UNIVERSIDAD ALAS PERUANASFACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

CURSO : MECANICA DE SUELOS APLICADA A LA CIMENTACION Y VIAS DE TRANSPORTE.

TEMA : TUNELES.

DOCENTE : Ing. HECTOR PEREZ LOAYZA.

ALUMNO (A) : ZAFRA DIAZ GREIS YANINA

CICLO : X

Cajamarca 03 de noviembre del 201

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INTRODUCCION

El siguiente Trabajo de investigación tenemos por finalidad explicar los Procesos Constructivos de Túneles, comenzando con las investigaciones previas como los estudios de la geología regional y la detallada, que a su vez comprende la geología de la superficie, geología del subsuelo, sondeos y métodos físicos, así como investigaciones geológicas durante la excavación. También se mencionan los tipos de excavaciones como la convencional, entre las cuales se tienen explosivo como: geles, granulados y reforzadores.

Por otro lado se explican los tipos de soportes usados en los túneles como costillas metálicas, pernos de anclaje y concreto proyectado así como las fundaciones para los mismos. Se explica la instrumentación, sus características, equipos y objetivos, también se mencionan los revestimientos en los soportes.

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OBJETIVO

Analizar los métodos y procesos en la construcción de túneles.

Describir los procesos constructivos de Túneles.

Señalar la topografía en la cual es recomendable el uso de Túneles.

Establecer los beneficios económicos que ofrece la construcción de Túneles.

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TÚNEL: Paso subterráneo abierto artificialmente para establecer una comunicación. Los Túneles son estructuras que permiten el paso a través de cordilleras y cauces, reduciendo así la longitud de recorrido de un sitio a otro.

1. INVESTIGACIONES PREVIAS A LA CONSTRUCCION DE TUNELES.

1.1. ESTUDIO DE LA GEOLOGIA REGIONAL:

Las investigaciones comienzan con la interpretación de fotografías aéreas con el objeto de proporcionar información sobre características generales de la zona como son: topografía, hidrología, características estructurales, tipos de roca, erosión y meteorización, vegetación, entre otros.Después del estudio fotogeológico de la superficie de la zona se debe determinar la siguiente información:

Formaciones geológicas y estructuras geológicas. Litología de la zona. La hidrología de la zona. Contactos de formaciones vecinas. Características de las rocas.

1.2. ESTUDIO DE LA GEOLOGIA DETALLADA:

a) GEOLOGIA DE SUPERFICIE:Consiste en una exploración detallada de la superficie a lo largo del alineamiento del túnel y sus alrededores, en el cual se define lo siguiente:

Litología existente (se debe realizar mapa en detalle). Estructuras geológicas (pliegues, fallas). Posición de las rocas (rumbo, buzamiento). Sistema de diaclasa. Petrografía detallada (composición y estructura mineralógica). Demarcación de los suelos y zonas inestables.

Las quebradas existentes en la zona, generalmente proporcionan mucha información por medio de los afloramientos rocosos, asimismo, en los lechos de los arroyos, ubicados en las partes altas de montañas donde el escurrimiento rápido a cortado el material superficial dejándolo expuesto.

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Los afloramientos aparte de servir para la identificación de las rocas se utilizan para medir la orientación (rumbo) e inclinación (buzamiento) de las siguientes características:

Fallas geológicas. Estructuras de plegamiento. Estratificación, foliación, clivaje. Diaclasas.

b) GEOLOGIA DEL SUB-SUELO:

Las extrapolaciones geológicas obtenidas del estudio geológico y la interpretación de las fotografías aéreas, por buenas que sean, no dejan de ser indirectas. Por tal motivo se debe realizar un estudio geológico del sub-suelo, a través de sondeos exploratorios o por excavaciones de pequeños pozos, calicatas o galerías.También se realizan exploraciones del sub-suelo mediante prospección geofísica, con la cual se determinan las variaciones en las características físicas de los diferentes estratos del sub-suelo.

c) SONDEOS:

Se debe realizar un numero de sondeos para recuperar núcleos y determinar niveles de agua subterránea, con el sistema de perforación rotatoria, para así reconstruir la muestra completa del macizo en un estado lo más cercano posible a su condición original. Mediante la recuperación de núcleos se puede determinar un índice cuantitativo de la calidad de la roca llamado RQD (Rock Quality designation).El RQD se define como el porcentaje de núcleos que se recuperan en piezas enteras de 100mm o más, del largo total del barreno. Por lo tanto:

ROD% = Longitud de los núcleos mayores de 100mm x 100 Largo del barreno

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La relación entre el valor numérico ROD y la calidad de la roca desde el punto de vista en la ingeniería se describe en la siguiente tabla:

Entre los ensayos que se le practican a las muestras son:

Ensayo de comprensión triaxial. Ensayo de compresión simple. Ensayo de resistencia al corte.

Debe existir un registro individual para cada sondeo indicándose fechas de toma de muestra y cota del terreno. El nivel hidrostático, si existe, se registra con su profundidad a su cota. Asimismo se debe registrar la ubicación y numero de los sondeos.

Mediante las perforaciones se deben registrar las siguientes informaciones:

Denominación de cada estrato, buzamiento y cotas. Color, estructura, textura (de grano fino o grueso), si esta

meteorizada o no. Presencia de diaclasas, fracturas, grietas, y si están abiertas,

cerradas o rellenas con otras rocas y buzamiento. La suma total de los núcleos conseguidos y las longitudes de los

mismos y el porcentaje de recuperación. Situación del sondeo mediante coordenadas. El ángulo con la verticalidad y la declinación del sondeo. La velocidad de penetración de la broca y el número de revoluciones

por minuto. Temperatura y existencia de gases en la perforación. Presencia de anormalidades como pérdidas de testigos. Aforos de agua subterránea y pruebas de permeabilidad.

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Con los registros debidamente dibujados, se obtiene los perfiles detallados y cortes geológicos.

d) METODOS GEOFISICOS:Mediante el uso de métodos geofísicos aplicables a la ingeniería de excavaciones subterráneas, que implican el uso de gravímetros, magnetómetros y resistividad eléctrica, se puede determinar o estimar las siguientes características:

Propiedades de las rocas (porosidad, densidad). Profundidad de las rocas. 9 Perfiles del sustrato rocoso. Nivel freático. Configuración de los estratos. Localización de las discontinuidades (fallas geológicas).

1.3. INVESTIGACIONES GEOLOGICAS DURANTE LA CONSTRUCCIÓN:A medida que se efectúa la excavación, se lleva un registro de todas las características presentes en el túnel, se considera principalmente en forma muy detallada:

Tipos de rocas (indicando el espesor). Condiciones Físicas de las rocas; si es dura, blanda, media o

descompuesta. Condiciones estructurales de la rocas; esto si es masiva,

fallada o plegada (ligera, moderada, intensamente). Sistema de diaclasas. Condición de las juntas; si está cerrada y cementada,

ligeramente alterada o meteorizada o severamente alterada. Condición de aguas subterráneas.

La evaluación continua ayuda a estimar para los siguientes tramos las condiciones de la masa rocosa y evitar así las emergencias creadas por inesperada y repentina intercepción con roca incompetente y sobrevenimiento de flujos de agua subterránea.

1.4. EXCAVACIONES.

1.4.1. EXCAVACION CONVENCIONAL:

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El método consiste en la perforación y voladura del frente de ataque del túnel. Mediante barrenos neumáticos se perforan una serie de orificios, los cuales tienen longitudes y espaciamientos variables, que dependen del tipo de roca y de las dimensiones de la sección del túnel.

Una vez terminada la perforación, se colocan los explosivos en los huecos y se detonan en forma desfasada, primero las cargas centrales, y a continuación las periféricas, para lograr una mayor eficiencia en la voladura. El desfasaje está en el orden de fracciones de segundos.

Efectuada la voladura, se ventila el túnel, para así extraer las partículas de polvo y los gases tóxicos. Se recoge el material ya sea mecánicamente o a mano, y se extrae del túnel en cargadores, vagones o cintas transportadoras.

Una vez despejado el frente de escombros se colocan los soportes primarios de la roca, se extienden los servicios (agua, aire, rieles, entre otros) y se repite nuevamente el ciclo.

Ventajas:Las técnicas de perforación y voladura presentan las siguientes ventajas:

Puede ser empleado generalmente en todo tipo de masa rocosa. Considerando que, en un terreno blando se producen sobre excavaciones involuntarias, y en roca densa y dura se requiere mayor consumo de explosivos.

Resulta un método económico, en cuanto a la inversión de equipos.

Se puede avanzar a sección completa con el empleo de modernos jumbos y técnicas de sostenimiento provisional.

Se cuenta con modernas técnicas de voladura, para evitar sobrexcavaciones, lo que conlleva a un menor gasto de concreto y acarreo de material.

1.4.1.1. EXPLOSIVOS:

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Pueden considerarse como productos híbridos, en los cuales el hombre ha injertado perturbadores nitro grupos en las plácidas moléculas cargadas de energía. Además, la característica sobresaliente de los explosivos no es el hecho de que contiene una provisión excepcionalmente grande de energía, sino que puede liberar su energía rápidamente con la producción de sustancias gaseosas.

Entre las características que debe poseer un explosivo están la sensibilidad o la iniciación y estabilidad en la detonación. La estabilidad en la detonación implica el que, una vez iniciada esta, no se detenga por ninguna causa hasta que la carga total haya detonado.

1.4.2. EXCAVACION MECANICA:

En la actualidad el empleo de máquinas excavadoras para la construcción de túneles se ha incrementado, ya que resulta un trabajo más rápido y cómodo. En vista de que cada proyecto de túneles tiene características propias y durante la construcción presentan también sus propios problemas, los equipos mecánicos para la excavación deben ser seleccionados específicamente para la obra a construir, ya que la eficiencia de estos está dentro de ciertos límites. Luego de proyectar y determinar los parámetros de la obra, es necesario un estudio bien detallado geológico y geofísico; dicho estudio debe incluir tipo y condiciones de la masa rocosa y las posibles estructuras o zonas que influyan en el avance de la excavación. Seguidamente se hacen necesarios los ensayos de laboratorio para determinar la resistencia a la compresión, y los estudios de mecánica de roca para determinar las condiciones de estabilidad de la excavación. A continuación se comparan los equipos que se pueden disponer, estableciendo ventajas y desventajas; se consulta con los constructores de dichas máquinas para estudiar los parámetros y determinar si se adaptan o no a la obra; finalmente se decide. Si la respuesta es negativa evidentemente el método de excavación a utilizar será el convencional (voladura), en caso contrario hay que tener muy en cuenta que una vez efectuada la inversión el cambio de método

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traería muchas pérdidas, por lo que se debe estar muy seguro a la hora de elegir.

Investigaciones previas para la aplicación de la excavación mecánica

Antes de llegar a una decisión sobre la aplicación del equipo de avance mecánico, se hace indispensable proceder a una cuidadosa y detallada serie de investigaciones. En particular se requiere:

Una campaña de sondeos geonósticos y un levantamiento geológico con el objeto de deducir al mínimo las incógnitas sobre los tipos de materiales a ser excavados.

Una vez conocidas las características del material y establecida su homogeneidad, hay que determinar sus características químicas para establecer el porcentaje de sustancias abrasivas, y las físicas para la dureza.

Llevar un análisis preventivo de los costos y de los tiempos de construcción, extendidos a las ofertas del mercado, a las garantías del trabajo que se prevé obtener, a la evaluación de los gastos inesperados como por ejemplo, largas interrupciones del trabajo debidas a desperfectos mecánicos.

Teniendo esta información recopilada se debe estudiar entonces la conveniencia de la aplicación del método. Existen casos en que la excavación de túneles está vinculada a tan complejas exigencias, que la adopción de sistemas tradicionales, (con explosivos), pueden presentar graves inconvenientes.

1.4.3. EXACAVACION CON TOPO (T.B.M.)

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Una tuneladora o T.B.M. (del inglés Tunnel Boring Machine) es una máquina capaz de excavar túneles a sección completa, a la vez que colabora en la colocación de un sostenimiento si este es necesario, ya sea en forma provisional o definitiva.La excavación se realiza normalmente mediante una cabeza giratoria equipada con elementos de corte que, empujando contra el terreno unos discos de metal duro, producen la rotura del terreno de tal forma que la roca se laja, y es extraída mediante cangilones en la cabeza de corte que vierten el escombro en una cinta que a su vez lo verterá sobre otra lateral hacia el exterior o sobre vagones. Esta máquina es accionada por motores hidráulicos (alimentados a su vez por motores eléctricos, dado que la alimentación general de la máquina se realiza con energía eléctrica), aun cuando también existen tuneladoras menos mecanizadas sin cabeza giratoria. 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 gatos que las empujan contra la pared del túnel, de forma que se obtiene un punto fijo desde donde empujarán.

Detrás de los equipos de excavación y avance se sitúa el denominado "equipo de rezaga" de la tuneladora (ó en denominación inglesa back up), constituido por una serie de plataformas arrastradas por la propia máquina y que, a menudo, ruedan sobre carriles que la misma tuneladora coloca, donde se alojan todos los equipos transformadores, de ventilación, depósitos de mortero y el sistema de evacuación del material excavado.

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,

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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.

Ventajas y desventajas del T.B.M.

El método de excavación con topo, presenta además de su rápida y cómoda ejecución, ciertas ventajas como:

La línea de excavación es la línea de diseño puesto que la dirección de perforación se indica con láser.

Las posibilidades de producir sobre-excavación son bajas, por lo que se reduce el volumen de concreto proyectado.

La masa rocosa alrededor de la excavación no resulta mayormente afectada.

El acarreo de escombros hasta los vagones es continuo. No requiere mucho soporte primario, pues la roca no queda muy alterada. No se requiere mucha mano de obra.

Como todo sistema este también presenta ciertas desventajas o factores que puedan limitar su uso. Algunas de estas son las siguientes:

El costo de la máquina es bastante elevado, y si se compara con el método convencional resulta más costoso.

El control del alineamiento del topo puede ser dificultoso en zonas blandas o muy fracturadas.

Es dificultosa la movilidad de equipos para solucionar con rapidez los problemas que se originan al cambiar las condiciones de la masa rocosa.

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En los tramos muy fracturados, el rendimiento de la máquina suele disminuir.

1.4.4. EXACAVACION CON ROZADORALas maquinas rozadoras consisten en un brazo hidráulico articulado que tiene en su extremo dos ruedas paralelas con salientes abrasivos, que giran impulsadas por un accionamiento electromecánico. Un solo operario maneja desde una plataforma el brazo articulado, aplicándolo contra la superficie del frente de excavación. El brazo puede desplazarse tanto horizontal como verticalmente, desgarrando los fragmentos de roca del frente de avance. Dichos fragmentos caen sobre una placa de acero en cuya parte central hay una correa transportadora, que los lleva hacia la parte posterior de la máquina, donde son cargados en vagones o cualquier otro sistema de transporte. Los fragmentos que caen sobre la plancha son empujados hacia la correa transportadora mediante dos brazos mecánicos situados a ambos lados de ella.

Estas máquinas varían de tamaño, es decir, existen modelos adaptables a las dimensiones del túnel a construir, pueden alcanzar alturas de corte de hasta 5.40 metros. El procedimiento de excavación se inicia colocando las ruedas de corte en la base del frente de avance, en el centro de la sección. Luego se va moviendo la máquina a medida que se efectúa un corte horizontal en la línea de pago o línea de diseño. Después de efectuado éste, se continúa en realce horizontalmente hasta completar la sección a la profundidad conveniente.

Ventajas y desventajas:

Esta técnica permite una excavación continua y rápida (trabajando a plena sección), las posibilidades de producir un sobre-excavación son bajas y por lo tanto provee mayor estabilidad a la bóveda. Además reduce los requerimientos de mano de obra y proporciona mayor seguridad al personal. Entre otras ventajas se puede citar:

Gran versatilidad por su bajo peso y pequeña dimensión.

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Práctico sistema de carga de escombros y descarga en las unidades de acarreo.

Permite accesibilidad al frente de excavación para reconocimientos geológicos y para perforaciones de investigación.

No requiere, en general, de gran soporte primario. En las zonas muy fracturadas (fallas) no existen problemas

de hundimientos de la máquina.

Como toda máquina, ésta presenta también sus desventajas las cuales deben tomarse en cuenta y estimar así el inconveniente y los posibles atrasos en el avance de la excavación. En túneles de gran sección, la máquina tal vez no pueda alcanzar la altura de corte, por lo que en otros casos habrá que buscar una solución adecuada. En los tramos con poco flujo de agua, es posible la alta producción de polvo durante la excavación, la cual obliga a diseñar un eficiente sistema de ventilación.

Otro factor muy importante y que no puede ser pasado por alto, es que este sistema de excavación exige una solera o piso plano para facilitar la carga de escombros, por lo que se obliga a adoptar la sección en herradura.

1.4.5. EXCAVACION CON ESCUDO:

Los escudos son tuneladores diseñadas por excavar rocas blandas o suelos, terrenos que necesitan sistemáticamente la colocación de un sostenimiento. A diferencia de los topos, los escudos cuentan con una carcasa metálica exterior (que da el nombre a este tipo de máquina) que sostiene provisionalmente el terreno desde el frente de avance hasta algo más allá de donde se coloca el sostenimiento definitivo, normalmente consistente en anillos formados por unas 7 dovelas. De este modo, se garantiza en todo momento la estabilidad del túnel. A menudo están preparadas para avanzar bajo el nivel freático.

Si se trata de una tuneladora de cabeza giratoria, suele estar equipada con picas (elementos que arrancan los suelos) y

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cortadores (elementos que rompen la roca). También dispone de una serie de aperturas, frecuentemente regulables, por donde el material arrancado pasa a una cámara situada tras la rueda de corte y desde donde se transporta posteriormente hacia el exterior de la máquina.

a) Escudos de frente abierto: se usan cuando el frente del túnel es estable. El sistema de excavación puede ser manual, mediante brazo fresador, con un brazo excavador o con una cabeza giratoria. En algunos casos, se puede colaborar con la estabilidad del frente una vez acabado cada ciclo con unos paneles a modo de reja. Con este tipo de máquina, si la cabeza no es giratoria, es posible trabajar con secciones no circulares.

b) Escudos de frente cerrado: se usan cuando el frente del túnel es marcadamente inestable, por ejemplo en terrenos no cohesivos, saturados de agua, etc. La sección excavada ha de ser circular.

c) Escudos con cierre mecánico: la entrada y salida de material en el cuarto de tierras se regula mediante dos puertas de apertura controlada hidráulicamente. La máquina tiene limitaciones con presencia de agua.

d) Escudos presurizados con aire comprimido: prácticamente no se usan.

e) Escudos de bentonita o hidroescudos: con la inyección de bentonita se consigue estabilizar el terreno por sus propiedades tixotrópicas y facilitar el transporte de material mediante bombeo.

f) Escudos de balance de presión de tierras o EPBs: el material es extraído del cuarto de tierras mediante un tornillo de Arquímedes. Variando la fuerza de empuje de avance y la velocidad de extracción del tornillo, se consigue controlar la presión de balance de las tierras, para que esta garantice la estabilidad del frente y se minimicen los asentamientos en superficie. Para facilitar la evacuación de productos poco plásticos con tornillos, a menudo se han de inyectar productos químicos por aumentar la plasticidad de los terrenos. Hoy en día, las EPB son la tecnología predominante en cuando a excavación de túneles bajo nivel freático.

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Ventajas y desventajas del método de avance con escudo con respecto a otros sistemas:

Avance más rápido. Excavación circular y bien contorneada. Pequeñas sobre excavaciones (5% comparada con un 20% en método

convencional) Economía con el revestimiento. Menos requerimiento de soporte y encofrado. Menos proyecciones o desprendimientos de rocas.

1.5. SOPORTE DE TUNELES Y SUS FUNCIONES.

El soporte es en líneas generales, una estructura cuya finalidad es garantizar la estabilidad de la excavación, así como también de asegurar la protección del personal.Así mismo, tiene otras funciones no menos importantes bajo las cuales conjunta o individualmente, se diseña y pone en obra un sostenimiento. Estas, en forma general, son:

Sostener elemento de roca aislados por alguna discontinuidad, las cuales caerían en la cavidad desde el techo y paredes laterales. En el caso de túneles excavados en roca autoportante, donde paredes y techo sufren pequeños daños y fracturas debido al método de excavación o a la acción de presiones internas de la roca.

Sostener el peso de la roca contenida en un volumen dado alrededor de la cavidad, en el cual se ha determinado solicitaciones o fracturas excesivas. Este volumen pertenece a la zona de roca aflojada y que se encuentra dentro del rango plástico; exteriormente a esta zona, la roca constituye una superficie natural auto estable.

1.5.1. SOSTENIMIENTO PROVSISIONAL O PRIMARIO.

El sostenimiento primario es necesario para seguridad del personal, soportar la carga de la masa rocosa y por tanto prevenir la descompresión de la misma. El soporte primario, previo a la

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colocación del revestimiento permanente, dependerá de los detalles geológicos como:

Tipo de roca y su condición física (dura, blanda, entre otros.)

Condición estructural de la roca. Condición de las juntas. Diaclasas. Buzamiento y rumbo de la roca. Nivel freático.

Además de lo indicado, el soporte primario depende de los factores de la construcción tale como:

Tamaño y forma del Túnel. Dirección de la perforación en relación al buzamiento. Métodos y procedimientos de excavación.

1.5.1.1. TIPOS DE SOPORTE PRIMARIO:

1.5.1.1.1. COSTILLAS METALICAS.

a) DEFINICION: Constituye uno de los sistemas de sostenimiento provisional (soporte primario) más utilizados en las excavaciones subterráneas. Cosiste en instalar perfiles de acero estructural, con sus respectivos accesorios, necesarios para la erección y fijación dentro del túnel tales como: bloques de apoyo, bloques de cuñas, separadores metálicos y cualquier otro elemento que se requiera.Estos perfiles estructurales constituyen un encostillado cuya separación depende de la calidad de la roca y anchura de la excavación. En los casos en que la roca está muy fracturada, para evitar desprendimientos de fragmentos entre costilla y costilla, se colocan planchas o láminas de acero (denominados “lagging”) malla metálica electrosoldada. El “lagging” no es más que un entarimado, que salva los vanos, total o parcialmente entre soporte.

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b) INSTALACION: Para facilitar la colocación de las costillas, las cuales son curvas y dobladas en frío, se instalan en segmentos que se unen entre sí mediante pernos.Las costillas se deben colocar inmediatamente depues de cada avance en caso de que sea requerido, para así evitar la descompresión de la roca. En los perfiles y secciones del túnel previamente diseñado, se inician las separaciones de las costillas en los tramos, sin embargo si la condición de la roca así lo requiere en el avance, se puede disminuir la separación de las costillas a fin de garantizar la estabilidad de la sección excavada. Para la instalación de los arcos de acero se necesitan determinados accesorios los cuales se describen a continuación:

Placas de apoyo: Las placas de apoyo del encostillado se colocan en forma uniforme sobre la roca, de forma tal, que el movimiento lateral del pie de la costilla quede restringido.

Bloques de cuña: son aquellas piezas que sirven para calzar, acomodar, y ajustarlos los soportes en su sitio. Mediante los tacos, cuñas, etc., se fijan las costillas de tal manera que ningunas de sus partes se encuentren desplazadas hacia el centro del túnel y hacia el exterior con respecto a su posición de diseño. Los bloques de cuña deben ser hechos de acero estructural siempre que su longitud lo permita, utilizando la madera únicamente como taqueo final entre el bloque de cuña y la superficie excavada.

Tirantes: Son aquellos arriostramientos longitudinales cuya función principal es evitar el pandeo de los soportes.

Separadores: Son aquellos elementos metálicos entre costillas y costillas el cual le da la separación establecida y que las mantiene trabadas unas con otras.

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Otros accesorios: Incluyen los tornillos y tuercas que se especifiquen, arandelas, soldaduras y todos los elementos necesarios para la instalación.

1.5.1.1.2. PERNOS DE ANCLAJE:

Es una barra de acero colocada en un hueco perforado en la masa rocosa y destinada a reforzarla evitando su descompresión. Un extremo se fija firmemente por medio de un elemento mecánico o por cementación y el otro, roscado, está provisto de una tuerca y una placa dispuesta en la superficie de la masa rocosa. La barra se carga a tensión entre el anclaje y la placa ejerciendo de esta forma una fuerza de compresión.

Los pernos se emplean con dos fines: para soporte de bloques de roca aflojados en el perímetro de la cavidad, o para formar por compresión un anclo de roca resistente alrededor de la abertura.

1.5.1.1.3. TIPOS DE ANCLAJES:

1.5.1.1.3.1. MECANICO: están constituidos por una barra de acero de alta resistencia, y un dispositivo o elemento en el extremo, que se fija o sujeta a la masa rocosa.

a) De cuña o presión: El anclaje se obtiene al abrirse el extremo partido de la barra mediante una cuña dispuesta al efecto.

b) De cabeza expansiva: El anclaje se obtiene por la acción de un cono o dispositivo que hace expandir la cabeza final de la barra contra las paredes del hueco.

1.5.1.1.3.2. CEMENTADOS: son los más utilizados:

a) Cementados con concreto (tipo perfo): consiste en un tubo rasurado de diámetro ligeramente inferior al orificio perforado en la roca, que se introduce relleno de mortero de

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cemento en dicha perforación. Luego se hace entrara a presión una barra de acero con estrías dentro del tubo rasurado, la cual expulsa el mortero hacia la roca a través de la ranura, rellenando toda la perforación. Una vez que el mortero ha fraguado se aprieta firmemente la tuerca oprimiendo la plancha metálica.

b) Cementado con resina: Se introducen en la perforación varias cápsulas, (las de fraguado rápido en el fondo y las de fraguado lento en el inicio de la perforación), constituidas por una membrana de plástico que contiene en su interior dos resinas epóxicas separadas. Una vez introducidas se rompen, haciendo presión en la barra del anclaje, con lo cual las dos resinas son forzadas a llenar el espacio comprendido entre la barra y la perforación, al mismo tiempo que se mezclan entre sí, produciendo el fraguado en pocos minutos.

Luego de fijar el perno en el terreno por cualquiera de los métodos estos se someten a tensión para ocasionar estado de compresión en la roca comprendida entre sus extremos; si el perno no es tensado de todas maneras se producirá este estado al ocurrir la relajación del macizo rocoso con el tiempo.

1.5.1.1.2. CONCRETO PROYECTADO

El Concreto proyectado es un concreto transportado a través de una tubería cerrada y bajo presión, cuya salida se proyecta sobre una superficie.

Normalmente gran parte del material una vez proyectado puede mantenerse adherido a la superficie y así mismo cuando es colocado hacia arriba (bóveda de túneles) se produce cierto desprendimiento de material, que por acción de la gravedad se desprende, lo que limita la colocación de concreto proyectado en superficies “sobre cabeza” a grandes espesores.

Una diferencia fundamental entre el concreto proyectado y el de uso común, es que el primero debe ser capaz de soportar esfuerzos casi inmediatamente después de ser colocado cuando se usa en túneles, a diferencia del concreto de uso

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común que no trabaja antes de su fraguado casi definitivo. Esto hace necesario el uso de aditivos aceleradores de fraguado, siempre y cuando la dosis de dichos aditivos no sea más alta de lo necesario debido a que podría afectar en forma negativa las resistencias finales.

Recientemente a nivel mundial, se han incorporado a las mezclas para concretos proyectados nuevos materiales, como la microsílica que tiene la finalidad de mejorar notablemente las propiedades de éste concreto. Es así que mediante su uso se mejora notablemente las características del concreto fresco y endurecido y se pueden obtener mayores espesores de las capas que se proyectan, ventaja importante cuando es proyectado “sobre cabeza”.

Forma de trabajo del concreto proyectado.

Cuando el concreto es lanzado a través de una boquilla sobre una superficie rocosa áspera, inicialmente sellar las aberturas tales como grietas, fisuras y juntas, uniéndose el material suelto o parcialmente soportado evitando cualquier deterioro mayor.

La adhesión depende del alcance mecánico de las partículas de concreto y la superficie. La primera capa es formada con la lechada de cemento y las partículas de arena menores de 0.2mm, este material fino penetra los poros y grietas sirviendo de base para la colocación y compactación del espesor total. Durante la elaboración de la capa inicial mucho material suelto rebota y cae.

La adhesión es obviamente mejor sobre rocas ásperas completamente húmedas recién fracturadas, que sobre superficies suavizadas tales como metal o plástico.

Concreto proyectado para soporte de túneles:

El concreto proyectado puede ser usado como único soporte o como parte del sistema de soporte en el revestimiento de túneles. Cuando el macizo es rocoso se usa el concreto proyectado como único soporte, si no lo es, se deben utilizar varias capas de concreto proyectado (como parte del sistema de soporte), colocando como control inicial del terreno capas de 5 a 10 cm de espesor, donde

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generalmente el concreto no actúa como un recubrimiento estructural pero sirve de sostén a fragmentos sueltos de rocas, y como revestimiento definitivo una o dos capas de 5 a 10 cm de espesor, donde el concreto si actúa como un recubrimiento estructural.

El concreto proyectado utilizado en revestimiento de túneles previene los desplazamientos de las rocas debido a que:

Endurece y refuerza la masa rocosa, mediante el relleno de las juntas y fracturas abiertas.

Transfiere cargas a las rocas adyacentes que sean estables mediante la adhesión y fricción.

Actúa como una membrana a flexión cuando hace una capa continua entre el concreto y la roca.

Una de las desventajas que presenta el concreto proyectado es su baja resistencia a la tracción, por lo tanto cuando actúa como una membrana a flexión se debe colocar malla electosoldada y/o incorporar a la mezcla fibra de acero para contrarrestar este efecto.

1.6. INSTRUMENTACION.

La instrumentación de un túnel consiste en la colocación, en los soportes y en la roca misma, de un conjunto de aparatos de medición para determinar los esfuerzos y deformaciones en ellos. De esta manera es posible determinar en forma bastante acertada el comportamiento de la roca y el soporte, es decir, la relación carga de formación-tiempo durante al proceso de construcción y posterior a ello.

Estos instrumentos pueden agruparse en instrumentos medidores de esfuerzo y medidores de deformación permiten observar el comportamiento del macizo rocoso para compararlo con el asumido al diseñar y poder hacer los ajustes necesarios para la instalación del soporte.El programa de instrumentación debe ejecutarse en tres etapas:

Antes de la construcción: para obtener información necesaria para el diseño de las excavaciones. Esta información incluye el modelo de deformación de la roca, la resistencia de la roca y estado de los esfuerzos in situ.

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Durante la construcción: para confirmar la idoneidad de diseño y para proporcionar las bases necesarias para su cambio. Además el control de los desplazamientos es necesaria en la información que se necesita para aumentar la seguridad en las obras subterráneas.

Después de la construcción: Para controlar el comportamiento general del túnel durante su operación.

1.6.1. OBJETIVOS DE LA INSTRUMENTACION.

Predecir el tipo de revestimiento requerido para soportar las cargas finales.

Controlar ciertos parámetros específicos importantes como: caudales de infiltración, deformaciones que permitan determinar el tipo de revestimiento provisional, cuantificar riesgos, conocer adaptar el proyecto en una zona de fallas, ubicar rocas que producirían hinchamientos, entre otros.

Reducir las incertidumbres sobre las hipótesis de diseño corroborar el comportamiento del revestimiento y cuantificar el factor de seguridad final.

Economizar en el revestimiento ya que este se va diseñando de acuerdo con los esfuerzos que se van midiendo.

Darle confiabilidad a los métodos modernos de construcción con la ayuda de datos reales.

1.6.2. CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS INSTRUMENTOS.

Los aparatos a utilizar y el equipo técnico deben reunir las siguientes características:

Deben ser fáciles de instalar y proteger. Las partes accesibles deben ser robustas. La sensibilidad debe ser la adecuada. Deben permitir un control total en el tiempo y en el espacio

desde la perforación hasta el estado final. La instalación debe ser rápida y el equipo técnico debe

poseer experiencia. Las lecturas deben ser precisas debido a la imposibilidad

de repetirlas en las mismas condiciones.

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1.6.3. EQUIPOS UTILIZADOS.

a) Medidores de esfuerzos: se utilizan para verificar o mejorar las bases del proyecto y proveer información respecto a las cargas que soportan los apuntalamientos temporales o permanentes que sostienen el suelo durante o después de la construcción. Se pueden controlar:

Estado de tensión natural de la roca. Esfuerzos normales.

1.7. REVESTIMIENTOS DE SOPORTES.

Los revestimientos son necesarios en la mayor parte de los túneles. Se colocan con dos fines:

Estructuralmente, para dar el sostenimiento definitivo que soportará las cargas a que estará sometido el túnel en su vida útil.

Operacionalmente, para proporcionar una superficie interna que sea adecuada a la funciones del túnel. Un caso es el de túneles hidráulicos en donde el revestimiento liso interior, disminuye la rugosidad, por lo tanto, las pérdidas de energía en el flujo. Al revestir el túnel se reducen las filtraciones de agua hacia el macizo, especialmente en túneles que funcionan a presión.

1.7.1. TIPOS DE REVESTIMIENTOS.

a. Concreto vaciado.b. Concreto lanzado. c. Revestimiento por tramos (anillos circulares; hierro colado o concreto).

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CONCLUSIONES

Para obtener un buen trazado y la elección del método constructivo adecuado, se debe tener una información geológica preliminar detallada para poder llevar a buen término la construcción de cualquier túnel.

Es necesario el control geológico durante la construcción para corroborar el estudio preliminar y si es el caso, corregir a tiempo cualquier imprevisto que surja durante su construcción y que ponga en peligro el avance del túnel.

El método de excavación a utilizar, bien sea mecánico o con explosivos, debe ser elegido cuidadosamente basándose en la información detallada que se tenga de los estratos donde se construirá el túnel, para lograr un mejor rendimiento sin dejar a un lado la seguridad.

El diseño para la elección de los soportes ya sean primarios o definitivos deben calcularse bajo las condiciones más desfavorables, ya que estas estructuras tienen la finalidad de garantizar la estabilidad de la excavación, así como también de asegurar la protección del personal.

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BIBLIOGRAFIA

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