TUNELES

INDICE

INTRODUCCION

OBJETIVO

I. GENERALIDADES

1.1. Tipos de roca

1.2. Defectos fsicos de rocas

1.3. Uso de los tneles

1.4 Tneles segn tipos de suelos

1.5 Nmero de entradas

II. ESTUDIO GEOLOGICO

2.1 Investigaciones preliminares

a) Influencia de las Condiciones Geolgicas

b) Fenmenos de alivio de presin

c) Influencia de la estratificacin de las rocas en la presion sobre el

revestimiento.

2.2 Exploraciones preliminares

INTRODUCCION

La ingeniera de tneles hace posible muchos servicios vitales, submarinos y subterrneos. Se utilizan tcnicas nicas de diseo y construccin, debido a la necesidad de proteger a los constructores y usuarios de estos servicios de los ambientes extraos. Estos servicios deben construirse para dejar fuera los materiales a travs de los que pasan, incluyendo el agua.

A menudo tienden a soportar altas presiones. Y cuando se usan para el

transporte o la ocupacin humana, los tneles deben proveer iluminacin adecuada y una atmsfera segura, con medios para eliminar los contaminantes.

En los valles estrechos con ros caudalosos es difcil desviar el cauce del mismo, pero a su vez este cauce puede transformarse en una obra de toma. Tambien en presas altas de tierra y roca resulta muchas veces es ms econmico construir un tnel que un conducto, todo debido a las cargas que actuaran en dicho conducto, ya que deberan tener un gran espesor y un gran dimetro.

Aun as existe una diferencia fundamental entre tnel y conducto, todo esta diferenciacin de caracteres se resumen en uno sencillo y simple, las cargas que debe soportar cada uno son muy distintas, en el caso del tnel se utilizar donde las alturas y los pesos sean muy grandes y los conductos con pesos de un menor valor.

Los tneles figuran entre los proyectos de construccin a gran escala ms duros. Y entre los ms caros, hasta 50.000 dlares por metro de tnel acabado. Pero la fascinacin de la tarea asegurar que se sigan diseando en el futuro.

OBJETIVO:

Nuestro pas tiene una accidentada orografa a causa de grandes sistemas montaosos, esto ha dado origen a construcciones de tneles de carretera de razonables longitudes para poder enlazar en forma ms expedita ciudades o lugares de importancia y facilitar los transportes ms diversos.

Adems los tneles se construyen con diversas finalidades, tales como las de

proporcionar: 1. Pasajes para ferrocarriles y vehculos automotrices a travs de montaas

y debajo de extensiones de agua. 2. Tneles para acceso a minas.

3. Canales o caeras para agua.

4. Tneles para transporte: carretero o peatonal.

I. GENERALIDADES: 1.1 TIPOS DE ROCA

Las rocas que se encuentran en las operaciones de excavacin de tneles, pueden dividirse en tres grupos principales:

Rocas gneas Rocas sedimentarias

Rocas metamrficas

Rocas gneas.-

Las rocas gneas son el resultado del enfriamiento de masas derretidas que emergieron del interior de la tierra a travs de fisuras. Si la masa derretida se enfri antes de llegar a la superficie de la tierra, la roca se define como intrusiva. Son ejemplos de estas el granito y el gabro.

Si la masa de roca se enfri despus de haber llegado a la superficie de la tierra, la roca se define como extrusiva. Son ejemplos de estas la riolita y el basalto.

Rocas sedimentarias.- Las rocas sedimentarias son las que tienen contacto con el ingeniero, incluyen

las que fueron depositadas por las corrientes de agua, tales como conglomerados, areniscas, pizarras y arcillas, y las que fueron depositadas por organismos marinos, como las calizas y las dolomitas.

Rocas metamrficas.- Cuando las rocas gneas o sedimentarias se sujetan a altas temperaturas y

presiones, sufren cambios en su estructura y en su textura. Las rocas que han sufrido estos cambios se describen como rocas metamrficas.

Bajo ola influencia de presiones y temperatura moderadas, la arcilla y el barro

se transforman en esquistos y pizarras, que son rocas metamrficas de mala calidad. Cuando se sujetan a altas presiones y temperaturas, las pizarras y los esquistos se metamorfizan para el duro y denso gneiss. La piedra caliza al metamorfizarse forma el mrmol, y la arenisca se transforma en cuarcita.

1.2 DEFECTOS FSICOS DE LAS ROCAS:

Todas las rocas, independientemente de este tipo, tienen defectos fsicos o

estructurales que ejercen una considerable influencia en las operaciones de perforacin de tneles. Estos defectos consisten en fracturas, cuyas magnitudes y espaciamiento varan considerablemente. Las fracturas simples se definen como juntas, mientras que las fracturas mayores, asociadas con desplazamiento relativamente grandes se definen como fallas.

Las grietas.-

Son las superficies de fallas fsicas o separaciones con muy poco o ningn desplazamiento entre los componentes de la roca en lados opuestos de la grieta. Estas pueden existir en dos o tres planos aproximadamente ortogonales entre s. Al perforar un tnel en una formacin rocosa, la existencia de juntas afectar la cantidad de ademe que tenga que ponrsele al domo durante las operaciones de perforacin del tnel. Tambin, las juntas proporcionan un pasaje por donde puede filtrarse el agua subterrnea en el tnel. Fallas.-

Es una zona en una formacin en donde ha ocurrido un gran desplazamiento a lo largo del plano de falla. El desplazamiento puede ser horizontal, vertical, o una combinacin de las dos. Por lo general, una falla constituye un peligro indeseable en la perforacin de un tnel. Debido a las enormes fuerzas que producen la falla, la formacin de rocas en la zona de la falla estar quebrada. El material triturado puede variar de tamao desde arenas finas hasta grandes bloques que tienden a caerse hacia adentro del tnel al estarlo perforando a travs de la zona de falla.

Si existe agua fretica en la formacin, el material triturado dentro de la zona de falla proporcionar un excelente pasaje por el cual podr fluir el agua al tnel a no ser que se tomen pasos correctivos antes de excavar en esa zona. Podr llegar a ser necesario inyectarle concreto a la formacin antes de perforar el tnel para eliminar el peligro del agua subterrnea.

1.3 USO DE LOS TUNELES:

a) Tneles para agua.-

Pueden ser tneles de derivacin o de toma para plantas

hidroelctricas, o para acueductos que traen el agua a los sistemas de distribucin de las ciudades. Los tneles de derivacin desvan el agua alrededor de la zona de construccin de la represa. Se disean para que lleven el escurrimiento mximo que pueda esperarse durante este periodo de construccin.

Tambin puede servir para descargar el exceso de agua despus de que se ha llenado el embalse, o convertirlos en tneles de toma para una planta de fuerza situada en la ladera del valle, debajo de la presa. Si no se necesitaran despus de terminado el proyecto, se cierran los tneles de derivacin con tapones de concreto.

Los tneles son en su mayor

parte de rocas y operan bajo una carga hidrosttica positiva.

En terreno permeable y con

grietas se revisten de concreto armado; en rocas firmes, puede ser adecuado un revestimiento de concreto aplicado con pulverizador para proporcionar una superficie lisa.

Los tneles a nivel del terreno pueden recubrirse con concreto simple. Con rocas muy firmes se ha utilizado el revestimiento de concreto aplicado por aspersin (shotcrete).

b) Tneles para alcantarillado y drenaje.-

Las grandes ciudades requieren muchas millas de tneles para conducir el escurrimiento pluvial y las aguas negras a las plantas de tratamiento. Estos se construyen en una gran diversidad de terrenos.

Algunos se construyen como alcantarillas de cajn por el mtodo de

corte y cubierta, pero ms se excavan con escudos y aire comprimido. Los tneles de drenaje pluvial son generalmente ms pequeos.

La seccin transversal de las alcantarillas y tneles de drenaje tiene generalmente forma de herradura o circular, con revestimiento de concreto. La calidad del concreto reviste especial importancia, a fin de poder resistir los efectos de las aguas negras. Generalmente son tneles sin presin.

El alineamiento se rige por la ubicacin de las plantas de tratamiento, las

condiciones del terreno y la traza de las calles de la ciudad. Se debe mantener la pendiente contnuas excepto en los sifones. Se debe mantener una pendiente mnima para asegurar el flujo por gravedad.

c) Tneles de corte y cubierta.- Los tneles de poca profundidad, como las lneas de trnsito rpido por

debajo de las calles de la ciudad, pasos inferiores, secciones en tierra de los tneles subacuticos, o las secciones terminales de los tneles a travs de colinas, se construyen por los mtodos de corte y cubierta.

d) Tneles de carretera y ferrocarriles.-

Los tneles pueden tener uso no solo para el paso de trenes de pasajeros o de mercancas sino que adems pueden convertirse en autopistas ferroviarias, en la que coches y camiones son transportados en trenes.

La seguridad es distinta y se explica por presentar mayor riesgo los de carretera, debido al desigual numero de conductores (por ejemplo, cientos de coches frente a un solo tren, en relacin al paso de un volumen igual), y otro inconveniente, la necesidad en los de carretera de mayor ventilacin por los gases. Estos tneles necesitan adems unas medidas de seguridad mnimas, como galeras de escape o dos tubos.

Arriba: construccin de tneles paralelos de carretera

Abajo: tnel de ferrocarril

1.4 SEGN LOS TIPOS DE SUELOS:

a) Tneles en roca.-

Para la excavacin en roca, las ms importantes condiciones geolgicas

que se deben anticipar son las siguientes:

- La presencia de fallas, que generalmente involucran reas de rocas muy fracturadas.

- Direccin y grado de la estratificacin.

- Grietas y juntas - La presencia de agua, que puede

ser caliente o fra, o contener ingredientes corrosivos o irritantes.

- Bolsones de gases explosivos o txicos.

- Deformaciones en la roca. La petrografa tiene menor importancia a menos que la roca sea

altamente abrasiva, y cause excesivo desgaste de las barrenas.

b) Tneles en materiales firmes.-

Entre los materiales, que no sean rocas, que se pueden encontrar al excavar un tnel, se encuentran las arenas de diversas densidades y tamao de granos; arenas mezcladas con limo o arcilla; arcillas puras o con limo o arena; desde relativamente plsticas, con un alto contenido de agua hasta firmes y secas; mezcla aluviales de arena y grava. Es posible excavar estos materiales por procedimientos de minera.

Al excavar en todos estos tipos de materiales se requieren tablestacas, apoyadas en pies derechos o postes para sostener el techo.

1.5 NUMERO DE ENTRADAS:

Si un tnel es relativamente corto, de no ms de unos cuantos cientos de pies, puede perforarse desde una sola entrada. Sin embargo, a medida que aumenta la longitud, el llevar a cabo todas las operaciones desde una sola entrada puede resultar en distancias de acarreo excesivas y en altos costos de acarreo, junto con una congestin general entre el portal y la cabeza del tnel.

Esta condicin puede eliminarse o aliviarse perforando el tnel desde dos

extremos. En tneles largos puede ser ventajoso proporcionar aberturas intermedias, tales como lumbreras o tiros, para facilitar el movimiento de los escombros y del agua, y la entrega de materiales, suministros, aire y herramientas.

Las aberturas o lumbreras intermedias permiten la realizacin de las

operaciones en mayor nmero de cabezas, haciendo posible as un aumento en la velocidad de perfeccin del tnel. Esto puede ser especialmente importante en una obra en donde se desee una pronto terminacin del trabajo.

II.-ESTUDIO GEOLGICO 2.1 INVESTIGACIONES PRELIMINARES:

Adems dado al notable crecimiento en la ltima dcada de la actividad

econmica de nuestro pas ha sido necesario estudiar nuevas alternativas de trnsito a las ya existentes (tneles paralelos), mejorando as los niveles de servicios de nuestros caminos.

Para seleccionar la mejor alternativa o solucin es necesario proceder sistemticamente; primero un estudio previo, que permita recomendar una solucin ( a veces varias) y el ao ptimo de su puesta en servicio. Luego viene la etapa de anteproyecto de la o las soluciones recomendadas y por ltimo el proyecto de la obra completa. A continuacin se indican las fases que se deben considerar al construir un tnel:

El objetivo de la obra subterrnea La geometra del Proyecto: trazado y seccin tipo La geologa y geotecnia del macizo El sistema Constructivo La estructura resistente: el Clculo

Las instalaciones para la explotacin.

Antes que nada deben realizarse levantamientos planimtricos para determinar todas las caractersticas topogrficas y localizar toda las estructuras superficiales y subterrneas que puedan verse afectadas por la construccin del tnel.

Para los tneles por debajo del agua se deben efectuar sondeos para determinar el perfil del fondo. (Para esto se dispone de sondas snicas de precisin)

El conocimiento de las condiciones geolgicas es til en la construccin de cualquier tipo de tnel, pero es de primordial importancia en los tneles en roca. Las exploraciones por medio de perforaciones de reconocimiento en terrenos blandos y en tneles subacuticos son fciles de hacer en la cantidad que sea necesaria. Sin embargo, especialmente en los tneles en roca muy largos, las posibilidades de efectuar perforaciones se ven a menudo limitadas.

Los tneles con poca o nula presin interior tienen, por lo general, una

seccin de herradura; los tneles a presin son circulares y revestidos con concreto armado. El revestimiento es de concreto, de 6 a 36pulg de espesor, esto depende del tamao, la presin y la naturaleza de la roca.

Este estudio debe basarse en una cuidadosa investigacin del terreno y el examen de todos los registros disponibles, incluyendo los registros de otras construcciones en los alrededores, tales como tneles anteriores, minas, canteras, excavaciones a cielo abierto, pozas y perforaciones. El gelogo debe preparar un informe detallado para que sirva de gua a los diseadores y contratistas.

a) Influencias de las condiciones geologicas

Fenmenos de alivio de presin. Las rocas en la naturaleza, especialmente las que se encuentran

bastante profundas, estn afectadas por el peso de los estratos superiores a ellas y por su propio peso. Debido a estos factores se producen esfuerzos y deformaciones en la masa rocosa. Una partcula necesita cierta libertad para ser desplazada, si la roca esta confinada y por tanto su movimiento impedido habr solo un corrimiento parcial de la roca, en caso de que se produzca alguno. El esfuerzo que no pudo producir deslizamiento, por la falta de espacio, permanece todava en ella y se dice que esta almacenado en la misma. A este esfuerzo se denomina esfuerzo residual. Al permitirse movimiento, este es el caso de una excavacin para un tnel, la energa se libera en forma de deslizamientos, estos estn en funcin del tipo de roca, profundidad, etc.

Influencia de la estratificacion de las rocas en la presion sobre el

revestimiento. La presin total sobre el revestimiento de un tnel y la forma en que se

distribuye a lo largo de el dependen, en primer lugar, de la estratificacin de la roca en la que se construye.

Esto ser analizado en block diagramas y el eje de tnel; presentamos grficamente las diversas alternativas que se encuentran en la construccin de tneles, cualquiera que sea su utilizacin.

1. Se indica ciertas caractersticas de comportamiento de las presiones

en el techo y paredes, as como las posibilidades de compensar empuje, debido a plegamientos en estratos simples.

2. Al atravesar zonas acuferas deben realizar adecuados para ver la

manera de protegerlos y agregar en las zonas crticas, los revestimientos apropiados y un buen drenaje o impermeabilizndolo.

3. Debido a la posicin que se encuentra el eje con respecto a las

laderas del valle tendremos tambin condiciones de menor estabilidad siendo de especial cuidado los medios tneles, por ser de la posicin mas crtica.

Tunel que atraviesa zonas acuiferas

a. Rocas permeables Tnel en roca permeable por fisuracin. En este caso el revestimiento es total y se estudiar un sistema de drenaje especial.

- Impermeabilizacin - Inyecciones - Drenaje - Revestimiento

b. Rocas parcialmente permeables Tnel en un horizonte acufero. El revestimiento es parcial

- Controlable. - Debe tratarse inmediatamente despus de localizarlo.

c. Suelos permeables. Tnel en suelo permeable por porosidad. Los mtodos de avance son especiales como el de la congelacin o el de cmara de presin.

- El Revestimiento no falta. - Difcil control geolgico. - El comportamiento depende del tipo del suelo.

Generalmente los tneles en suelos siempre representan mayores problemas que en Rocas, aqu para condiciones ssmicas existen cdigos especiales.

2.2 EXPLORACIONES PRELIMINARES:

An cuando la localizacin aproximada de un tnel est dictada por la clase de servicio que va a prestar, la localizacin final deber estar basada en el resultado de las exploraciones superficiales y subsuperficiales. Estas exploraciones se hacen antes de seleccionar la localizacin exacta de un tnel para poder determinar las clases de formaciones que existan y la cantidad de agua fretica presente en las formaciones a lo largo de la ruta del tnel propuesto. Las formaciones pueden incluir escombros no consolidados, arena, grava, o arcilla, con o sin agua fretica.

Puede haber roca slida, o quebrada, pueden existir fallas o pliegues. Si se perfora un tnel a travs de una roca slida, puede requerir muy poco o ningn soporte para el domo del tnel, mientras que si se perfora a travs de una roca muy quebrada, ser necesario proporcionar grandes ademes para las paredes y para el domo.

Si una exploracin indica la presencia de cantidades significativas de agua

fretica, es aconsejable buscar un sitio ms favorable, o si esto es imposible, ser necesario inyectarle concreto a la formacin al frente de la excavacin como medio de reducir el flujo de agua. Los planos debern hacerse con una provisin suficiente de bombas disponibles para sacar el agua.

Un gelogo competente puede obtener valiosos datos a partir de una

exploracin superficial. Pueden obtenerse datos ms precisos relativos a una formacin, perforando a lo largo de la ruta y sacando muestras de la formacin. Los agujeros debern taladrarse cuando menos hasta el piso del tnel propuesto y estar espaciados lo suficientemente cerca para que puedan proporcionar muestras que sean representativas de la formacin.

Si la formacin est libre de irregularidades estructurales severas y de

variaciones, puede ser mayor el espaciamiento de los agujeros que para una formacin que contenga fallas, pliegues, u otras irregularidades estructurales.

Si la formacin es rocosa; los agujeros pueden perforarse con taladros de

vagoneta, abrasivos, rotatorios, o con algn tipo de taladro que produzca detritos de sondeo. Como estos taladros producen pequeas virutas en vez de ncleos de muestra inalterados, el material que se recobra de los agujeros no indicar si la formacin es slida o si consiste en roca quebrada. Como tiene que agregarse agua a los agujeros de explotacin perforados con taladros abrasivos para poder sacar los detritos, estos no indicaran la cantidad de agua fretica que exista en la formacin.

Una vez que se hayan completado las exploraciones preliminares y analizado los resultados, pueden seleccionarse la localizacin que permita la satisfactoria construccin de un tnel al ms bajo costo posible.