2 tuneles general2011_costos-tuneles

SEMINARIO

OPTIMIZACION

EN EL DISEÑO DE TUNELES

Noviembre, 2011

CLASIFICACION DE TUNELES

1. TUNELES VIALES

• CARRETEROS

• FERREOS

• METRO

• PEATONALES

2. HIDRAULICOS

• CENTRALES HIDROELECTRICAS

• SISTEMAS DE RIEGO

• ACUEDUCTO

• ALCANTARILLADO

TUNEL CARRETERO DE LAERDAL

MAS LARGO DEL MUNDO L=24KM

TUNEL CARRETERO SAN GOTTARD

TUNEL FERREO DE LA MANCHA

Era Ambiental: Tren Urbano

TUNEL FERREO AEROPUERTO DE ZURICH

TUNEL DE EMERGENCIA SAN GOTTARD

Centrales

hidroeléctricas

Servicio de Redes:

Mini-Túnel (Tubo

Guiado)

1. DE SERVICIOS

• CABLES

• TUBERIA DE GAS

• CORREO

• TUBERIA DE CALEFACCION

2. MINEROS

3. ESPECIALES

• GARAGES

• INVESTIGACIONES NUCLEARES

• DEPOSITO DE HIDROCARBUROS

• MILITARES

• DEPOSITO DE RESIDUOS

Túneles de servicios

Túnel para calefacción

central en Estocolmo

TUNEL DE MINERIA

MINA ANDINA - CHILE

TUNEL DE MINERIA

MINA ANDINA - CHILE

DEPOSITO DE COMBUSTIBLES EN

SUECIA

TUNEL CANAL MILITAR

TUNEL GARAGE MILITAR

CARRETEROS

1. Por longitud de túnel

• 200, 500, 1000, >3000 m

2. Nivel y tipo de trafico

• 1.000, 5.000, 20.000, 40.000 veh/día

• Unidireccionales, bidireccionales

3. Cantidad de carriles y numero de tubos

• 1, 2, 3

4. Túneles urbanos e interurbanos

5. Tipo de construcción: convencional, rozadora,

tuneladora, especiales

6. Por ubicación: de montaña, en suelo, inter y subacuaticos

7. Nivel de servicio

• AA, A, B, C, D

Big Dig – Túnel Urbano Boston, USA

Calle 30 – Túnel Urbano Madrid

Túnel Interurbano - Somport

(España – Francia)

Túnel

Urbano

Subacuático

Túnel Urbano - Subacuático

NIVELES DE ESTUDIOS Y

DISEÑOS

1. PREFACTIBILIDAD (Conceptual)

• Fase I

2. FACTIBILIDAD (Preliminar)

• Fase II

3. DISEÑO PARA LICITACION (De detalle)

• Fase III

4. DISEÑO FINAL

• Optimización del diseño

• Diseño de Túneles en Tiempo Real (DTR)

DISEÑOS

1. DISEÑO DE PREFACTIBILIDAD O

CONCEPTUAL

• El alcance del diseño conceptual es

seleccionar o confirmar el alineamiento del

túnel y proveer al cliente la información para

la toma de decisiones.

• Los aspectos relacionados con el

alineamiento del túnel son resaltados e

investigados en detalle.

DISEÑOS

2. FACTIBILIDAD (DISEÑO PRELIMINAR)

• Se refina el alineamiento del túnel, se

elabora el Estudio de Impacto Ambiental.

Se focaliza el estudio en los aspectos

legales de los recursos de agua, forestales,

sociales, ambientales.

• El objetivo es la aprobación de las

autoridades competentes para construir

el túnel.

DISEÑOS

3. DISEÑO PARA LICITACION O DE DETALLE

• El objetivo de este diseño es detallar los

trabajos con el fin de que sea factible tener

el precio de cada actividad.

• Se elaboran los documentos

contractuales, planos, especificaciones,

cantidades de obra y presupuesto.

• El diseño se elabora con las bases del DTR

para su optimización durante construcción.

DISEÑOS

4. DISEÑO FINAL (DISEÑO EN TIEMPO REAL (DTR))

• El objetivo es detallar los trabajos descritos en los

documentos de licitación de tal forma que puedan ser

construidos de una manera económica, estructuralmente

segura, bien dimensionada y funcional.

• Se elaboran planos de construcción y planos de taller. Se

ajustan los presupuestos y cantidades finales.

• DTR - Se optimiza el diseño permanentemente con

base en las condiciones realmente encontradas

durante construcción. Condiciones geológicas,

geotécnicas, hidrogeológicas, proceso constructivo,

comportamiento, instrumentación y monitoreo.

Descripción y evaluación (escenarios de peligro) para cada unidad geológica-geotécnica (Informe resumido del diseño Geológico)

Investigaciones geológicas y geotécnicas (Informe de los datos geológicos)

Requerimientos de proyecto (Definición de la forma de la sección transversal)

Experiencia, cálculos preliminares (Definición del método de excavación y de soporte)

Análisis estructural 2D y 3D (Interacción entre el subsuelo y la estructura)

Definición de las medidas auxiliares de construcción

¿Riesgo residual

aceptable?

Definición de las secuencias de construcción y concepto del monitoreo

Definición de las clases de excavación y de soporte (Documentos de licitación)

Construcción (DTR)

ESTUDIOS Y DISEÑOS

1. ESTUDIOS DE TRANSITO

2. ESTUDIOS TOPOGRAFICOS

3. DISEÑO DE TRAZADO

4. DISEÑO DE LA SECCION TRANSVERSAL

5. ESTUDIOS E INVESTIGACIONES GEOLOGICAS Y

GEOTECNICAS

6. ESTUDIOS E INVESTIGACIONES HIDROGEOLOGICAS

7. DISEÑO ESTRUCTURAL CON METODOS NUMERICOS

8. SISTEMA DE INSTRUMENTACION Y MONITOREO

9. PROCESO CONSTRUCTIVO

10.CANTIDADES DE OBRA, PRESUPUESTO Y

CRONOGRAMA

ESTUDIOS DE TRANSITO METODOLOGIA

1. RECOPILACION DE LA INFORMACION

EXISTENTE

2. TOMA DE INFORMACION DE CAMPO • Aforos vehiculares

• Observaciones de origen y destino

• Encuestas de origen y destino

3. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION DE

4. PROYECCIONES DE TRAFICO Y MODELO DE

ASIGNACION

5. ANALISIS DE CAPACIDAD Y NIVELES DE

SERVICIO

ESTUDIOS DE TRANSITO PROYECCIONES Y MODELO DE ASIGNACION

1. Análisis de regresión de las series históricas de los

volúmenes de tránsito

2. Análisis de regresión múltiple de las series

históricas en función de variables socioeconómicas

• Producto Interno Bruto

• Parque Automotor

• Área de influencia

• Combinado

3. Análisis de todo el corredor

1. Análisis de las series históricas de los volúmenes

de tránsito

10.000

12.000

1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016 2020 2024 2028

PROYECCIONES DE TRÁNSITO SERIE HISTÓRICA ESTACIÓN 048 VILLETA - PUERTO BOGOTA

LINEAL LOGARÍTMICO EXPONENCIAL POTENCIAL TPDSHISTÓRICO

1. Proyecciones de parque automotor

y = 0,250x - 501,8R² = 0,983

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045

PROYECCIONES DEL PARQUE AUTOMOTO EN COLOMBIA AÑO 2040 No DE VEHÍCULOS (MILLONES)

Lineal (PROYECCIONES DEL PARQUE AUTOMOTO EN COLOMBIA AÑO 2040 No DE VEHÍCULOS (MILLONES))

1. Medición de distribución horaria INTERCAMBIADOR (ENTRADA A VILLETA)

INTERCAMBIADOR (ENTRADA A VILLETA)

TOTAL ACCESO NORTE VILLETA A GUADUAS

TOTAL ACCESO SUR GUADUAS A VILLETA

Período

Automóviles Buses Camiones Equivalentes

Período

Aumóviles Buses Camiones Equivalentes

1. Distribución por tipo de vehículo

Futuro Túnel de Aburrá Oriente

SANTA ELENA_RIO

JUAN DEL CORRALTABLAZO

ZONA FRANCA

Peaje Variante Las Palmas

Peaje Las PalmasPeaje Env igado

Peaje Guarne

Peaje Santa Elena

SABANETA

ITAGUI

ENVIGADO

ESTRELLA

GUARNE

MARINILLA

RIONEGRO

RETIRO

CARMEN

AMERICA

BELEN_MED

CONQUISTADORES

LAURELES ESTADIO

SIMON BOLIVAR

SAN JAVIER

CALAZANS

FATIMA

GUAYABALPILARICA

SAN ANTONIO DE PRADO

ROBLEDO

CARLOS E

CASTILLA

BOYACA

BRISAS

CARIBE

SANTO DOMINGO

SANTA CRUZ

POPULAR

CAMPO VALDES

ARANJUEZ

CENTRO_MED

BUENOS AIRES

VILLA HERMOSA

SALVADOR

SANTA ELENA_MED

SAN CRISTOBAL

ZAMORA

AEROPUERTO

ALTO SIERRA

LOMA BALSOS

COLPAPEL

CUATRO ESQUINAS

HIPODROMO

LA MOSCA

LLANOGRANDE

PALMAS_MED

PALMAS_RIO

PIEDRAS BLANCAS

SAJONIA

SAN ANTONIO

SANTA ELENA_POB

SAN ISIDRO

TESORO

OVIEDO

MANILA

ZUÑIGA

LAS LOMAS

CASTROPOLTRANS INFERIOR

1. Proyecciones de tránsito

• Pronóstico de tránsito normal

• Pronóstico de tránsito atraído

• Pronóstico de tránsito generado

• Pronóstico de tránsito consolidado

2. Modelo de asignación

BASE NETWORK

00-01-17 23: 42

MODULE: 2. 13

I NECO. . . . .. UWM

EMME/ 2 PROJECT: CONEXI ON VI AL ABURRA ORI ENTE

SCENARI O : 999 At r i but os basi cos de l a red vi al

WI NDOW T:

-877/ -22180

40257/ 8670. 92

LI NKS: ! t ype=99

@col or

COL-I ND:

PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO PROMEDIO DIARIO

SECTOR CALARCÁ - CAJAMARCA

10.000

12.000

2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 2021 2023 2025 2027 2029

PROYECCIÓN PESIMISTA PROYECCIÓN OPTIMISTA

TUNEL LA LINEA ESTUDIOS Y DISEÑOS

ESTUDIO DE TRANSITO

OFERTA Y DEMANDA DE TRÁNSITO PARA UN TÚNEL BIDIRECCIONAL

HIP ÓTESIS OP TIMISTA HIP ÓTESIS P ESIMISTA CAP ACIDAD SECCIÓN 1 CAP ACIDAD SECCIÓN 2

2 . 2 8 1 v p h

1 . 2 0 3 v p h

2 17 4

2 0 9 4

2 0 7 6

2 0 4 4

TUNEL LA LINEA ESTUDIOS Y DISEÑOS

ESTUDIO DE TRANSITO

OFERTA Y DEMANDA DE TRÁNSITO PARA LA OPERACIÓN PARA DOS TÚNELES

UNIDIRECCIONALES

HIP ÓTESIS OP TIMISTA HIP ÓTESIS P ESIMISTA CAP ACIDAD SECCIONES 3 Y 5 CAP ACIDAD SECCIONES 4 Y 6

2 . 9 4 5 v ph

3 . 1 0 0 v ph

2 2 7 7

2 2 6 2

2 5 0 0

1. Características especiales para túneles viales

• Encuestas sobre origen y destino

• Tipo de combustible

• Tipo de vehículo, país y año de fabricación

• Marca del automotor y peso total de los

vehículos.

• Medición de las emisiones de los vehículos

potenciales usuarios del túnel

• Disminución de estas emisiones entre la fecha

de entrada en operación del proyecto y 10 años

ESTUDIOS TOPOGRAFICOS

Para la elaboración de los diseños y construcción

de túneles se requiere de un buen nivel de detalle

y exactitud en la información topográfica.

Los estudios topográficos se realizan en todas

las etapas desde las actividades de diseño conceptual,

preliminar, para licitación, final para construcción

del proyecto

En las etapas de diseño conceptual y preliminar

factibilidad normalmente se elaboran planos sobre

información de restituciones a escalas entre 1:10.000 y

1:2.000 para los planos de diseño final en topografía

de detalle en escalas de 1:1.000 a 1:200.

Se recomienda que para la etapa de estudios

geológicos preliminares se usen planos topográficos

en escala 1:25.000 a 1:10.000 y para los estudios

geológicos finales la interpretación se realice en

escalas de 1:5.000 a 1:1.000 según la importancia del

proyecto.

• LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO

– IMAGENES SATELITALES (Google Earth)

– FOTOGRAFIAS AEREAS ESCALA 1:50.000

– FOTOGRAFIAS AEREAS ESCALA 1:20.000

– AEROFOTOGRAFIA DE BAJA ALTURA ESCALA 1:5.000

– RESTITUCION AEROFOTOGRAMETRICA ESCALAS 1:5.000 Y 1:1.000

– TOPOGRAFIA LASER (LIDAR)

– CONTROL CON TOPOGRAFIA DE CAMPO

– MODELO DIGITAL DEL TERRENO (DTM)

– DEFINICION DE PORTALES

– DEFINICION DEL ALINEAMIENTO

– DEFINICION DE LA (S) PENDIENTE (S)

DTM (DIGITAL TERRAIN MODEL)

DISEÑO OPTIMO DEL TRAZADO

1. PLANTA

• Diseño de las vías de acceso

• Diseño de acceso interno a portales (L=4.17 V)

• Radios mínimos

• Tramos rectos máximos (1 a 4 km)

• Condiciones geológicas y geotécnicas

• Sistema de ventilación

2. PERFIL (PENDIENTE)

• Pendiente mínima (0.2% – 0.4%)

• Pendiente máxima,(2% - 4%)

(longitud, tipo de vehículos, volumen de tráfico)

• Pendiente variable

• Radios verticales mínimos (1500 – 3000 m)

TUNEL DE ORIENTE PLANTA Y PERFIL

TUNEL DE BUENAVISTA (4.520 M)

TUNEL SAN GOTTARD (16.9 KM)

TUNEL LAERDAL (24.5 KM)

TUNELES EL TRIGO (2.200 M)

TUNELES LA CUMBRE (980 M)

DISEÑO OPTIMO DE TRAZADO

3. VIAS DE ACCESO

4. VISIBILIDAD

5. ILUMINACION DE FONDO, ATENUACION

DE LUMINANCIA NATURAL

TUNEL DE ORIENTE ACCESO A PORTALES

Túnel de San Jerónimo

Excavación Portal Oriental

Túnel de San Jerónimo

Plazoleta portal occidental

Túnel de Boquerón

Túneles Bogotá - Villavicencio

Túneles El Salvador

DISEÑO OPTIMO DE LA

SECCION TRANSVERSAL

1. ANCHO DE CALZADA

2. GÁLIBO

3. ANDENES

4. ESPACIO PARA SEÑALIZACIÓN

5. ESPACIO PARA ILUMINACIÓN

6. ESPACIO PARA VENTILACIÓN

7. SECCIÓN EN NICHOS DE PARQUEO

8. CAVERNAS

9. GALERÍAS

10.TÚNEL DE RESCATE

SECCION TRANSVERSAL

EL DISEÑO DE UNA SECCIÓN TRANSVERSAL

OPTIMA DEPENDE DE:

1. SISTEMA CONSTRUCTIVO

2. VOLUMENES Y TIPO DE TRAFICO

3. VELOCIDAD DE DISEÑO

4. DISTANCIA DE FRENADO

5. ESPACIO PARA EQUIPAMIENTO DEL TUNEL

6. COSTO DE LAS FACILIDADES

7. MANEJO DE TRAFICO EN CASO DE ACCIDENTE

8. NORMAS LOCALES

9. CONDICIONES FINANCIERAS

SECCION TRANSVERSAL 1. ANCHO DE CALZADA

• Túneles interurbanos

• Unidireccionales: 7.20 m, 7.80 m, 8.30 m

• Bidireccionales: 7.60 m, 8.20 m, 9.00 m

• Túneles urbanos

• Unidireccionales: 7.60 m, 8.50 m, 9.50 m

2. GÁLIBO

• 4.75 m (España), 5.0 m (Rusia)

• 4.70 m (Austria, Suiza)

• 4.60 M (Colombia)

3. ANDENES

• > 1.50 para peatones

• 0.75 de emergencia, 1.0 m a 1.0 m de altura

Túnel de Oriente Sección típica

Túnel de San Jerónimo Sección típica

Túnel de Oriente Detalle de Andenes

Túnel de San Jerónimo Detalle de Andenes

TUNEL DE BUENAVISTA

TUNEL DE BOQUERON

ARCO METÁLICO

29°45'16"

Bombeo

TIPO TH-21

TUBERIA PRINCIPAL DE

DRENAJE EN FIBROCEMENTO

2%3%3%

R=5.380.25

-1.220

+0.000

+2.150

L=4.00, SL=2.00

PERNOS Ø 1" EN ROCA

ELECTROSOLDADA

e=0.40REVESTIMIENTO

CONCRETO DE

LÍNEA TEÓRICA

DE EXCAVACIÓNIMPERMEABILIZANTEMEMBRANA

Y GEOTEXTIL

+5.032

+7.530

C TÚNELL

NEUMÁTICOe=0.15

CONCRETO

TUNEL DE BOQUERON

TUNEL DE LA POLVORA (CHILE)

DIMENSIONES DE LA CALZADA EN TÚNELES

SECCION TRANSVERSAL – GALERÍAS

SECCION TRANSVERSAL

1. SECCION EN NICHOS DE PARQUEO

• Cada 800 – 1000 m

• 25 a 40 m de longitud

• 3.0 m de ancho

• Enfrentados o alternados?

2. Nichos de seguridad (cada 200 – 250 m)

3. Nichos contra incendio (cada 100 – 150 m)

4. Nichos eléctricos

5. CAVERNAS

• Ventilación

• Retorno

Túnel de Oriente Nicho de parqueo

TUNEL DE BOQUERON – NICHO DE PARQUEO

SECCION TRANSVERSAL

1. CAVERNAS

• Ventilación

• Retorno

2. GALERIAS PEATONALES (cada 250 – 500 m)

• Sección mínima de 1.40 X 2.60 m

3. GALERIAS VEHICULARES

• Sección mínima según vehículos

4. GALERIA O TUNEL DE EMERGENCIA

• Sección mínima para usuarios y/o

vehículos de rescate

SECCIONES TRANSVERSALES – GALERÍAS

Túnel de emergencia (San Gottard)

Portal Airolo - Túnel San Gottard

Portal Occidental

Túnel de Laerdal

El diseño óptimo de los túneles se define

para la seguridad de sus usuarios

Héctor Salazar Bonilla

Ingeniero Civil, M.Sc.,

Ph.D. en túneles

hsalazar@geoandina.net

321-4294550

www.geoandina.net

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