TUNELES

CAMINOS I

TUNELESPRESENTADO POR:Chahura Perez, RogerNinahuaman Perca, ElizabethPari Martinez, GisselQuispe Mamani, Juan CarlosTorres Buiza, FernandaTUNELES

HISTORIA

El primer mtodo de perforacin de tneles fue la tcnica del fuego. Esta consista en provocar un incendio en el frente, para luego enfriarlo bruscamente produciendo un gradiente trmico dando lugar a que la piedra se quebrara.

Se menciona que el primer tnel de la historia fue un encargo de la reina asiria,SEMRAMIS, bajo el Efrates para comunicar el templo de Belos en Babilonia, 2200 aos antes de Cristo.

INTRODUCCION

El tnel arranca de la necesidad de superar un obstculo natural, generalmente un macizo montaoso. Pero adems de la montaa existen otras barreras que se pueden salvar mediante tneles como los cursos de agua, fluviales o marinos, y las zonas urbanas densamente edificadas en las que a menudo se incorporan tneles

IMPORTANCIA DE LOS TNELES

Los tneles son un medio de comunicacin artificial entre dos puntos separados por un suelo o roca. Su objetivo es el de permitir el paso de personas, ferrocarriles, vehculos, conducciones elctricas, de agua u otros.

Las razones habituales para desarrollar un tnel son: Terreno: la topografa puede limitar la implantacin de una autopista cuyas especificaciones obligan a tener unas pendientes lmite.

Economa: en muchas ocasiones resulta ms rentable atravesar un obstculo mediante un tnel que rodearlo; por lo cual, es lgico pensar que el tiempo tambin puede disminuir considerablemente al ejecutar un tnel en vez de decantarse por rodear el obstculo.

Ordenacin urbanstica y de trfico: la implantacin de metros facilita la movilidad en las grandes urbes.

Esttica y salud: para la circulacin de aguas residuales y saneamiento en las ciudades.

Partes de un Tnel

Caractersticas de un TnelPlanta: El diseo en planta del tnel se desarrollar en funcin de los puntos de entrada y salida, as como del estudio geotcnico que determinar la estabilidad del terreno. En el caso de autopistas o ferrocarriles se tendr en cuenta tambin la curvatura mxima permitida

Caractersticas de un TnelLa rasante Depender de los parmetros definitorios de la obra a realizar, como pueden ser la velocidad especfica de la va o ferrocarril, la pendiente mxima admitida, del mejor drenaje del agua motivo por el cual es normal disear tneles convexos

Caractersticas de un TnelLa Seccin est directamente relacionado con el estudio geomecnico del terreno para construirlo y de las caractersticas de la obra.

TIPOS DE TUNELESTneles de pequea seccin: puede ser alrededor de 4 m2 a 20 m2. Tneles de mediana seccin: Los tneles de seccin entre 20 a 60 m2 son comnmente empleados en la construccin de plantas hidroelctricas, construccin de caminos, ferrocarriles minera cavernas o depsitos subterrneos, etc.Tneles de gran seccin: seccin sobre 60m2 son comnmente empleados para la construccin de caminos, lneas frreas, plantas hidroelctricas, galeras de avance cavernas de almacenamiento subterrneo etc

Por su seccin

TIPOS DE TUNELESObras de paso: Las obras de paso bajo las vas de comunicacin, para aguas u otros viales.Conducciones y galeras de alcantarillado y saneamiento: sistemas de saneamiento y alcantarillado de los ncleos urbanos precisan del proyecto y construccin de conducciones y galeras subterrneas de diversos tipos.Tneles de carreteras, ferrocarriles y canales: tneles dedicados al paso de vehculos, trenes y metro.Conducciones de agua a presin: para el trasnporte de agua a presin desde el vaso de una presa de embalse de aprovechamiento hidroelctrico a las turbinas de una central de produccin de energa elctrica aguas abajo, por ejemplo.Galeras de mina: en una galera o tnel de mina se tienen unas condiciones de proyecto y diseo muy diferentes respecto de un tnel carretero, puesto que en el de mina se buscan soluciones para acceder a las capas de mineral, para luego seguir esas capas, excavarlas y efectuar la extraccin del mineral. Desde el punto de vista de la topografa estas galeras tienen una exigencia de precisin menor que en el caso de los tneles carreteros o del AVE.Por uso y/o Condicin

PROYECTO DE UN TUNELAntes de que un tnel se pueda planear en lneas generales y disear en detalle, se deber reunir informacin sobre los aspectos fsicos del proyecto. Se deber contar con la topografa del rea en cuestin, as como con los datos geolgicos y geotcnicos.

PLANO TOPOGRFICO BASEUna obra del tipo tnel se puede realizar en un espacio abierto, montaoso, en un centro urbano, en una zona suburbana, o industrial; por tanto la toma de datos del levantamiento debe adecuarse a cada caso.

PLANOS DE PROYECTOEl proyecto de un tnel, como cualquier proyecto de construccin, consta de distintos documentos necesarios para la realizacin de la obra, estos son:

Memoria de ManejosPlanosPliego de condicionesPresupuestosPlanta de Situacin y EmplazamientoTopografa y ReplanteoGeologa y GeotecniaPlanta GeneralPlantasAlzadosSeccionesPerfil Longitudinal

General de replanteo:Se realiza sobre el plano topogrfico base, y suele requerir escalas del tipo 1/2000, 1/1000 o 1/500 con altimetra acorde a la escala.Parcial:Perfil Longitudinal:Secciones:Las plantas parciales y de detalle se realizan a escalas del tipo 1/200, 1/100 y generalmente abarcan las zonas de acceso al tnel, como son las boquillas y las rampas y pozos de ataque intermedios.La seccin tipo de un tnel depender del estudio geotcnico del terreno en su aspecto constructivo, y de las caractersticas de la obra en cuestin, variables segn sea una carretera, un ferrocarril, un canal, etc.Es una seccin en el sentido longitudinal del trazado de la obra. En ella se representa tanto la rasante del tnel como el longitudinal del terreno a lo largo de todo su trazado, a este ltimo se le suele denominar perfil por montera.

Trabajos en el ExteriorEn muchas ocasiones no se dispone de un levantamiento topogrfico previo de precisin suficiente y a una escala adecuada. En estos casos se realizar un levantamiento ex-profeso de la zona. Los vrtices que se hayan marcado y medido para este levantamiento, servirn adems para apoyar los trabajos topogrficos de precisin necesarios para realizar el enlace entre puntos de ataque y el replanteo de la obra.Plano Topogrfico de Base:La situacin de los puntos de ataque de la obra debe marcarse en el terreno y medirse con la mxima precisin disponible. Adems, para evitar la acumulacin de errores en el replanteo, que podra impedir que las labores calen correctamente, conviene enlazar topogrficamente los distintos puntos de ataque de la obra. De esta forma podremos determinar conjuntamente todos los parmetros (coordenadas, acimuts, distancias).Enlace Plan mtrico entre bocas:

Trabajos en el ExteriorEl trazado del perfil longitudinal del terreno, o perfil por montera, se puede obtener del levantamiento topogrfico de exterior, marcando sobre el plano el trazado previsto para el tnel. No obstante, es recomendable comprobar en exterior la direccin de la excavacin, realizando (si lascondiciones del terreno lo permiten) la operacin denominada paso de lnea por montera.Perfil Por Montera:El enlace entre bocas tambin debe hacerse altimtricamente. Lo ms recomendable es establecer una nivelacin geomtrica de precisin, a partir de un punto de la red de nivelacin de alta precisin (NAP). Los itinerarios de nivelacin deben ser cerrados y servirn para calcular la coordenada Z de todos los puntos de ataque de la obra, incluyendo pozos y rampas si los hubiese.Nivelacin entre Bocas:

CONTROL DE LA EXCAVACIN DE UN TNELEl control de la excavacin de una galera se debe realizar por dos razones:Es necesario constatar que la seccin transversal de la galera cumple con las especificaciones de proyecto.Hay que cubicar el volumen de tierras o roca excavados en funcin de las secciones o perfiles transversales de la galera tras la excavacin.A pesar de lo cuidadosa que pueda ser la excavacin despus de cada voladura la seccin transversal de la bveda y los hastiales resulta irregular.

CONTROL DE LA EXCAVACIN DE UN TNELHabr que subsanar estas discrepancias o al menos conocer y evaluar su magnitud para lo cual habr que conocer los perfiles transversales de la seccin de la galera a lo largo de una serie de puntos del eje con el fin ltimo de poder cubicar el volumen de tierras excavado.

Por abscisas y ordenadasSe empieza por marcar dos ejes en la seccin que se pretende medir: el eje Y se marca con una plomada, colgada del techo, que pasar por el eje del tnel; el eje X se marca mediante una cuerda tendida entre los hastiales y corresponde a una rasante sobre elevadaMediante una cinta mtrica medimos las coordenadas X de los puntos del perfil. La coordenada Y puede medirse con ayuda de una mira. El mtodo es lento y slo vlido para tneles de pequea seccin.

Por radiacin con un instrumento topogrficoSe estaciona un taqumetro o estacin total sobre un punto conocido, normalmente el correspondiente al eje del tnel, determinando la altura del aparato Si visamos en la direccin del eje y giramos 100g la alidada horizontal, el giro del anteojo nos materializa el plano vertical correspondiente a la seccin. Visamos los puntos del perfil que interese y medimos la distancia reducida y la tangente topogrfica a cada uno de ellos. A partir de esos datos, se pueden calcular las coordenadas de los puntos visados y trazar la seccin correspondiente.La operacin se facilita enormemente usando estaciones totales lsersin prisma.Con medidas de ngulosSe estaciona un instrumento topogrfico fuera del perfil a medir. Se sitan dos puntos A y B pertenecientes al perfil, cuyas coordenadas se miden desde el punto de estacin. Tambin se debe materializar el perfil, por ejemplo mediante un haz lser.

Para medir puntos del perfil (m, n, ...) basta visarlos y anotar los ngulos vertical y horizontal. Las coordenadas se calculan resolviendo los tringulos verticales y horizontales formados.

Por interseccinSe estacionan dos instrumentos topogrficos en puntos del perfil a medir, uno de ellos en un punto de coordenadas conocidas. Se mide la distancia natural entre los puntos principales de ambos aparatos y la lectura vertical obtenida con cada uno al visar al punto principal del otro.Visando un punto del perfil con ambos instrumentos y anotando los correspondientes ngulos verticales, tendremos datos suficientes para resolver el tringulo vertical formado y calcular las coordenadas del punto visado.

RAMPAS Y POZOSLos pozos se realizan para poder abrir ms frentes de explotacin, ya sea en minera subterrnea como en obra civil para grandes longitudes y cuando es posible. Tambin se pueden realizar para acceder a las salas de turbinas en una central hidroelctrica.

REPLANTEO DE RAMPAS Y POZOSes preciso conocer todos los datos definitorios del eje del tnel o galera. El replanteo en s es similar al de una galera de tnelRAMPAS:POZOS:tiene mayores dificultades que las rampas y se sigue el siguiente proceso generalmentea) Replanteo planimtrico sobre perfil de montera: a partir del perfil de montera se establece la posicin y profundidad del pozo. El replanteo planimtrico y la determinacin de la cota de un pozo en superficie, ha de realizarse con todo a precisin, para de esta forma poder acceder con toda exactitud a la rasante de la galera.b) Control de la excavacin vertical: una vez que el centro del pozo ha sido replanteado en superficie, ha de ser perfectamente referido a fin de instalar un sistema auxiliar de replanteo que permita, por medio de una plomada ptica o lser materializar el eje central vertical.c) Bajada de cota a rasante de tnel: a partir de los datos obtenidos y conociendo la rasante de la galera o tnel se obtiene la profundidad delpozo.TRANSFERENCIA DE ORIENTACIN AL FONDO DE UN POZOHay que tener en cuenta que en los pozos a partir de ciertas profundidades se producen fenmenos de refraccin, irisacin y vibracin de las visuales pticas efectuadas desde la superficie, debidos a la constitucin de las diversas capas de aire que se atraviesan, afectadas de gradiente de temperatura, humedad y polvo en suspensin, resultando que:

a) Hasta 100 m de profundidad: visuales buenasb) De 100 a 200 m de profundidad: visuales regulares c) De 200 a 400 m de profundidad: visuales malasd) A partir de 400 m de profundidad: visuales inutilizables

Por visuales pticas de teodolito :

TRANSFERENCIA DE ORIENTACIN AL FONDO DE UN POZOEsta transferencia se puede realizar con tres variaciones: directa, medidas lineales o angulares.Por transferencia directa las plomadas de gravedad utilizadas consisten en grandes tornos donde se enrolla el cable que las soporta, es peso de las mismas ha de ser proporcional a su longitud. Son sistemas muy aparatosos.Por transferencia con medidas lineales o angulares se basa en la utilizacin de la medida de ngulos y distancias, para, mediante trigonometra, sacar la distancia buscada al fondo del pozo.Por plomadas de gravedad :

TRANSFERENCIA DE ORIENTACIN AL FONDO DE UN POZOA partir de 200 m de profundidad, cuando las condiciones de observacin no son buenas, se opta por utilizar plomadas pticas de gran precisin. Este instrumental permite sealizar en fondo de forma directa la proyeccin ortogonal de puntos de eje o centro de pozo, para posteriormente poder estacionar en los mismos, de tal manera que la transferencia puede hacerse de forma directa sin necesidad de clculo auxiliar alguno, comparado con el teodolito.Con plomadas pticas :

TRANSFERENCIA DE ORIENTACIN AL FONDO DE UN POZOUtilizando prismas pentagonales se puede permitir la transferencia de orientacin al fondo del pozo. Esto se combina con escalas en fondo. Con ayuda de varias visuales se puede obtener la correcta orientacin. Actualmente el mtodo est en desuso pues tiene una gran fuente de error al medir puntos intermedios.Con prismas pentagonales :

TRANSFERENCIA DE ORIENTACIN AL FONDO DE UN POZOEl teodolito giroscpico es actualmente el mtodo ms moderno y exacto de transferencia de direcciones o acimuts al fondo de un pozo. La virtud de su utilizacin para transferir direcciones, radica en la posibilidad de determinar el acimut de una direccin con respecto al norte del instrumento.Utilizando el teodolito giroscpico:

TRANSFERENCIA DE ORIENTACIN AL FONDO DE UN POZOExisten otra serie de mtodos de transferencia de direcciones al fondo de un pozo, generalmente poco utilizados, entre los cuales se podra citar el de la lanzadora de bolas. El mtodo consiste en colocar en la lnea del eje en superficie unas bolas de acero de varios mm de dimetro, suspendidas de un electroimn, soltar las bolas desde la boca del pozo, a fin de que impacten en unas placas con superficie plstica deformable, situadas en el fondo; luego los centros de los impactos en las placas definen el eje transferido.Sistemas varios de transferencia de acimut o direccin al fondo de un pozo:

REPLANTEO DEL EJE DEL TUNEL.Una vez realizados los trabajos de enlace entre bocas y el paso por montera, y antes de comenzar la excavacin, se marca, siguiendo la alineacin del eje del tnel, un mnimo de tres puntos en cada uno de los extremos. Estas referencias se eligen de forma que no se vean afectadas por los trabajos de excavacin y se sealan de forma permanente. .Estacionando un instrumento topogrfico en el punto central y visando al siguiente, tendremos materializada la alineacin inicial del tnel y podremos comenzar el Replanteo del eje.El tercer punto nos servir como comprobacin

Mtodos ConstructivosLos tneles se caracterizan por su trazado y seccin; definido por criterios geomtricos como la pendiente, radio de curvatura, entre otros.

Consiste en aplicar sobre dicho sostenimiento una capa de hormign u otros elementos estructurales con el fin de dar resistencia.RevestimientoSe refiere a los elementos estructurales de sujecin del terreno, aplicados inmediatamente despus de la excavacin con el fin de asegurar su estabilidad.SostenimientoPerforacin y voladura mediante explosivos

Es el mas utilizado para tneles en roca, aplicado cuando la roca es muy abrasiva y muy resistente o se encuentra en estado masivo.

Mtodos de excavacin en tneles Excavacin mecnica mediante tuneladoras o toposLa tuneladora es una mquina capaz de excavar tunelesa seccin completa, a la vez que colabora en la colocacin de un sostenimiento si este es necesario, ya sea en forma provisional o definitiva.

NUEVO METODO AUSTRIACO NATM Se basa en la integracin del terreno que rodea a la excavacin en el anillo estructural autoportante formado entorno a la cavidad, de forma que el terreno forma parte integrante en l. Dicho mtodo pretende relajar el estado tensional del macizo rocoso entorno al tnel, permitiendo su deformacin hasta un punto de equilibrio en que el sostenimiento controla dicha deformacin, anclando ste al propio terreno.Caracterizado bsicamente por el empleo del hormign proyectado como soporte primario

Se pretende que las condiciones resistentes del macizo sufran la menor alteracin posible, controlando (con medidores de convergencia, extensmetros, etc.) Las deformaciones del terreno que se producen por descompresin al excavar y minimizando su magnitud por medio de un gunitado del terreno excavado y de otras tcnicas complementarias.

Con ello se pretende que el terreno colabore como elemento resistente con el recubrimiento definitivo del tnel que en consecuencia resulta de bastante menos espesor que el que se obtendra con un mtodo tradicional.

Tiene las siguientes fases:

Excavacin realizada con los medios que requiera el terreno, a plena seccin o por bataches.

Entibacin provisional inmediata a la excavacin, generalmente por medio de un gunitado que puede ir armado con una malla metlica y si es necesario reforzado con bulones, inyeccin o incluso ayudado por cerchas metlicas cuando el cierre de la cavidad se produce tan rpidamente que no da tiempo a que la gunita se haya endurecido.

Medicin de convergencias y deformaciones del terreno, tensin de los bulones, cerchas, etc. Esta auscultacin se lleva a cabo por medio de clulas de presin, extensmetros de superficie o internos, y medidas topogrficas que indican el momento en que el terreno ya ha quedado equilibrado con el recubrimiento provisional.

Monitoreo de deformaciones dentro del macizo con extensmetros y de esfuerzos de traccin en pernos a travs de pernos de carga.

Revestimiento primario Instalado contemporneamente a excavacin

Sello de Hormign proyectado Malla soldada exterior Marco de acero (reticulado o de alma llena) 1 capa de HP, mx. 15 cm espesor Malla interior, fijada a marco 2 capa de HP

DISEO ESTRUCTURAL, REVESTMIENTO Y ARMADURASRevestimiento secundario - Alternativa usual en tneles de dimensin reducida:

Doble cscara de hormign proyectado: Revestimiento secundario de hormign proyectado (cscara compuesta)En general, reforzado con fibras y con aditivos especiales Sistema de impermeabilizacin: membranas de impermeabilizacin proyectables medidas especiales de captacin y evacuacin de agua

MTODO BELGA Se caracteriza por la progresiva excavacinde los elementos que componen el tnel, de tal forma que se van retirando los elementos ms estables del tnel evitando el hundimiento o la falta de estabilidad del frente.

Se realiza la excavacin abriendo una pequea galera en clave del tnel para ir ensanchndola poco a poco, protegiendo y entibando el frente, hasta permitir hormigonar toda la bveda.La bveda se sostiene en el terreno mediante un entramado progresivo de madera. La bveda se asegura con unencofradoy cuando est asegurada, la parte inferior se va excavando a medida que se va asegurando el avance.

Excavacin de la bveda. Realmente se inicia con una galera de avance, entibada en la zona de clave, que va unos metros por delante de la bveda, y desde la que se ensancha la excavacin de esa zona. Esta excavacin va unida a la debida entibacin.Hormigonado de la bvedacon inyeccin del trasds para rellenar huecos y asegurar el contacto terreno-hormign.Excavacin y entibacin de hastiales por bataches, previa excavacin en destroza.Hormigonado de hastiales por bataches.Destroza y hormigonado de la contrabveda.

VENTILACION

Sistemas de ventilacinHistricamente, el primer motivo para instalar sistemas de ventilacin en los tneles era la reduccin de los niveles de contaminacin. Aunque las emisiones de contaminantes de los vehculos han disminuido drsticamente durante las ltimas dcadas, esta funcin sigue siendo importante y se debe tener especialmente en cuenta durante la etapa de proyecto. Las necesidades de ventilacin en los tneles de carretera, debido a las emisiones de gases y humos de la combustin, producidos por los vehculos que circulan por los mismos, exige la implantacin de sistemas forzados, que sean capaces de diluir y evacuar los humos y gases contaminantes.

objetivosCONDICIONANTES DEL DISEO DE LA VENTILACIN

TIPOS DE VENTILACIN

VENTILACION NATURAL

VENTILACION LONGITUDINAL

Es aquella en la que se fuerza la circulacin natural del aire a lo largo del tnel. Por una de las bocas entra aire fresco y por la boca contraria sale el aire viciado. El sentido de circulacin del aire sera conveniente que coincida con el de la circulacin de los vehculos cuando el tnel es unidireccional, con objeto de aprovechar el efecto pistn que producen stos. VENTILACION SEMI-TRANSVERSALVENTILACION TRANSVERSAL.

ESTRATEGIAS DE VENTILACION vial en tneles16Manuel Romana RuiziTrazadoenplantaCurvas amplias como en exteriorMejor las bocas en curvaTener en cuenta sobreancho por visibilidad de paradaTrazadointeriorLos mismos carriles en el interior que en los accesosNOEl tnel debe ser fcilmente legibleEvitar las intersecciones dentro del tnelNOTrazadoinadecuadoAlineacioneshorizontalesEjemplo de tnel corto en curvaDespejelateralencurvasPerdida de visibilidad de parada en carril derechoSeparacinentrecalzadasUN TNEL NO ES UN AGUJERO NEGROUN TNEL ES UNA PARTE DEL SISTEMA DE CIRCULACIN VIAL Y DEBE PROYECTARSE TENIENDO EN CUENTA AL USUARIO