RESUMEN PRUEBA 1 TUNELES FELIPE CONTRERAS SILVA TUNELES. Un tnel es un paso subterrneo abierto artificialmente para establecer una comunicacin a travs del monte, por debajo de un ro o un obstculo. Secciones entre 40 a 80 m2, sobre esta dimensin son cavernas, estaciones, telescopios, etc. Entonces son todas las excavaciones viales cerradas, ya sean en roca o suelo, o excavada como trinchera y luego cubierta. La longitud va desde el inicio al fin de la estructura, incluyendo los tneles falsos. * El tnel ms largo en construccin es el San Gotardo de 57 km, ferroviario en Suiza. Existen 2 sistemas para su ejecucin:

- Ejecucin Subterrnea: Sin afectar la superficie. - Ejecucin a Cielo Abierto: Requiere abrir terreno desde la superficie, y luego restituirlo a

su estado original. Esta econmicamente es ms competitiva, pero se limita por superficies, proximidad de edificios, servicios, plazos.

1.- CLASIFICACION DE TUNELES. SEGN UBICACIN.

- RURALES: Fuera del entorno urbano, atraviesan montaas o cuerpos de agua, que resulten difcil de cruzar con puentes. Tienen pocas restricciones espaciales, suele ser costoso el abastecimiento de agua y electricidad para sistema de incendios, ventilacin, controles y comunicaciones requeridas. En roca, suelos residuales o suelos transportados.

- URBANOS: Emplazados dentro de los lmites de la ciudad, estn confinados espacialmente por las redes de servicios propios de las ciudades. Generalmente son del tipo de trinchera cubierta y excavados en suelos o depsitos sedimentarios. Se dificulta la ventilacin pro que no se puede ventilar en cualquier parte por restricciones ambientales.

SEGN CARACTERSTICAS CONSTRUCTIVAS. - TNELES EN ROCA: Normalmente a travs de cordones de cerros. - TNELES EN SUELO: Normalmente urbanos. - TNELES FALSOS: Construidos en HA y cubiertos de suelo, se construyen antes de la

entrada del tneles de roca. - TRINCHERAS CUBIERTAS: Estructuras de HA cerradas, construidas en suelo y luego

tapadas (urbanas). - COBERTIZOS: Estructuras de HA rectangulares, en zonas montaosas, abiertas en uno de

sus costados, protegen vehculos de derrumbes y nieve. SEGN CLIMA Y ALTIDUD. Se debe considerar el diseo especial para sectores lluviosos, con filtraciones mayores o emplazamiento en altura considerable. Tambin se puede producir fenmeno de congelamiento, el cual se debe neutralizar. Existen 2 fenmenos peligrosos para los conductores, en tneles cordilleranos con exceso de agua:

- Pavimentos con superficie congelada.

- Empaamiento de parabrisas por vehculos a baja T al ingresar a un tnel con mayor temperatura y aire saturado.

SEGN FLUJO VEHICULAR, LONGITUD Y EQUIPAMIENTOS. Estos se pueden clasificar de acuerdo a la TMDA y del trnsito en Hora Punta asociado a esta v/s longitud del ducto. Se clasifican de acuerdo a esto en A, B, C1 (Bidireccionales 2 pistas) y C2 (Unidireccionales 2 o ms pistas). La TMDA se considera al horizonte del diseo y el THP como el de la hora 30 en dicho punto. Las principales caractersticas de los sistemas de seguridad son:

- Luces de Evacuacin de Emergencia: Indica camino hacia bocas de tneles en caso de presencia de humo, luces blancas a 1 m sobre el pavimento, visibles a travs del humo, cada 50 m a lo menos, capacidad de 1 hora encendidas.

- Extintores de Incendio: Colocados en nichos iluminados con puerta de vidrio delgado, uno cada 200 m.

- Telfonos de Emergencia: Envan seal tan solo con levantarlos, en nichos cada 200 m. - Seales de Servicio: Indican presencia de lo anterior, velocidad y otros. - Marcas de Pavimentos (Ojos de Gato): En el pavimento y en el camino exterior.

2.- CRITERIOS DE DISEO. El diseo debe considerar alzado, geometra y seccin, generalmente el trazado en planta y alzado depende del trazado del resto de la carretera y caractersticas de estas, manteniendo cierta homogenidad. El diseo de la seccin obedece aspectos propios del tnel (geologa, mtodo constructivo, instalaciones, etc). TRAZADO EN PLANTA.

- Boquilla: la boca de este debe ser visible por el conductor 15 segundos antes de llegar a esta. L = 4,17*V, es la longitud desde la que debe ser visible. Para evitar deslumbramientos en tneles largos, se dispone de una curva cerca de las bocas de salida

- Enlaces dentro del Tnel: Se deben evitar en entradas y salidas, si son inevitables se reforzar la iluminacin. Las bifurcaciones se sealan antes del tnel, para evitar cambios dentro del tnel.

- Enlaces Prximos al Tnel: Distancia mnima de 300 m. entre boquillas y cualquier enlace. - Visibilidad de las Curvas: Se debe mantener una distancia mnima de visibilidad superior a

la distancia de parada. TRAZADO EN ALZADO. Para evitar acumulaciones de agua se deben dejar pendientes mayores a 0,3 0,5% y no hacer curvas cncavas. Las velocidades dentro del ducto deben ser Vp 20 km/hr. A mayor pendiente, mayor generacin de gases txicos, requiriendo sistemas de ventilacin de mayor costo. SECCIN TRANSVERSAL. Ancho de calzada y Galibo necesarios para la circulacin de vehculos. Aceras, necesidades geomtricas de instalaciones y equipamientos del tnel y la propia construccin de este.

- Galibo > = 5 m. - Ancho Pistas 3,5 4,0 m. - Bermas = 0,5 m. a cada lado. (1,5 m para V>100 km/h)

- Aceras Laterales = 0,75 a 0,85. - Pendiente Transversal nica = 2%

La mayor influencia es la debida a la ventilacin. Esta si es longitudinal se debe dejar sitio suficiente en la bveda para los ventiladores con dimetro hasta los 1,5 m. Con ventilacin transversal se usa falso techo y seccin suficiente para los caudales de aire fresco y viciado. La iluminacin va en la parte superior del galibo, la sealizacin vertical sobre las aceras. El nicho de estacionamiento de seguridad es de 30 m de largo, 3 de ancho y 6 m de entrada y salida. Son reas super iluminadas y sealizadas. 3.- INVESTIGACION DE TERRENO. Es fundamental conocer el terreno, del tipo de roca o suelo depender el mtodo de excavacin, la cuanta de sostenimiento, medidas de impermeabilizacin e incluso el trazado. Los objetivos bsicos son:

- Definir caractersticas fsicas del terreno. - Parmetros del suelo, CNC, Cohesin, Rozamiento, Permeabilidad, etc. - Aptitud del terreno en orden a la construccin de este. - Expresar el grado de incertidumbre.

Reconocimientos Previos: Estudio de Literatura existente (Geologa, Problemas Geotcnicos, Sondeos, Ensayos), Fotografas Areas (Geomorgolofa, Deslizamientos, Topografa), Geologa de Superficie (Litologa, Agua, Juntas del macizo, pliegues y fallas). 4.- MECANICA DE ROCAS. Aplicacin del conocimiento del comportamiento mecnico de la roca aplicado a los problemas de ingeniera.

- Macizos Rocosos: Los macizos rocosos son conjuntos masivos de cuerpos de roca de diferentes tipos y procedencias. Es como la roca se encuentra in-situ, con un comportamiento de medio discontinuo impuesto por planos de debilidad, denominados discontinuidades.

- Roca Matriz: Fragmento de roca que no incluye discontinuidades. Heterognea y anistropa, se caracteriza por su densidad, resistencia y deformabilidad.

- Roca: Materia natural compuesto de minerales slidos y que se encuentra en grandes tamaos.

- Discontinuidades: Plano de debilidad dentro de la roca, a travs del cual el material que constituye la roca se vuelve estructuralmente discontinua y resistencia a traccin nula.

CARACTERIZACIN DE UN MACIZO ROCOSO. Se rige por sus condiciones in-situ.

- Foliaciones Primarias: Antes de la litificacin (Estratos, flujos magmticos). - Foliaciones Secundarias: Despus de la litificacin, planos formados a causa de fuerzas

tectnicas (Diaclasas, fallas). * Litificacin: Proceso, generalmente de cementacin y compactacin, de conversin de los sedimentos en rocas sedimentarias.

* Diaclasas: Defecto de la roca en forma de fractura, en paquetes o sistemas, susceptibles de anlisis estadsticos. * Falla: Fractura nica e individualizada. * Junta: Convierte la roca en una masa estructuralmente discontinua, entre las paredes no hay material de relleno, caso particular de las discontinuidades. RUMBO: Angulo que forma la interseccin de 2 planos con el norte. BUZAMIENTO: Angulo que se forma con la horizontal, la lnea de mxima pendiente de un plano, entre 0 a 90. Sentido u orientacin de los estratos en un relieve de plegamiento formado en rocas sedimentarias. DIRECCION DEL BUZAMIENTO: Angulo hacia donde orienta un plano, respecto al norte, de 0 a 360, siempre en sentido del reloj. MEDICIN DEL RUMBO Y BUZAMIENTO: Sobre cualquier superficie plana o una envolvente de una superficie irregular, establece las posiciones espaciales de los estratos, diaclasas, fallas, limbos y planos axiales de pliegues y cualquier otra superficie de inters. Es necesario ubicar esta medida geogrficamente a travs de una poligonal, triangulacin o GPS, todos los rumbos se refieren nica y exclusivamente con respeto al norte geogrfico. Cualquier plano geolgico posee un rumbo determinado y solo uno.

- Los planos con buzamiento 0 son hrz. infinitos rumbos. - Los planos con buzamiento 90 son vrt. carecen de sentido de buzamiento.

En ambientes tectnicos la corteza terrestre es sometida a esfuerzos, en estos ambientes cualquier material puede plegarse o fracturarse. Las estructuras geolgicas se clasifican en:

- Discontinuidades: Cualquier separacin en la roca con nula resistencia a traccin, de origen mecnico o sedimentario. (Planos Estratificacin, Diaclasas, Planos de Foliacin, Fallas, Vetas, etc.). J2 135/50 SW Plano de Discontinuidades de la familia de diaclasas J2, direccin 135 con respecto al norte y un buzamiento 50 con respecto a SW. * Fallas: Discontinuidades donde se produce desplazamiento en cizalle entre los bloques, de escala regional (km) o afloramiento (m). El tipo de falla se asocia al rgimen de esfuerzo al momento de su formacin. * Diaclasas: Discontinuidades donde se ha producido cizalle, menor extensin que fallas, se agrupan en sistemas o sets.

- Pliegues: Estructuras en forma de onda producidos por deformacin de material dctil.

Con longitudes de onda desde < 1 cm. hasta km. Disminuyen resistencia del macizo. PROPIEDADES FSICAS DE LA ROCA: Descripcin Visual: Composicin Mineralgica, Textura, Tamao y Color. Tcnicas de Laboratorio: Porosidad, Peso Especfico, Contenido Humedad y Permeabilidad. Ensayos de Alterabilidad: Durabilidad Alteridad. PROPIEDADES MECNICAS DE LA ROCA: Resistencia a compresin simple, a traccin, velocidades ondas snicas, resistencia, deformabilidad.

CARACTERSTICAS DEL COMPORTAMIENTO DE LOS MACIZOS ROCOSOS. DESLIZAMIENTO O ROTURA PLANA. Controladas por una nica superficie de discontinuidad buzante hacia el exterior de la cara del talud. Para que ocurra se debe cumplir:

- Plano de falla con rumbo paralelo +- 20 - Plano de falla debe aflorar en el talud. - El manteo debe ser mayor que el ngulo de friccin. - Caras laterales que liberen el plano de falla. - Tiene 3 Planos

ROTURA EN CUA. Producida por 2 planos de discontinuidades cuya interseccin aflora en el talud. Usualmente ocurre por deslizamiento, el FS depende de la inclinacin, resistencia de los planos y geometra del bloque deslizante. Tiene 2 planos, se busca que sea inestable antes del proyecto. ROTURA POR VUELCO. Segn capas o columnas definidas por discontinuidades que buzan fuertemente hacia el talud. (Mtodo de Goodman y Bray). ROTURA CIRCULAR. No est controlada por discontinuidades estructurales y se aproxima al arco de un crculo. Rocas parcial o totalmente meteorizadas, intensa y aleatoriamente fracturada. PANDEO DE ESTRATOS. Puede ser por flexin de capas continuas, por flexin de capas fracturadas y por flexin de capas fracturadas y curvas. CAIDA DE BLOQUES. Existen medidas correctoras:

- Evitar formacin-liberacin de bloques. - Evitar despegue del paramento. - Detener los bloques de su cada. - Evitar que alcance la calzada o zona til.

NMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES. Las familias son el conjunto de los planos de debilidad que son app. paralelos. El nmero de familias condiciona el comportamiento mecnico. Algunos son:

- Roca Masiva con singularidad. - 1 familia - 1 familia y singularidades. - 2 familias - 2 familias y singularidades. - 3 familias - 3 familias y singularidades. - 4 o ms familias (fuertemente diaclasado). - Roca machacada.

Los espaciamientos en las discontinuidades y juntas controla el tamao de los bloques individuales de la roca intacta. Parmetro importante cuando hay ms de 2 familias. Se estiman con medidas sobre afloramientos o excavaciones, se traza una recta cualquiera que interceptar una serie de juntas. El estado de las paredes de la junta influye mucho, cuando no existe relleno, la resistencia de la pared de la junta determinar en gran manera la resistencia al corte y la deformabilidad del macizo. Se llama meteorizacin cuando el efecto es producido por agentes externos y alteracin cuando es propio. Por lo tanto, el grado de meteorizacin se clasifica en:

- W1: Rocas Fresca, mismo color que roca matriz, sin debilitamientos. - W2: Ligeramente Meteorizada, ligeramente descolorada. - W3: Moderadamente Meteorizada, ms dbil en la pared, descolorado en pared - W4: Altamente Meteorizada, Descolorada, meteorizacin penetra. - W5: Completamente Meteorizada: Descolorada y convertida en suelo, estructura original

se conserva. - W6: Suelo Residual: Suelo, estructuralmente destruido.

Tambin se clasifican de acuerdo a la resistencia a compresin simple en:

- R1: Roca Muy Blanda, se desmorona con pico gelogo. (7-30 kg/cm2) - R2: Roca Blanca, Con golpe de martillo, muecas de 1 a 3 mm (30-100 kg/cm2). - R3: Roca Dura, No se ralla, con martillo en mano se rompe (100-200 kg/cm2). - R4: Roca Muy Dura, Rompe con varios martillazos (200-700 kg/cm2). - R5: Roca Extremadamente Dura, Muchos golpes y saltan trocitos (> 700 kg/cm2).

Tambin se debe evaluar el estado del relleno de las discontinuidades, anchura total, estado de la pared de la roca, del relleno, granulometra, composicin mineralgica, grado de consolidacin, contenido de agua y permeabilidad total de la zona.

- Tipo A: Relleno delgado, junta limpia. - Tipo B: Se necesitan cm. de desplazamiento tangencial para contacto roca-roca. - Tipo C: Si se desplazan tangencialmente las 2 caras de la discontinuidad no hay

acodalamiento. - Tipo D: No hay contacto roca-roca tangencialmente.

La rugosidad es una componente importante de la resistencia del esfuerzo cortante, especialmente en juntas sin relleno. El rango de esta depende mucho del origen, pero a escala menor, tambin de la mineraloga y grado de meteorizacin. La continuidad o persistencia de un plano es su extensin superficial, medida por la longitud segn la direccin del plano y segn su manteo.

- Muy Baja Continuidad < 1 m. - Baja Continuidad 1 3 m. - Continuidad Media 3 10 m. - Alta Continuidad 10 20 m. - Muy Alta Continuidad > 20 m.

Se deben evaluar las condiciones hidrulicas, el nivel agua subterrnea y sus presiones aproximadas. Fijar si agua filtra por discontinuidad o junta.

CLASIFICACION DEL MACIZO ROCOSO. Definen las necesidades de sostenimiento, usos, sistemas de estabilizacin excavacin ms adecuados, para la ejecucin de una obra. RQD: Porcentaje de recuperacin de testigos de ms de 10 cm. de largo, sin tener en cuenta las roturas frescas de la perforacin. RQD = Sumatoria de tramos > 10 cm. no fracturados / largo total. RMR: Este se basa en 5 parmetros, Resistencia Uniaxial Qu, RQD, Espaciamiento, Condicin y Aguas Subterrneas. Se valora en un rango de 8 a 100 y se basa en:

- Intrnsecos: nombrados anteriormente. - No intrnsecos: orientacin de discontinuidades.

Sistema Barton (Qrating): - RQD - N de sets de discontinuidades JN - Rugosidad de discontinuidades JR - Condicin de discontinuidades JA - Condicin de aguas subterrneas JW - Strees Reduction Factor SRF. Q = (RQD/JN)(JR/JA)(JW/SRF).

- RQD/JN = Tamao de los bloques. - JR/JA = Resistencia al corte. - JW/SRF = Influencia Estado Tensional.

GSI: Clasificacin Geomecnica. El parmetro M es el tipo de material de la roca, 3.- CRITERIOS DE DISEOS. Los clculos en tneles buscan comprobar dimensiones del sostenimiento y revestimiento de los mismos, as como verificar la estabilidad de cada una de las fases constructivas. Se deben hacer una serie de simplificaciones, los mtodos ms utilizados son: SOLUCION ANALITICA: Caso bsico, tnel circular, tensiones istropas y uniformes, terreno elstico o elastoplstico perfecto. Se debe descomponer el problema en 2 de naturalezas distintas:

- Entorno inmediato del tnel: Proceso Constructivo y caractersticas mecnicas del terreno. - Zonas Alejadas: Deformaciones atenuadas y escaso n de factores.

Dependiendo del tipo de deformacin se tiene, radial, ovalizacin normal y relativa, descenso uniforme, deformacin total.

- Curva de Gauss: Sirve para entender el movimiento en zonas alejadas del tnel, es un mtodo emprico.

- Prdida de Terreno a Profundidad Finita. Entonces los Mtodos Analticos son la:

- Formulacin Elstica: Tnel circular y sin revestir, indefinido, homogneo, istropo, se analiza problema bidimensional en deformacin plana.

- Mtodo de las Curvas Caractersticas: Se considera seccin plana del problema, simetra cilndrica, en deformacin plana, tnel circular y con sostenimiento, terreno indefinido, homogneo, istropo.

SOLUCIN NUMRICA: Utilizan un caso realista, tnel de seccin cualquiera, tenciones iniciales aniso trpicas y variables con la profundidad, terreno elstico o elastoplstico, proceso constructivo 2-D y 3-D.

- Mtodo de los Muelles o Reacciones Hiperestticas: Modela una seccin plana del sostenimiento o revestimiento mediante una serie de elementos lineales o barras, los nodos tienen 3 grados de libertad, el terreno se presenta mediante resortes que se conectan con los nodos del revestimiento.

- Mtodo Avanzado: Elementos finitos, diferencias finitas, elementos de contorno, etc. Modelar el terreno, como medio continuo, mediante serie de elementos discretos conectados unos con otros a travs de nodos. Considera las principales fases constructivas del tnel, considera orientacin de diaclasas, materiales, etc. El mtodo de las diferencias finitas consiste en dividir el terreno en serie de incrementos X e Y, aplican ecuaciones de elasticidad, sustituye derivadas parciales de X e Y por cocientes incrementales, es un sistema de de ecuaciones algebraicas lineales.

4.- METODOS DE EXCAVACION Y SISTEMAS CONSTRUCTIVOS. Existen 2 sistemas de excavacin, excavacin de tneles y excavacin de estaciones (> 80 m2). Los mtodos tradicionales son ejecucin a cielo abierto y ejecucin subterrnea. Los mtodos mecnicos son precorte mecnico, rozadoras y tuneladoras. Los mtodo se diferencian por el terreno a atravesar y el entorno, entonces se diferencian en tneles en roca y en suelo. METODOS TRADICIONALES. EJECUCIN SUBTERRNEA. Mtodo Ingles: utilizado en arcillas y areniscas en Inglaterra, su principal caracterstica es proceder el avance de la perforacin a seccin completa del tnel, en una sola operacin.

Mtodo Alemn: Se basa en seguir el sistema del ncleo central. Este se modific y se aplica en el caso de que el tnel, a travs de un terreno firme, aparezcan filtraciones y niveles de agua. Es de seccin partida, que permite afrontar la presencia de zonas dbiles. Utilizado cuando el terreno es de mala calidad y se quiere reducir al mximo los movimientos. Los hastiales de la seccin tipo del tnel deben ser construidos al comienzo, es idneo para tneles de grandes luces en suelos.

- Excavacin y Sostenimiento de Hastiales - Excavacin de la mitad inferior de los hastiales. - Hormigonado parte superior hastiales. - Excavacin de bveda, a travs del sistema en la

coronacin y ensanche de la galera, con las debidas entibaciones.

- Moldaje y hormigonado de la bveda en todo su ancho.

- Inyeccin del trasds de la bveda, a travs de tubos. - Excavacin por fases. - Excavacin de la parte baja y hormigonado

contraboveda. Mtodo Belga o Clsico de Madrid: Consiste en la excavacin de una galera de avance en la zona de clave, unida a la debida entibacin, que va unos metros delante de la bveda. Debido a las pequeas dimensiones, es casi imposible mecanizar el mtodo, se realiza manualmente con martillo neumtico picador o rompedor y se extraen escombros por medio de cintas transportadoras. Este aporta una gran versatilidad, se modifican los parmetros bsicos de ancho del pase, longitud del avance y densidad de la entibacin y del apuntalamiento.

- Excavacin Centro de la Bveda. - Excavacin Costados de la Bveda. - Hormigonado de la Bveda. - Excavacin de la destroza central. - Excavacin del hastial izquierdo. - Hormigonado del hastial izquierdo. - Excavacin de hastial derecho. - Detalle de excavacin de bataches al tresbosillo. - Hormigonado del hastial derecho. - Ejecucin Contrabveda.

Mtodo Austriaco NATM: Consiste en un plan de trabajo basado en la utilizacin de puntales de madera formando un sistema de entibacin. Es el ms utilizado. Este mtodo considera el comportamiento del macizo rocoso medido y comprobado durante la construccin. Es un mtodo de auscultacin continua de los movimientos del terreno que permite la revisin del sostenimiento, es una filosofa ms que un mtodo. Este mtodo se basa en los siguientes principios:

- Movilizacin de la resistencia del macizo rocoso. - Capa inicial de shotcrete. - Auscultacin. (se miden deformaciones desde el nivel inicial). - Flexibilidad del sostenimiento. (ms activo que pasivo). - Cierre de la seccin. (terrenos de mala calidad) - Clasificaciones de roca. (determinan el sostenimiento).

Los sistemas de sostenimiento que este utiliza pueden variar entre: - Hormign Proyectado, va hmeda (por cantidad de polvo de va seca). - Cerchas TH - Bulones y/o anclajes inyectados metlicos o de fibra de vidrio.

Como etapas generales se tiene:

- Estudio Geomecanico del macizo, con tipos de materiales, diaclasas, agua, toma de muestras, etc.

- Caracterizar geomecanicamente el macizo, sectorizando el trazado. - Definir secciones tipo de sostenimiento. - Excavacin del tnel, daando la roca lo menos posible. - Instalacin del sostenimiento previsto en cada sector. - Instalacin inmediata de secciones de auscultacin y control. - Revestimiento definitivo, si es necesario.

Secuencia Constructiva:

- Abertura de primera galera, avance y reconocimiento de solera.

- Abertura de segunda galera, avance y reconocimiento de la clave.

- Extraccin escombros por la galera baja - Excavacin hastiales por bataches. - Colocacin revestimiento (de abajo-arriba). - Se realizar por tramos.

Este mtodo da buenos resultados en rocas donde la deformacin antes de la rotura es muy grande. En suelos, estas son ms pequeas y es ms riesgoso utilizar el mtodo. EJECUCION A CIELO ABIERTO. Esta requiere una condicin previa, que se pueda ocupar temporalmente el terreno bajo el que discurrir el tnel, que no existan condicionantes de servicio, obras subterrneas intermedias, si esto se cumple solo se limita por profundidad, rendimientos, plazos y costo. Se diferencian 2 mtodos, si los muros pantallas son parte de la estructura o no. Pantallas como Elementos Auxiliares:

- Se construye muro pantalla, operacin previa de murete gua para excavacin, se coloca armadura y hormigonado, de 0,6 a 1 m de espesor y profundidad de entre 10 a 30 m.

- Excavacin entre las pantallas: Se excava hasta nivel de Arriostramiento, disponiendo codales, se excava hasta contrabveda y se hormigona solera.

- Construccin de la seleccin del tnel: Se hormigona seccin completa del tnel, apoyado en contrabveda, previa colocacin de armadura. Mdulos de encofrado de 5 m de longitud.

- Relleno y restitucin de la superficie: Construida ya la seccin e impermeabilizada, sobre la bveda del tnel se rellena (si es necesario). A veces se demuele parte de las pantallas para esto.

Pantallas como Elementos Estructurales:

- Construccin muro pantalla, igual al anterior.

- Excavacin entre pantallas, igual que anterior pero llega hasta la bveda. - Construccin Bveda y Relleno, se pica la pantalla para empotrar la bveda a esta, esta se

puede construir sobre el mismo terreno o sobre encofrado, luego se procede a rellenar previa impermeabilizacin.

- Excavacin Bajo Cubierta y Realizacin de Contrabveda, Se realiza desde el propio tnel, despus para construir la contrabveda se empotra en las pantallas.

Tnel a Cielo Abierto: Se abre la excavacin en desmonte desde el pozo de entrada de la maquinaria en sentido contrario a esta. Por lo tanto es de abajo hacia arriba

- Ejecucin Losa de Solera. - Ejecucin de hastiales con encofrado. - Ejecucin de bveda con carro de encofrar.

Algunas ventajas de este mtodo son:

- Reduce incertidumbre de plazos, precios y seguridad. - Ms rpida. - No se trata el terreno. - Mayor independencia del terreno atravesado. - Permite ejecucin de tnel y cavernas con poca cobertura. - Aumenta seguridad para operarios. - Disminuye mano de obra especializada. - Posibilita muchos frentes de trabajo. - Disminuye y mejor control de subsidencias. - Disminuye afeccin a niveles freticos. - Posibilita aprovechamiento del espacio. - Buena coordinacin de administradores.

Pero tambin presenta las siguientes desventajas:

- Obliga a desviar trfico y servicios. - Incidencia clara sobre arboles, arquitectura, etc. - Mayor molestia para la poblacin.

METODO TRADICIONAL. Ventajas:

- Mnima inversin inicial en instalaciones. - Posibilidad de avance en varios frentes. - Estabilidad del frente. - Casi para cualquier tipo de terreno. - Flexible frente a imprevistos. - Buen control de asientos, precio y control de incertidumbres

Inconvenientes: - Depende de la mano de obra. - Provoca muchas juntas de construccin.

SISTEMAS MECNICOS. PRECORTE MECANICO. Elementos que entran en servicio cuando el terreno ya ha iniciado su movimiento. Es un mtodo de presostenimiento al avance, para suelos o rocas blandas y entornos urbanos o semi-urbanos. Estos mantienen el estado tensional muy similar al original. TUNELADORAS. a) TOPO: Mquina para rocas duras, posee una cabeza giratoria con herramienta de corte accionada por motores elctricos. El trabajo lo hace el par de giro junto a una serie de gatos hidrulicos. La parte esttica se fija por codales (grippers) y el avance se hace por mdulos. - Cabeza Giratoria y Cortadores: Parte delante del topo, lleva los cortadores o cangilones, que elevan escombros y alimentan la cinta de este, tienen una ligera conicidad. - Accionamiento de la Mquina y Rendimientos: Siempre con un sistema electro-hidrulico, se refiere a la rotacin de la cabeza, 2 velocidades (larga entre 8 a 12 rpm y corta la mitad). Respecto a los rendimientos el topo es un prototipo por lo tanto se disea de acuerdo a lo que se necesita, los topos nuevos hacen de 3 a 8 m. por hora. 1200 metros/mes. Estos se limitan por los radios de curvas, estos deben ser > 300 m, por radios de curva en alzado y pendientes, siendo radios de alzados > 1000 m, el lmite razonable est entre 3,5 a 4% como mximo, sobre 6% son neumticos. Tambin se limitan por altas durezas y/o abrasividad, se limita a cifras de Oc = 250 MPa de resistencia a la compresin en probetas talladas en muestras sin fracturas. RQD < 50 % facilita en rocas muy duras. b) ESCUDOS: Mquinas para suelos o rocas blandas, como estos suelos son inestables, obligan a incorporar al diseo un sistema integral de sostenimiento. Todos los elementos mecnicos de la mquina se emplazan dentro de una estructura protector laminar de acero (escudo). Al avanzar la mquina se sustituye la coraza por otro elemento que sostenga el terreno, estos son anillos de sostenimiento que la mquina coloca previamente a su desplazamiento. En resumen los elementos bsicos son cabeza de corte, coraza, erector de dovelas y gatos de empuje. ROZADORA. Mquina excavadora destinada a la realizacin de obras subterrneas mediante una cabeza armada de picas que tritura y arranca fragmentos de roca y mineral de pequeo tamao. Existen 2 sistemas.

- Ripping: Cabeza frontal, gira en torno a un eje perpendicular al eje del tnel, la fuerza de corte se aplica frontal. Se usa un 30% ms.

- Milling: Cabeza de corte longitudinal, con rotacin paralela al eje de simetra del brazo de la rozadora.

El mtodo constructivo consiste en que la mitad de ancho del tnel la rozadora trabaja, cuando termina esa mitad pasa a la otra, mientras que un cargador con un camin remueven los escombros. 5.- SOSTENIMIENTO Y TRATAMIENTO DEL TERRENO. Deben disminuir al mximo las prdidas de suelo que se producen al excavar el tnel, reduciendo deformaciones. Para facilitar la distribucin de estados tensionales se disean los tneles de forma

circular. El sostenimiento se coloca de forma que deje deformarse al terreno dentro de la estabilidad del tnel. En el proyecto se establecen varios mtodos, pero durante la ejecucin se optimizan con la auscultacin. Inmediatamente tras la excavacin se coloca un sostenimiento primario y despus si es necesario uno definitivo. Entonces estos deben evitar desprendimiento de cuas, limitar deformaciones, proteger roca de meteorizacin, controlar y derivar aguas y evitar que el terreno pierda propiedades. Los tipos de sostenimientos son:

- Entibaciones Metlicas. - Anclaje - Mortero Proyectado - Hormign Proyectado - Sistemas Mixtos - Sostenimiento al Avance.

6.- ANCLAJES. Estructura de fundacin para cargas de traccin, constituido por barras o cables instalados en una perforacin, rellenada con pasta de cemento. La carga la transfieren al terreno por corte, a travs del relleno de la perforacin. ANCLAJE PASIVO. Anclaje que se carga cuando se deforma la estructura. ANCLAJE ACTIVO. Se pone en carga mediante tcnicas de postesado. Los anclajes de cable se encuentran aqu. Estos estn compuestos por longitud fija, longitud libre y cabeza. Trabajan con un 85% a un 90% de su resistencia lmite. VOLADURA. Desde adentro hacia afuera, la perforacin tiene un largo de 5m, el largo del tubo del explosivo tambin. La secuencia es:

- Cuele. - Destroza - Contracorte Voladura - Rastreras - Zapateras - Recorte - Ventilacin - Impermeabilizacin - Drenaje.

Tambin se puede decir: - Replanteo en el frente del esquema de tiro. - Perforacin de los taladros. - Carga de los taladros con explosivo (barrenos). - Voladura y ventilacin. - Retirada del escombro y saneo del frente, bveda y hastiales.

SISTEMAS DE VENTILACIN SEGN NORMATIVA CHILENA. Deben determinarse de acuerdo al PIARC. Los sistemas utilizados son: 1. VENTILACIN NATURAL.

2. VENTILACION FORZADA LONGITUDINAL. 3. VENTILACION FORZADA SEMI-TRANSVERSAL. 4.- VENTILACIN FORZADA TRANSVERSAL O CRUZADA.

Estn compuestos por equipos de recogida de datos (detectores de CO, CO2, NOx, opacmetros, controladores de velocidad y direccin del viento) y equipos de activacin de control (se operan mediante algoritmos, consideran parmetros de concentracin de CO, opacidad, incidentes, velocidad y direccin del viento).

PREGUNTAS DE PRUEBA 2011 1. Comparacin entre un mtodo y otro Mtodo Alemn: Se basa en seguir el sistema del ncleo central. Este se modific y se aplica en el caso de que el tnel, a travs de un terreno firme, aparezcan filtraciones y niveles de agua. Es de seccin partida, que permite afrontar la presencia de zonas dbiles. Utilizado cuando el terreno es de mala calidad y se quiere reducir al mximo los movimientos. Los hastiales de la seccin tipo del tnel deben ser construidos al comienzo, es idneo para tneles de grandes luces en suelos.

- Excavacin y Sostenimiento de Hastiales - Excavacin de la mitad inferior de los hastiales. - Hormigonado parte superior hastiales. - Excavacin de bveda, a travs del sistema en la

coronacin y ensanche de la galera, con las debidas entibaciones.

- Moldaje y hormigonado de la bveda en todo su ancho.

- Inyeccin del trasds de la bveda, a travs de tubos. - Excavacin por fases. - Excavacin de la parte baja y hormigonado

contraboveda. Mtodo Belga o Clsico de Madrid: Consiste en la excavacin de una galera de avance en la zona de clave, unida a la debida entibacin, que va unos metros delante de la bveda. Debido a las pequeas dimensiones, es casi imposible mecanizar el mtodo, se realiza manualmente con martillo neumtico picador o rompedor y se extraen escombros por medio de cintas transportadoras. Este aporta una gran versatilidad, se modifican los parmetros bsicos de ancho del pase, longitud del avance y densidad de la entibacin y del apuntalamiento.

- Excavacin Centro de la Bveda. - Excavacin Costados de la Bveda. - Hormigonado de la Bveda. - Excavacin de la destroza central. - Excavacin del hastial izquierdo. - Hormigonado del hastial izquierdo. - Excavacin de hastial derecho. - Detalle de excavacin de bataches al tresbosillo. - Hormigonado del hastial derecho. - Ejecucin Contrabveda.

2. Un caso, se tiene que definir qu tipos de fallas existen, nombrarlas y su concepto. Diaclasas: Defecto de la roca en forma de fractura, en paquetes o sistemas, susceptibles de anlisis estadsticos. Falla: Fractura nica e individualizada. Junta: Convierte la roca en una masa estructuralmente discontinua, entre las paredes no hay material de relleno, caso particular de las discontinuidades. Pliegues: Estructuras en forma de onda producidos por deformacin de material dctil. Con longitudes de onda desde < 1 cm. hasta km. Disminuyen resistencia del macizo.

DESLIZAMIENTO O ROTURA PLANA. Controladas por una nica superficie de discontinuidad buzante hacia el exterior de la cara del talud. Para que ocurra se debe cumplir:

- Plano de falla con rumbo paralelo +- 20 - Plano de falla debe aflorar en el talud. - El manteo debe ser mayor que el ngulo de friccin. - Caras laterales que liberen el plano de falla. - Tiene 3 Planos

ROTURA EN CUA. Producida por 2 planos de discontinuidades cuya interseccin aflora en el talud. Usualmente ocurre por deslizamiento, el FS depende de la inclinacin, resistencia de los planos y geometra del bloque deslizante. Tiene 2 planos, se busca que sea inestable antes del proyecto. ROTURA POR VUELCO. Segn capas o columnas definidas por discontinuidades que buzan fuertemente hacia el talud. (Mtodo de Goodman y Bray). ROTURA CIRCULAR. No est controlada por discontinuidades estructurales y se aproxima al arco de un crculo. Rocas parcial o totalmente meteorizadas, intensa y aleatoriamente fracturada. PANDEO DE ESTRATOS. Puede ser por flexin de capas continuas, por flexin de capas fracturadas y por flexin de capas fracturadas y curvas. CAIDA DE BLOQUES. Existen medidas correctoras:

- Evitar formacin-liberacin de bloques. - Evitar despegue del paramento. - Detener los bloques de su cada. - Evitar que alcance la calzada o zona til.

NMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES. Las familias son el conjunto de los planos de debilidad que son app. paralelos. El nmero de familias condiciona el comportamiento mecnico. Algunos son:

- Roca Masiva con singularidad. - 1 familia - 1 familia y singularidades. - 2 familias - 2 familias y singularidades. - 3 familias - 3 familias y singularidades. - 4 o ms familias (fuertemente diaclasado). - Roca machacada.

- W1: Rocas Fresca, mismo color que roca matriz, sin debilitamientos. - W2: Ligeramente Meteorizada, ligeramente descolorada.

- W3: Moderadamente Meteorizada, ms dbil en la pared, descolorado en pared - W4: Altamente Meteorizada, Descolorada, meteorizacin penetra. - W5: Completamente Meteorizada: Descolorada y convertida en suelo, estructura original

se conserva. - W6: Suelo Residual: Suelo, estructuralmente destruido. - R1: Roca Muy Blanda, se desmorona con pico gelogo. (7-30 kg/cm2) - R2: Roca Blanca, Con golpe de martillo, muecas de 1 a 3 mm (30-100 kg/cm2). - R3: Roca Dura, No se ralla, con martillo en mano se rompe (100-200 kg/cm2). - R4: Roca Muy Dura, Rompe con varios martillazos (200-700 kg/cm2). - R5: Roca Extremadamente Dura, Muchos golpes y saltan trocitos (> 700 kg/cm2). - Tipo A: Relleno delgado, junta limpia. - Tipo B: Se necesitan cm. de desplazamiento tangencial para contacto roca-roca. - Tipo C: Si se desplazan tangencialmente las 2 caras de la discontinuidad no hay

acodalamiento. - Tipo D: No hay contacto roca-roca tangencialmente.

3. Dibujar un plano y denotar el rumbo, buzamiento y sus partes.

4. Mtodo NATM modificado, secuencia en caso especfico. Mtodo Austriaco NATM: Consiste en un plan de trabajo basado en la utilizacin de puntales de madera formando un sistema de entibacin. Es el ms utilizado. Este mtodo considera el comportamiento del macizo rocoso medido y comprobado durante la construccin. Es un mtodo de auscultacin continua de los movimientos del terreno que permite la revisin del sostenimiento, es una filosofa ms que un mtodo. Este mtodo se basa en los siguientes principios:

- Movilizacin de la resistencia del macizo rocoso. - Capa inicial de shotcrete. - Auscultacin. (se miden deformaciones desde el nivel inicial). - Flexibilidad del sostenimiento. (ms activo que pasivo). - Cierre de la seccin. (terrenos de mala calidad) - Clasificaciones de roca. (determinan el sostenimiento).

Los sistemas de sostenimiento que este utiliza pueden variar entre: - Hormign Proyectado, va hmeda (por cantidad de polvo de va seca). - Cerchas TH

- Bulones y/o anclajes inyectados metlicos o de fibra de vidrio. Como etapas generales se tiene:

- Estudio Geomecanico del macizo, con tipos de materiales, diaclasas, agua, toma de muestras, etc.

- Caracterizar geomecanicamente el macizo, sectorizando el trazado. - Definir secciones tipo de sostenimiento. - Excavacin del tnel, daando la roca lo menos posible. - Instalacin del sostenimiento previsto en cada sector. - Instalacin inmediata de secciones de auscultacin y control. - Revestimiento definitivo, si es necesario.

Secuencia Constructiva:

- Abertura de primera galera, avance y reconocimiento de solera.

- Abertura de segunda galera, avance y reconocimiento de la clave.

- Extraccin escombros por la galera baja - Excavacin hastiales por bataches. - Colocacin revestimiento (de abajo-arriba). - Se realizar por tramos.

Este mtodo da buenos resultados en rocas donde la deformacin antes de la rotura es muy grande. En suelos, estas son ms pequeas y es ms riesgoso utilizar el mtodo.