tunnel

(Turquía – Siglo I) (Inglaterra – 1777)

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Fuente: Comisión de Túneles y Espacios Subterráneos de Chile

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• A partir del siglo XIV sedesarrolla la tecnología de

túneles para minería (equipos

de perforación);• Uso de técnicas de voladura

(introducción de la pólvora) a

partir del siglo XVII (Hungría,

1627 y Mina en

Harz/Alemania, 1623);

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• Importante desarrollo en el sigloXIX impulsado por la

construcción de túneles para

caminos y canales,principalmente en Francia (uso

de voladura)

• Primero Túnel bajo el Río

Támesis (Inglaterra) para fines

viales.

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• Brunel patenta en 1818 la primeramáquina tuneladora (shield).

• Forma rectangular 7m x 12m, 12

pórticos separados, 3 niveles de

trabajo, excavación manual.

• La construcción tardó varios años (el

avance promedio era de 25cm/día) y

llegó ser interrumpida por 7 añosdebido a los múltiples accidentes

catastróficos ocurridos

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• Comienzo de la construcción de Ferrocarriles en Europa

impulsa aún más la construcción de túneles

• Introducción de tronadura con dinamita, 1846

• Técnicas de excavación, sostenimiento y maquinaria,

provenientes principalmente de la minería



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• Necesidad cada vez mayor de eficiente conectividad

(caminos vehiculares, ferrocarril, metros) y túneles de

servicio y especiales

• Túneles para hidroeléctricas y carreteras principalmente

después de la 2a. Guerra Mundial



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• Túneles p/ Ferrocarril, Ej.:Simplón 19.8km, siglo XIX.

• Metros: Londres (1870), Paris

(1880), Moscú (1930),Barcelona, Madrid, Berlin, entre

otros.

• Túneles carreteros: SanGotardo 17km (Suiza), Arlberg

14km, Laerdal 24km (Noruega).



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• La experiencia constructiva adquirida durante el siglo XIX

origina diversos métodos denominados “clásicos” para la

construcción de túneles.

• Métodos influenciados por las condiciones geológicas

locales, experiencia adquirida y otras condiciones deborde.

• Disponibilidad de materiales para la construcción juega un

rol fundamental en la selección de cada método.• Tiempos de Obra relativamente cortos. Mucha mano de

obra y múltiples frentes de trabajo.



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Método Clásico Ingles: (1830)




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Método Clásico Ingles: (1830)

• Rápido cierre del revestimiento definitivo.

• Entibamiento de madera armado en sentido longitudinal.

• Cuando era posible, los entibamientos se desplazaban

con la excavación.

• Nuevos avances excavados una vez completado el

revestimiento definitivo del pase anterior.




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Método Clásico Austríaco:

• Condiciones geológicas desfavorables y grandes coberturas.

• En general 2 túneles piloto (en la clave y en la solera).

Frentes pequeños para evitar riesgo de caída de bloques y/o

colapso.




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• Desventaja: Muchos frentes pequeños y gran

requerimiento de madera. Gran dificultad para mecanizar.

• Ventaja: Un cierto número de “anillos” podía ser excavado

en simultáneo reduciendo así los tiempos de construcción.




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Método Clásico Belga:




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Método Clásico Belga:

• Excavación Calota – Banco – Solera. Aplicable en diversas

condiciones geológicas.

• En suelos blandos, la ejecución anticipada del

revestimiento definitivo de calota puede producir el dañodel mismo en las etapas posteriores.




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Método Clásico Alemán:




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Método Clásico Alemán:• Típicamente utilizado para condiciones geotécnicas pobres.

Excavación anticipada de Hastiales en galerías laterales y

posterior ejecución de calota apoyada sobre los mismos.

• En general el entibamiento de madera se perdía en la

excavación generando importantes asentamientos diferidos

una vez que la madera entraba en descomposición.



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G Ú S y O S SU S


Método de Colonia: F. Rhiza (1862)




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y


Método Americano:


• Sostenimiento primario metálico y conmadera y revestimiento secundario de

Hormigón. Soporte de roca solo puntual.



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y


Métodos de Diseño Clásicos:

• Estados de carga generalmente

irrealistas generaban espesores de

revestimiento exageradamente

grandes.

• Algunas teorías consideraban que

la totalidad de la cobertura debía

ser tomada por el revestimiento locual es totalmente irreal para

túneles con grandes coberturas.



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y


NATM Antiguo ATM

• Al final de los años 70, el concepto del NATM quedó

plasmado en 22 principios o ideas fundamentales.

• Los métodos antiguos usaban básicamente sostenimiento de

madera y ladrillos, el nuevo método utiliza sostenimiento de

hormigón proyectado, marcos metálicos, mallas y anclajes.

NATM Antiguo ATM



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y


• Primer aplicación del Método NATM en Austria




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• A partir de los años 70 elmétodo se comenzó a emplear

en la construcción de Metros en

suelos blandos (Frankfurt,

Munich, Nuremberg ,Bochum,

Viena, Sao Paulo, etc.).

• El método probó técnica y

económicamente ser eficienteen la construcción de túneles

en suelo blando.



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En paralelo, se desarrolla la excavación mecanizada:

• 1847-1851: primer prueba de excavación mecanizada en la

Cerdeña (0,25m/día);

• 1870: primer máquina de excavación a frente completa en

Inglaterra (1.25m/día).

• 1881: Cruce del canal de la mancha con máquina tuneladora

de Beamount.

Tuneladora de Beamont




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• 1884: Saint Clair Tunnel, Canada.

• 1906: TBM de Price con cabeza de Corte;

• Gran desarrollo después de la 1era. Guerra Mundial.

• 1958: TBM de Wohlmeyer con 5 fresas;• 1970: máquinas de excavación puntual (rozadoras)

Price Wohlmeyer




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• St. Clair Túnel: (Canada, 1884 a 1891). Túnel Ferroviario -

1840m de longitud - 6.05m de diámetro - Excavado bajo aire

comprimido.




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Modernas máquinas tuneladoras:

• TBM (Tunnel Bohring Machine)

con frente abierto y cerrado;

• Shields (Escudos) con frente

abierto y cerrado;



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