presentacion tuneles tun6201

TUNELESTUN6201

I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N

TUNELESTUN6201

PROFESOR LUIS CUEVAS QUIROGA2014


Para aprobar la asignatura es obligatorio, asistir a lo menos al 75% de las clases realizadas y obtener una nota final mayor o igual a 4,0.

La inasistencia a alguna evaluación será calificada con nota igual a 1.

La inasistencia a alguna evaluación podrá ser justificada sólo en la Dirección de Carrera.

Se realizará la penúltima semana de clases una Evaluación Recuperativa.

REGLAMENTOS DE LA ASIGNATURA


Dicha evaluación será de tipo objetiva con casos de aplicación, acumulativa en contenidos y cuya calificación reemplazará sólo una nota.

Podrán rendir la Evaluación recuperativa sólo aquellos alumnos autorizados por la Dirección de Carrera.

Todos los alumnos deben rendir el examen final.

Examen Final = Producto

Ningún alumno se exime.


Se trabajará en grupos de máximo 2 integrantes.

- 30 min de espera, de lo contrario…- Entrada cambio de hora


No es excusa el haber faltado a la actividad anterior para no rendir una evaluación.

Es deber del alumno revisar semanalmente mensajes y anuncios publicados en intranet (blackboard).


Sistema de comunicación:

Mail de alumnos DuocUC

Correo Profesor: [email protected]

Creación de Cuenta Dropbox para envío de archivos de mayor tamaño.

mailto:[email protected]


Por participación en clase, el alumno será calificado con 0.3 de nota.

Puede acumular sólo 1 vez por clase.

Estos se acumulan en cada clase y puede ocuparlos para sumarlos a cualquiera de las 3 evaluaciones parciales.

Se solicita mantener un comportamiento adecuado y respetuoso durante el desarrollo de las clases.

Celulares en modo silencio o guardados.


EVALUACIONES

Unidad I 30%

TEORÍA Unidad II 30%

Trabajo Investigación 20%

Controles y Tareas 20%

Total = 100 % => Nota Presentación Examen


UNIDADES

I. OBRAS SUBTERRANEAS

II. TUNELES

Además, los túneles tienen un rol importante en lo que respecta a la explotación minera, pero por otro lado se destaca la inminente aplicación en las obras públicas.

En lo que respecta a las obras públicas, las principales funciones que poseen los túneles son muy diversas, como por ejemplo, para el transporte, el almacenamiento, instalaciones varias, necesidades científicas y túneles para la protección de personas.

Un túnel es una obra subterránea de carácter lineal, cuyo objeto es la comunicación de dos puntos, para realizar el transporte de personas, materiales entre otras cosas. Normalmente es artificial.

Un túnel se presenta con frecuencia como una solución alternativa de los trabajos a cielo abierto

CLASIFICACION DE OBRAS VIALES SUBTERRANEAS - Clasificación de Túneles

(1) Según Ubicación. Los túneles, según su ubicación en relación a las ciudades, pueden ser definidos como:

- Rurales: Son túneles ubicados fuera del entorno urbano y que están destinados a atravesar obstáculos físicos tales como montañas o cuerpos de agua que resultan difíciles o inconvenientes de cruzar mediante puentes.

Los túneles rurales habitualmente tienen pocas restricciones espaciales. Suele ser más costoso el abastecimiento de agua y electricidad para la operación de los sistemas de incendio, iluminación, ventilación, controles y comunicaciones que puedan requerirse.

En general, estos túneles son excavados en roca y suelos residuales (cruce de montañas) o suelos sedimentarios (cruce de ríos y otros).

(2) Según Características Constructivos. Los túneles según sus características estructurales y de construcción pueden ser definidos como:

- Túneles en roca (Normalmente a través de una montaña)- Túneles en suelo (Normalmente urbanos)-Túneles falsos (Construidos en hormigón armado y luego tapados con suelo. Generalmente se construyen antes de la entrada a los túneles en roca, para proteger a los vehículos de la caída de rocas erosionadas por el ambiente (clastos).- Trincheras cubiertas (Estructuras de hormigón armado de sección rectangular, construidas en suelo y luego tapadas. Generalmente son urbanas)- Cobertizos (Estructuras de hormigón armado de sección rectangular construidos en zonas montañosas para proteger a los vehículos de las avalanchas de nieve. Estas estructuras generalmente son abiertas en uno de sus costados).

Túnel trinchera

Túnel Falso

(3) Según Clima y Altitud. Resulta de especial importancia la ubicación geográfica (fundamentalmente altitud) en donde se ubique la obra y el clima del sector.Toda obra localizada en altura considerable y en un clima lluvioso o sectores con filtraciones mayores se requerirá de un diseño especial de canaletas conductoras para evitar el congelamiento de aguas escurrentes o infiltradas a la obra.

Hay dos fenómenos, particularmente peligrosos para los conductores, que se producen frecuentemente en túneles cordilleranos con exceso de agua, que deben evitarse a toda costa:- Pavimentos con una película superficial de agua congelada, que se tornan muy resbalosos.

- Empañamiento repentino del parabrisas al ingresar un vehículo a baja temperatura a un túnel lleno de aire saturado y a mayor temperatura que el vehículo.Para evitar estos fenómenos se deberá considerar en el proyecto la colocación de láminas térmicas, las cuales evitan la generación de goteos y su posterior congelación de arriba hacia abajo (estalactitas) o de abajo hacia arriba (estalacmitas).

(4) Según Equipamiento Según Flujo Vehícular y Longitud. Se puede clasificar de acuerdo a la función del Tránsito Medio Diario Anual (TMDA) y del Tránsito en Hora Punta asociado a dicho TMDA, versus la longitud del ducto.La longitud de un túnel es fundamental en la determinación de las especificaciones de requerimientos de equipamiento, ya sea para implementación inmediata o a futura.

Sin embargo, es necesario tomar las precauciones respectivas en el diseño de la sección básica y obras civiles, particularmente si se pretende habilitar sistemas de ventilación en etapas posteriores.En todo caso, la clasificación apunta principalmente al tipo de equipamiento con que deberían contar los túneles y la decisión de construir uno o dos ductos deberá ser tomada tras un estudio técnico económico que pondere adecuadamente todos los factores involucrados.

Las principales características de estos Sistemas de seguridad son las que se indican:

- Luces de Evacuación de Emergencia: Son luces usadas para indicar o mostrar el camino hacia las bocas de los túneles en caso de presencia de humo. Son equipos activados manual o automáticamente en caso de incendio. Debe tratarse de luz blanca que pueda verse a través del humo, instaladas en las paredes a 1 m sobre el pavimento y a lo menos cada 50 m una de otras, deben tener capacidad para permanecer a lo menos 1 hora encendidas.

- Extintores de Incendio: Debe tratarse de equipos puestos en nichos en las paredes del túnel dentro de cubículos iluminados con puerta de vidrio delgado fácil de romper en caso de requerimiento. Deben estar indicados con señalización adecuada, reflectante e iluminación interior. A lo menos se considera un punto de ubicación cada 200 m.

-Señales de Servicio: Debe considerarse dentro del túnel la instalación destacada de señales camineras que indiquen la presencia de extintores de incendio, teléfono de emergencia, velocidad y otras condiciones especiales de la obra.

- Marcas de Pavimento. Ojos de gato: Debe considerarse la instalación de este tipo de marcas reflectantes en el pavimento igual que su instalación en el camino exterior.

-Teléfonos de emergencia: Estos teléfonos deben ser destacados y deben funcionar de manera tal que emitan una señal al controlador con solo levantar el auricular no requiriendo discar ningún numero.Se deben instalar en nichos cubiertos con un semi techo. SU número debe ser uno cada 200 m de longitud de túnel

1. Estación de emergencia2. Señal de velocidad3. Señales de control de carril4. Señal electrónica de mensaje variable5. Equipamiento antiincendios6. Salida de peatones

Diseño de un Túnel

En el diseño de los túneles se debe tener muy presente la complejidad del elemento estructural ya que como toda obra subterránea, ésta se lleva a cabo en formaciones geológicas que en la mayoría de los casos presenta características heterogéneas. No obstante lo anterior, las nuevas tendencias respecto al reconocimiento del terreno, el diseño y la construcción de obras subterráneas permiten revisar y realizar una actualización en las técnicas existentes.

A continuación se indican las fases que se deben considerar al construir un túnel:

El objetivo de la obra subterráneaLa geometría del Proyecto: trazado y sección tipoLa geología y geotecnia del macizoEl sistema ConstructivoLa estructura resistente: el CálculoLas instalaciones para la explotación

Sección tipo

Las secciones tipo que se utilizan en los túneles van a depender básicamente de dos factores, del gálibo y de la forma óptima desde el punto de vista geotécnico. El gálibo va a depender de la funcionalidad que se quiera dar al túnel, mientras que geotécnicamente la forma circular es la que mejor se adecua a lo óptimo.Dentro las secciones comúnmente utilizadas se encuentran las siguientes:

Siempre debe considerarse el espacio necesario para instalaciones de control de tráfico y equipos electromecánicos (ventilación, iluminación, comunicaciones, incendio, etc.). Se considera que se deben seguir como mínimo las siguientes condiciones de diseño para un túnel Dimensiones Mínimas de la Sección Transversal

Gálibo vertical: 5 m o mayor, si se requiereAncho de pistas: 3,5 m c/u.Bermas: 0,5 m a cada lado de la calzadaAceras laterales: 0.75 a 0.85 m. Pueden aceptarse excepciones justificadasPendiente transversal única: 2%

PENDIENTE LONGITUDINAL

La pendiente longitudinal de los túneles es una variable crítica que influye sobre la velocidad de operación del conjunto de vehículos, en especial en túneles bidireccionales en que se prohibe el adelantamiento, quedando la velocidad controlada por la de los camiones. Por otra parte, a mayor pendiente, mayor producción de gases tóxicos y de humos, lo que requiere de sistemas de ventilación de mayor costo.

Según la AASHTO, se recomienda para casos normales no bajar de los 15 km/h la Maida de la velocidad de los camiones en pendiente, pero para túnel este valor sube a 24 km/h y 40 km/h a campo abierto

A partir de dichos antecedentes se analiza el siguiente caso a modo de ejemplo, se determina para los datos que se indican:- Velocidad de Proyecto del Camino : 100 km/h- Velocidad Máxima en el Túnel : 80 km/h- Velocidad Mínima Deseable en el Túnel : 65 km/hΔ = 88 – 65 = 23 km/h (Máxima caída de Velocidad adoptada), con estos datos se puede construye la siguiente tabla .

A partir de los datos de la tabla se aprecia que la pendiente máxima deseable debería ser del orden de un 2,5%, pudiendo llegar a 3% si se acepta que la velocidad de los camiones caiga hasta ≈ 60 km/h.

En túneles muy cortos de 300 a 400 m podrían eventualmente aceptarse pendientes de 5 a 6%.

Los métodos de excavación

En nuestro país el método más utilizado es el Nuevo Método Austriaco de Construcción de Túneles, el cual, más que un método merece el nombre de metodología, pues no construye un procedimiento seriado en concreto, sino que tiene como característica esencial buscar la colaboración de la roca o de el terreno.

El Método Austriaco, consiste en excavar grandes secciones de túneles, incluso la sección completa y permitir que la propia roca sana forme un anillo de descarga en el contorno de la excavación que reduzca las presiones a absorber por el revestimiento del túnel. Este método se caracteriza por el empleo de una galería de avance.

El nuevo método austríaco fue desarrollado en los años 1960. La excavación se realiza en dos fases, primero se realiza la excavación superior y después se retira el terreno que quede debajo hasta la cota del túnel. El método se basa en usar la tensión geológica del macizo rocoso circundante para que el túnel se estabilice a sí mismo mediante el efecto arco. Para conseguirlo nos basamos en medidas geotécnicas para trazar un sección óptima. La excavación es inmediatamente protegida con una delgada capa de hormigón proyectado. Esto crea una anillo de descarga natural que minimiza la deformación de la roca.Debido al control exhaustivo el método es muy flexible, incluso en condiciones geomecánicas desconocidas de consistencia de la roca durante el trabajo de tunelación. Las mediciones de las propiedades de la roca nos informan de las herramientas apropiadas. En las últimas décadas las excavaciones mayores de 10 km en suelo blando se han convertido en usuales. Uno de los casos más conocidos, corresponden a la construcción de la Línea 4 y la Extensión de las Líneas 1, 2 y 5 del Metro de Santiago.

TUNELADORAS

Una tuneladora o T.B.M. (Tunnel Boring Machine) es una máquina capaz de excavar túneles a sección completa, a la vez que colabora en la colocación de un sostenimiento, generalmente de hormigón, ya sea de forma provisional o definitiva. La excavación se realiza mediante una cabeza giratoria equipada con elementos de corte y accionada por motores hidráulicos. El empuje necesario para adelantar se consigue mediante un sistema de gatos perimetrales que se apoyan en el último anillo de sostenimiento colocado o en zapatas móviles (denominadas grippers), accionados también por pistones hidráulicos que las empujan contra la pared del túnel, de forma que se obtiene un punto fijo desde donde avanzar

Los rendimientos conseguidos con tuneladoras de cabeza giratoria son elevadísimos si se comparan con otros métodos de excavación de túneles, pero su uso no es rentable hasta una longitud mínima de túnel a excavar: hace falta amortizar el precio de la máquina y eclipsar el tiempo que se tarda en diseñarla, fabricarla, transportarla y montarla (que puede llegar a los dos años). Además, los túneles a excavar con tuneladora tienen que tener radios de curvatura elevados porque las máquinas no aceptan curvas cerradas, y la sección tiene que ser circular en túneles excavados con cabeza giratoria. Por lo general este tipo de túneles, se emplearán para autopistas subterráneas de grandes dimensiones, incluso con varias plantas, o para redes ferroviarias subterráneas, dependiendo del diámetro de la tuneladora.

Tipo de roca

Clasificación Geomecánica RMR. Fue desarrollada en Sudáfrica por Bieniaswki en 1973, a partir de cuarenta y cinco túneles, y posteriormente revisada por el mismo autor en 1976 y 1979. Constituye un sistema de clasificación de macizos rocosos que permite a su vez relacionar índices de calidad con parámetros de diseño y de sostenimiento. Esta clasificación tiene en cuenta los siguientes parámetros geomecánicos:

• Resistencia uniaxial de la matriz rocosa.• Grado de fracturación .• Espaciamiento de las discontinuidades.• Condiciones de las discontinuidades.• Condiciones hidrogeológicas.• Orientación de las discontinuidades respecto a la excavación.

La incidencia de estos parámetros en el comportamiento de la excavación se expresa por medio de un índice de calidad denominado Rock Mass Rating-RMR, que varía de 0 a 100. Este indica la estabilidad del macizo rocoso.

mala

CLASIFICACIÓN MODIFICADA DE BIENIAWSKI EN SUBCLASES

El desarrollo de un túnel se realiza de igual manera que cualquier obra a cielo abierto teniendo en cuenta el tipo de sección elegida. Después de determinar los puntos entre los que se traza el túnel se deberán realizar:

CARACTERÍSTICAS DE UN TÚNEL

• a) Planta• b) Perfil longitudinal • c) Sección

1) Obras de paso 2) Conducciones y galerías de alcantarillado y saneamiento 3) Túneles de carreteras, ferrocarriles y canales 4) Conducciones de agua a presión 5) Galerías de mina

TIPOS DE TÚNELES Y GALERÍAS SUBTERRÁNEAS

CONTROL DE LAS DEFORMACIONES DE UN TÚNEL

• El control de las deformaciones de una obra puede ser considerado como una materia específica e independiente, su estudio completo es complejo y extenso, y debería ser tratado de forma monográfica como se realiza en geotecnia. Para poder evaluar o medir estas deformaciones se utiliza un tipo de instrumentación específica. Los más sencillos son los extensómetros destinados a medir deformaciones verticales o laterales de la bóveda o de los hastiales de la galería. En el sector de deformaciones o expansión donde se encuentra la galería aparecen unas tensiones que dan lugar a la convergencia.

TRINCHERA

La trinchera cubierta exige la excavación previa con soporte, por medio de tablestacas o muros colados. Este soporte mantiene la trinchera abierta durante la construcción y evita los desplazamientos de tierra que pueden causar daños a las estructuras cercanas.

Posteriormente, se construyen secciones en forma de cajón de doble celda de concreto armado, sostenidas por soportes de hierro y revestimiento de madera. Cuando el procedimiento constructivo cambia de trinchera a túnel se hace necesaria una zona de transición en la cual el cajón de doble celda se convierte en dos cajones independientes de una celda. Luego se rellena la trinchera para restaurar la superficie del suelo que normalmente es la vía pavimentada. Este es el método empleado también para la construcción de las estaciones subterráneas.

Los métodos aquí descritos, son los empleados frecuentemente en la construcción de otros metros en el mundo. Actualmente se utilizan métodos relativamente nuevos o adaptados, a fin de contar con medios especiales para controlar la interferencia del agua subterránea, desviar el tránsito del sitio de la obra y reducir los trastornos causados por los trabajos de construcción en las actividades circundantes.

Método trinchera

Para la construcción de túneles

Trinchera Grieta o fisura profunda (excavación)

Excavación creada por el hombre con la finalidad de crear un túnel en el lugar

excavación previa con soporte

Por medio de tablestacas o muros colados

Mantiene la trinchera abierta

Evita desplazamientos de tierra

Posteriormente, se construyen secciones en forma de cajón de doble celda de concreto armado, sostenidas por soportes de hierro y revestimiento de madera.

De trinchera a túnel Sección de transición

Cajón de doble celda a 2 cajones de celda independienete

Luego se rellena la trinchera para restaurar la superficie del suelo que normalmente es la vía pavimentada

Actualmente se utilizan métodos relativamente nuevos o adaptados, a fin de contar con medios especiales para controlar la interferencia del agua subterránea, desviar el tránsito del sitio de la obra y reducir los trastornos causados por los trabajos de construcción en las actividades circundantes.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f7/Paris_Metro_construction_03300288-3.jpg

niveles similares al resto del mundo, sin embargo tiene diferencias en cuanto a exigencias.

se basa principalmente en las obras viales, sanitarias, de metro y minera.

¿QUÉ PASA EN CHILE?

obras son del tipo concesiones o subcontrataciones (E. privadas

es muy costosa y requiere de una gran inversión y capacitación de personal.

COMO SE TRABAJAN

• Los usuarios de estas empresas • Para las obras viales, el ministerio de

obras públicas y algunos casos menores el MINVU

• Obras mineras. gobierno (CODELCO) tanto como empresa minera privada.

METRO el ministerio de transporte y telecomunicación conjuntamente con el ministerio de obras publicas.

obras de encausamiento de aguas servidas (Mapocho urbano Limpio) es el gobierno conjuntamente con aguas andinas.

¿Ha existido evolución en el ámbito? ¿De qué tipo?

• mejora de tecnología por parte de empresas privadas

• construcciones de túneles a tajo abierto.

• Lento• Complejidad • Intervención urbana

NATM

método austríaco construcción subterránea velocidad de avance y revestimiento primario

de hormigón proyectado o shotcrete. Depende del tipo de suelo

Primer uso línea 5 del metro

• proyectar shotcrete vía seca y vía húmeda, posibilitando a las empresas mineras hacer la transición de una tecnología a otra de manera simple y confiable”.

• chasis autopropulsado, robotizado.• optimiza los tiempos.• regularidad en la proyección del shotcrete. • seguridad del operador, ya que al funcionar con

un brazo robotizado garantiza su resguardo ante eventuales desprendimientos de material proyectado.

máquinas gigantes-

Trabajos casi sin peligro, a bajo coste y con rapidez.

excava túneles a sección completa. colocación de un sostenimiento si este es

necesario, ya sea en forma provisional o definitiva.

Neat y TBM(del inglés Tunnel Boring Machine)

PLANTA

PERFIL LONGITUDINAL

SECCION TRANSVERSAL

TUNELADORA TBM

EXCAVACIÓN CON EXPLOSIVOS

EXCAVACIÓN CON ROZADORA

EXCAVACIÓN POR FACES

TUNEL ORESUD LINK

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