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ESTUDIOS DE INGENIERIA DEL TUNEL MARCAVALLE EN LA VIA DE EVITAMIENTO LA OROYA - PERU

ANTONIO SAMANIEGOORLANDO FELIXCARLOS SOLDI

LA OROYA

Pachachaca

UBICACION

◊ La vía de evitamiento La Oroya, evitará que el

tráfico de Lima a Cerro de Pasco y/o Tarma pase

por la ciudad de La Oroya

◊ La longitud de la vía es de 14.2km, que incluye 2

intercambios viales

◊ La vía de evitamiento comprende 5 puentes y 2

túneles

◊ El Proyecto corresponde al Diseño Definitivo de

los Túneles y Puentes

El Proyecto

Km. 14+638.67 = km. 4+700Carretera La Oroya-Cerro de Pasco

Puente Curipata

VIA DE EVITAMIENTO

Tunel Marcavalle

Puente Shinca

Tunel Shinca

Puente Tambo

Km. 0+000 = km. 162+500Carretera Central

Distribuición

Del

Proyecto

Alcance de los Trabajos

Programación y ejecución del programa de

investigaciones de campo

Definición del trazo definitivo de la vía en cada puente

y túnel

Diseño a nivel definitivo de los puentes y túneles

Elaboración de expedientes de licitación

Datos básicos

• Temperaturas: 9.1 ºC media anual, 23.3 ºC máxima instantánea

y - 4.4 ºC mínima instantánea

• Altitud: entre 3,770 y 4,000 msnm

• Precipitación: 577.5 mm media, 35.9 mm máxima en 24 horas

• Dimensiones principales:

Puente intercambio N°1Puente CuripataPuente TamboTúnel MarcavalleTúnel ShincaPuente ShincaPuente Intercambio N°2

ESTRUCTURA DIMENSIONES

14.5 m.71 m.

170 m.1330 m.

141 m.140 m.40 m.

TUNELES - INTRODUCCION

• Las dimensiones generales de los túneles son:

• Se limitó pendiente en el túnel a 3.5% para mayor seguridad

vial y reducir riesgo de incendios

• Se limitó radio mínimo de curvas en el túnel a 900m. por

motivos de visibilidad

• Sólo el túnel Marcavalle tendrá ventilación, iluminación,

sistema contra incendio y comunicaciones

• Ambos túneles tendrán sistemas de señalización

Túnel Longitud Ancho Alto Sección Revestimiento(m) (m) (m) (m2)

Marcavalle 1,330 9.8 7.1 58.59 Concreto Shinca 141 9.8 7.1 58.59 Shotcrete

Investigaciones Geológicas y Geotécnicas Túneles

• Interpretación de Información Satelital y Aerofoto

• Mapeo Geológico de la Zona del Proyecto. Esc. 1:50,000

• El Mapeo Geológico del Trazo de los túneles se realizó a escala1:2000, y el de los portales a escala 1:200

• Perfiles de Refracción Sísmica y Sondajes Eléctricos

• Perforaciones Diamantinas con Profundidades de 20 - 160 m.

• Pruebas de Campo: Carga Puntual, Esclerometría, Dilatometría,Orientación de Testigos, Permeabilidad Lugeon, Registros RMRy Q

• Ensayos de Mecánica de Rocas: Corte Directo, CompresiónTriaxial, Compresión Uniaxial, propiedades elásticas,Propiedades Físicas, Tracción.

Mapa Geológico e Imagen Satélite

Fotografías en zona de Túneles

Túnel Marcavalle. Portal de Entrada


Túnel Marcavalle. Vista Panorámica del Eje


Túnel Marcavalle. Portal de Salida

Túnel Marcavalle Perfil Geotécnico (1)

Túnel Marcavalle Perfil Geotécnico (2)

Túnel Marcavalle. Sección Típica - Criterios

• Capacidad de Tránsito requerida en los túneles

• Ancho y características de la calzada

• Dimensiones para veredas y zonas de estacionamiento

• Espacio para ductos, tuberías, cables

• Drenaje transversal y longitudinal

• Ubicación de la iluminación y señales de tráfico

• Espacio para ventiladores

Tipos de Roca

Roca Tipo II(Masa Rocosa de Buena Calidad)

Roca Tipo III(Masa Rocosa de Calidad Media)

Roca Tipo IV (Masa Rocosa de Mala Calidad)

Roca Tipo V (Masa Rocosa de Muy Mala Calidad)

Rocas muy alteradas, con estratificación muy delgada, fracturación intensa, con las juntas o diaclasas rellenas de material arcilloso, intercaladas con estratos de rocas suaves.RMR < 25

NOTA: Las zonas de los portales hasta los primeros 50 a 100 m de ambos túneles, y las zonas de falla que atraviese la excavación, serán tratadas como masas rocosas de Tipo V.

Calizas sanas, estratificadas y con escaso fracturamiento.

RMR > 60

Calizas ligeramente intemperizadas, estratificadas y fracturadas.

60 > RMR > 40

Calizas alteradas, con estratificación delgada, fracturación media a intensa, con intercalaciones de estratos de rocas suaves.

40 > RMR > 25

Secuencia de Excavación• Avance del frente del túnel, en tres etapas:

Remoción del piso

de trabajo

empleado durante

la excavación

de los túneles, hasta

alcanzarse

la cota de diseño

del piso final.

• Para cada etapa de la excavación, se instalará el refuerzo necesario de acuerdo con la calidad de la masa rocosa que se encuentre.

La parte superior

del túnel

hasta la bóveda,

con 4 m de altura

y 7 m. de ancho

en el piso

La parte inferior de la

sección transversal

en dos etapas,

hasta un piso de trabajo

temporal a ubicarse

entre 0.70 y 1.0 m por

encima del piso final de la

excavación

Secuencia de Excavación

4.30 m

SEGUNDA ETAPA

5.50 m

8.30

m

PRIMERA ETAPA

Vista Isométrica de la Secuencia de Excavación recomendada para los túneles

Tipo de roca RMR GSI Calificación

II 61-80 60 Buena

III 41-60 45 Regular

IV 21-40 30 Mala

V <20 10 Muy mala

Valuación de Calidad del Macizo Rocoso

Tipo de Roca mb s a

II 2.40 0.0120 0.50

II 1.40 0.0020 0.50

IV 0.82 0.0000 0.50

V 0.40 0.0000 0.60

Valores de los parámetros de resistenciadel macizo rocoso

Tipo de Roca Em(MPa)

R. Poisson G (MPa)

II 14,900 0.20 6,200

III 6,300 0.25 2,500

IV 2,600 0.25 1,000

V 800 0.30 300

Valores del módulo de elasticidad, Relación dePoisson y Módulo de Rigidez del macizo rocoso

Análisis Estructural del Túnel

Pasos utilizados para similar la secuencia de excavación:

• 0 → 1 Estado inicial

• 1 → 2 Excavación del techo del túnel (corona)

• 2 → 3 Se coloca shotcrete temporal en el techo del túnel y seinstalan pernos de anclaje. Dado que el shotcrete esreciente. Para el modelamiento se redujo la resistencia ymódulo de deformación a E’= 10GPa para simular esteefecto mientras que los pernos se modelaron aresistencia completa.

• 3 → 4 Excavación de banco del hastial izquierdoy del piso (invert)

Análisis Estructural del Túnel

• 4 → 5 Se coloca shotcrete en hastial excavado y se instalan lospernos de anclaje según diseño para cada tipo de roca.Para esta etapa se modela el shotcrete del techo aresistencia completa mientras que el shotcrete del hastialse modela a resistencia y módulo de deformaciónreducida. Se repite el proceso de manera similar para laexcavación del banco del hastial derecho siguiendo losmismos conceptos de resistencia y módulo dedeformación.

• 5 → 6 Se modela la capa total de shotcrete a resistencia ymódulo de deformación completa.

• 6 → 7 Se instala el revestimiento final se modela a resistenciatotal se asume que el shotcrete temporal esta deterioradoy todas los esfuerzos han sido transferidos al revestimientofinal.

Roca Tipo III Factores de Seguridad – Etapa 1(Sin sostenimiento)

Roca Tipo III Factores de Seguridad – Etapa 1 (Con sostenimiento)

Roca Tipo III Factores de Seguridad – Etapa 2(Con Sostenimiento)

Roca Tipo III Factores de Seguridad – Etapa 3(Con Sostenimiento)

Roca Tipo III Factores de Seguridad – Etapa 4 (Con revestimiento final)

Roca Tipo III Deformaciones (m) – Etapa 0(Sin Sostenimiento)

Roca Tipo III Deformaciones (m) – Etapa 1(Con Sostenimiento)

Roca Tipo III Deformaciones (m) – Etapa 4(Con revestimiento final)

Roca Tipo III Esfuerzo Principal Mayor (MPa) – Etapa 4(Con revestimiento final)

Roca Tipo III Esfuerzo Principal Menor (MPa) – Etapa 4 (Con Revestimiento Final)

Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca

• 3 m de avance por disparo• Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 3 m long., cementados e instalados ocasionalmente

(cuando se requiera)• 50 @ 75mm de Shotcrete

11 m

4.00 m

TERCERA ETAPA

8.40 m

PRIMERA ETAPA

SEGUNDA ETAPA

Roca Tipo II


• 2 a 3 m de avance por disparo• Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 3 m long., cementados y espaciados a 2.0 m en ambas direcciones• Una capa de malla de acero electrosoldada• 75 @ 100 mm de Shotcrete

Roca Tipo III

4.00 m

PRIMERA ETAPA

8.40 m

11 m

SEGUNDA ETAPA TERCERA ETAPA


• 1.50 m de avance por disparo• Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 4 m long., cementados y espaciados a 1.5 m en ambas direcciones• Una capa de malla de acero electrosoldada• 100 @ 150 mm de Shotcrete• Cerchas de acero reticuladas, espaciadas a 1.5 m

Roca Tipo IV

11 m

SEGUNDA ETAPA

4.00 m

PRIMERA ETAPA

8.40 m

TERCERA ETAPA


• 0.8 - 1.0 m de avance por disparo• Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 5 m long., cementados y espaciados a 0.8 m en ambas direcciones• Una capa de malla de acero electrosoldada• 150 @ 200 mm de Shotcrete• Cerchas de acero reticuladas, espaciadas a 0.8 m

Roca Tipo VPRIMERA ETAPA

11 m

5.00 m

CUARTA ETAPA

SEGUNDA ETAPA TERCERA ETAPA

6.00 m

Monitoreo GeotécnicoSistema de Monitoreo Integrado del Túnel

• Monitoreo de Deformación

• Evaluaciones de Nivelación

• Dimensiones del perfil (Verificación de perfil y curvatura

• Setting Out

• Red Geodésica

• Control mediante laser

Sistema de Control mediante laser

Control de alineamiento de cerchas en el túnel

Instalaciones Auxiliares Túnel MarcavalleSistema de Ventilación - Demanda de Aire

2000 2010 2020 2000 2010 2020 2000 2010 2020

Emisión (m3/h ó mg/h) 23.17 37.74 61.51 2.45 4.00 6.52 605,339 986,285 1,607,280Límite Máximo Permisible

Caudal de aire necesario (m3/h) 182,773 297,794 485,294 258,150 420,607 685,434 403,559 657,524 1,071,520

Qreq (m3/s) 51 83 135 72 117 190 112 183 298Velocidad del aire en el túnel (m/s) 0.85 1.38 2.25 1.20 1.95 3.17 1.87 3.04 4.96

Parámetros CO (m3/h) NOx (m3/h) Hollín (mg/h)

200 ppm 15 ppm 1.50 mg/m3

Instalaciones Auxiliares Túnel MarcavalleSistema de Ventilación - Criterios de Diseño

• El aire circulará desde el portal de salida hacia el portal de entrada, por efectode la pvn.

• El Túnel Marcavalle, por su longitud, requiere de un sistema de ventilaciónmecánico.

• Dilución del monóxido de carbono, gases nitrosos y hollín a niveles máximospermisibles (200 ppm, 15 ppm y 1.5 mg/m3 respectivamente)

• La demanda máxima corresponde al año 2020: Se requiere una velocidad de5 m/s para la dilución del hollín (visibilidad)

• Para emergencias (incendio en el túnel), se ha considerado una velocidad delaire de 8 m/s.

• El sistema comprende 13 estaciones de ventilación equipadas con dosimpulsores (jet-fans) de 1.5 m de diámetro externo cada una, espaciadas cada100 m a lo largo del túnel.

Túnel Marcavalle Perfil del Sistema de Ventilación

Cada estación consta de dos impulsores (jet fans) de 1500 mm de diámetro externo,

equpados con motores de 20 kW c/u y fijados a la bóveda del túnel

Distribución de las estaciones de ventilación a lo largo del Túnel Marcavalle

FLUJO DE AIRE

100 m 100 m

Portal deSalida

100 m 100 m 100 m 150 m 60 m

Entrada

100 m 60 m 60 m

Portal de

Túnel Marcavalle. Ubicación de Ventiladores

Límite de la excavación

Ventiladores de1500 mm de diam. ext.,espaciados cada 100 m 7.10 ma lo largo del eje del túnel

9.00 m

11 m

5.30

m

9.80 m

Iluminación - Criterios de Diseño• Se diseñó para que el tráfico se aproxime, atraviese y salga del túnel a

velocidad apropiada

• La intensidad de la iluminación se definió por tramos, contados desde los

portales.

• Las luminarias se instalarán colgadas de la bóveda del túnel a una altura

de 5 m. sobre la calzada.

• Luminarias tipo Vapor de Sodio de Baja Presión.

• Alimentadores en bandejas metálicas ubicadas en canaletas bajo piso.

Acceso Umbral (60m)

1raTransición(100m)

2da Transición

(100m)

Interior

Luminancia cd/m2 3,500 188

79 36 7

N° de lámparas de 91W

224x2

160x2 66x2 102

Túnel Marcavalle Agua Contra Incendio - Criterios de Diseño

• Se seleccionó un sistema aislado provisto de 2 tanques de

abastecimiento de 60 m3 cada uno.

• Cuenta con 2 bombas de 500 GPM cada una, una accionada por un motor

eléctrico y otra por un grupo diesel. Adicionalmente cuenta con una

bomba jockey para mantener presión en el sistema.

• Permite una presión mínima de 6 atm y abastecer hasta 1200 l/min

• Se dispondrá cada 100 m, de gabinetes provistos de mangueras de 60 m

cada una y de extintores de polvo seco.

• El sistema está dimensionado para que 2 suministradores contiguos

puedan abstecer hasta 1200 l/m a una presión de 0.6 a 1.2 MPa.

Túnel Marcavalle. Suministro Eléctrico

• Línea de transmisión de aproximadamente 1 km desde la SE Alambrón en

Huaymanta, a 11KV, y que en el futuro operará a 10KV.

• Para emergencias grupo diesel y sistema de baterías como back up.

• La distribución será en tensiones de 480V y 230V.

• El sistema está capacitado para abastecer una carga de hasta 850kW.

• La demanda de iluminación será 105kW de día y 18kW de noche.

• En emergencia, los 15min iniciales se abastecerán con baterías,

posteriormente abastecerá el grupo diesel con autonomía de 24 horas.

Túnel Marcavalle. Seguridad y Control

• Caseta de control

• Sistema de detección de incendio

• Sistema de detección de polución

• Sistema de ventilación

• Manual de mantenimiento

• Sistema de control de altura de vehículo

ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL

• Ha sido establecida teniendo en cuenta los límites de las microcuencas

• Su influencia ha sido determinada por la interacción de los parámetros bióticos, físicos y socioeconómicos

• Comprende las provincias de Yauli (Yauli, Paccha, San Cristóbal de Sacco, La Oroya y Huayhuay) y Tarma (Tarma)

AREA DE INFLUENCIA INDIRECTA

AREA DE INFLUENCIA DIRECTA

Espacio geográfico que podría ser modificado o alterado en forma directa por las diferentes actividades a ejecutar por el proyecto durante sus diferentes fases (pre-ejecución, construcción, operación)

Principales Impactos Ambientales Túneles

• Incremento del ruido y partículas por acción de explosivos

• Alteración de los lugares de nidificación

• Construcción de accesos (Alteración de vegetación, riesgo de

erosión)

• Riesgo de deslizamientos y derrumbes

• Incremento del riesgo de accidentes

• Alteración de las actividades educativas (Túnel Shinca)

• Interferencia con las actividades ferroviarias (Túnel Shinca)

• Alteración de las condiciones socioeconómicas de La Oroya y

poblaciones adyacentes

Medidas de Mitigación - Túneles

• Reacondicionamiento integral de los accesos construidos

• Diseño específico para depósito de desmontes de la excavación

• Traslado temporal de las actividades en escuela (Túnel Shinca)

• Colocación de mallas de protección en lugares de trabajo (laderas)

• Estructuración del Plan de Compensación a las afectaciones

• Estructuración de previsiones para el tránsito ferroviario

GRACIAS

estudios de ingenieria del tunel …€¦ · • 2 →3 se coloca shotcrete temporal en el techo...

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