grupo no 3 ejecucion de tuneles

EJECUCIÓN DE TÚNELES Obras Geotécnicas

AUTORES: Ana María Antolí Gil

Antonio Cerezuela Fernández de Palencia

Marina García Riege

Antonio Juan López Espinazo

Gonzalo López Fernández

Fátima Lora de la Cruz

Maria Rosa Mena Requena

Juan Bautista Morales Due

Laura Robles Martínez

INDICE

1.-INTRODUCCIÓN

2.-RESUMEN

3.-METODOS DE CÁLCULO

1.-INTRODUCCIÓN

2.- CÁLCULOS DE LOS ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO DE LA SECCIÓN.

2.1.- MÉTODOS EMPÍRICOS.

2.2.- MÉTODOS BASADOS EN LAS CLASIFICACIONES

GEOMECÁNICAS.

• CLASIFICACIONES ANTIGUAS: a) TERZAGHI.

b) LAUFFER.

c) DEERE ET AL.

d) RSR.

• CLASIFICACIONES MODERNAS:

a) SISTEMA RMR.

b) SISTEMA Q.

c) RECOMENDACIONES DE ROMANA.

2.3.- MÉTODOS BASADOS EN LOS CRITERIOS DE

CONVERGENCIA Y CONFINAMIENTO.

2.4.- MÉTODOS BASADOS EN EL EMPLEO DE ELEMENTOS

FINITOS O DIFERENCIAS FINITAS.

3.- CÁLCULO DE LA ESTABILIDAD DEL FRENTE.

4.- CÁLCULO DE LAS SUBSIDENCIAS.

• MÉTODOS DE CÁLCULO.

a) MÉTODOS TRADICIONALES.

• MÉTODOS EMPÍRICOS ACTUALES.

a) MODELO DE SAGASETA Y OTEO.

b) MODELO MADRID.

c) EFECTO DE DOBLE TÚNEL d) MODIFICACIÓN DE LA CUBETA DE ASIENTOS O EFECTO DE LA RIGIDEZ DEL EDIFICIO.

4.-MÉTODOS CONSTRUCTIVOS

METODOS DE EXCAVACION

1.-INTRODUCCIÓN

2.-METODOS DE EXCAVACION CONVENCIONALES

3.-PERFORACION Y VOLADURA

3.1.-EXPLOSIVOS Y DETONADORES

4.-METODOS DE EXCAVACION MECANICOS

4.1.- TBM ABIERTAS O TOPOS

4.2.- TBM ESCUDADAS O ESCUDO SIMPLE

4.3.-TUNELADORAS DOBLE ESCUDO

4.4.-ROZADORAS

4.5.-MARTILLO HIDRAULICO

SOSTENIMIENTO

1.-INTRODUCCIÓN

2.-ACCION DEL SOSTENIMIENTO

3.-ELEMENTOS USADOS PARA EL SOSTENIMIENTO

3.1.-HORMIGÓN PROYECTADO

3.1.1.-MÉTODOS DE COLOCACIÓN DEL HORMIGÓN PROYECTADO

3.2.-BULONES

a) Bulones a la resina b) Bulones de expansión hidráulica c) Bulones de anclaje mecánico

d) Bulones autoperforantes

3.2.1.-PARAMETROS DEL BULONAJE

3.3.-CERCHAS

3.4.-CHAPA BERNOLD

3.5.-PARAGUAS DE MICROPILOTES

3.6.-HORMIGÓN ENCOFRADO

4.-DETERMINACIÓN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEL SOSTENIMIENTO

4.1.-METODOLOGÍA DE DISEÑO

REVESTIMIENTO

1.-INTRODUCCIÓN

2.-CRITERIOS PARA COLOCACIÓN DE REVESTIMIENTO

3.-DOVELAS

3.1.-INTRODUCCIÓN

3.2.-CARACTERÍSTICAS DE LAS DOVELAS

3.3.-FABRICACIÓN DE DOVELAS

4.- HORMIGÓN BOMBEADO

4.1.-POSIBLES SITUACIONES

4.2.-FORMAS

4.3.-PUESTA EN OBRA

4.4.- INYECCIONES DE CONTACTO

5.- CAVERNAS

VENTILACION EN TUNELES INDICE

1.-INTRODUCCIÓN

2.-VENTILACION EN CONSTRUCCION

2.1.-VENTILACION SOPLANTE

2.2.-VENTILACION ASPIRANTE

2.3.-VENTILACION POR ASPIRACION E IMPULSION SUCESIVAS

2.4.-VENTILACION ASPIRANTE Y SOPLANTE SIMULTANEAS

3.-TIPOS DE VENTILADORES

3.1.-VENTILADORES CENTRIFUGOS

3.2.-VENTILADORES AXIALES O HELICOIDALES

4.-VENTILACION EN EXPLOTACION

4.1.-VENTILACION LONGITUDINAL

4.2.-VENTILACION LONGITUDINAL CON EXTRACCIONES MASIVAS DE HUMOS

4.3.-VENTILACION SEMITRANSVERSAL

4.4.- VENTILACION TRANSVERSAL

4.5.- VENTILACION MEDIANTE POZOS SITUADOS A INTERVALOS REGULARES

5.-BIBLIOGRAFÍA

INTRODUCCIÓN

1.-HISTORIA DE LOS TÚNELES

Objetivo: El túnel arranca de la necesidad de superar un obstáculo natural, generalmente un macizo montañoso, cursos de agua, fluviales o marinos, y las zonas urbanas densamente edificadas en las que a menudo se incorporan túneles. Entre los usos más frecuentes pueden enumerarse los túneles para vehículos, para redes de ferrocarril urbano o Metros, para uso peatonal, para abastecimiento de agua, saneamiento, galerías de servicio y para almacenamiento de residuos (A.G.P.). El primer túnel de la historia, allá donde ésta se difumina con el territorio del mito, fue el que la leyenda dice mandara construir Semiramis bajo el Eúfrates para comunicar el Palacio y el Templo de Belos en la Babilonia del 2200 a.C. A este formidable trabajo se refieren entre otros los historiadores Diodoro de Sicilia, Herodoto y Estrabon. En realidad, se trataba de un falso túnel, por cuanto no se perforó en galería sino mediante zanja a cielo abierto y posteriormente recubierta, para lo cual se desviaron las aguas del Eúfrates aprovechando el período de estiaje. El siguiente túnel construido bajo el cauce de un río se perforó cuatro mil años después de aquel de Babilonia, obra de los Brunel padre e hijo quienes tras veinte años de lucha denodada y arrojo lograron dominar las furiosas aguas del río Támesis que se resistía a ver perforado su lecho.

A lo largo de la historia y en el seno de distintas culturas se han proyectado y construido túneles con distintos motivos. Así, tanto en el antiguo Egipto, como en las culturas orientales, el túnel ha tenido un marcado carácter religioso. Mientras que en zonas como las Tierras de Canaan (siglo X a.C.) el propósito no es místico o religioso sino ingenieril, hidráulico. Tenían como fin el abastecimiento a las ciudades y la captación de aguas. Pero siguiendo con los principales hitos de la historia de los túneles merece especial referencia el de la Isla de Samos, de un kilómetro de longitud y primero del que se tiene noticia del ingeniero que lo construyó, Eupalinos de Megara, hijo de Naustrofo. Esta obra construida hacia el 530 a.C., servía para el abastecimiento de agua a la capital de la isla. Estuvo en funcionamiento durante un milenio y fue considerada y fue considerada como una de las tres maravillas del Mundo Heleno. También merece especial atención la época del Imperio Romano. Los romanos construyeron túneles con muy diversos propósitos: galerías mineras, túneles para abastecimiento de agua, para alcantarillado, para el drenaje de lagos volcánicos (emisario de Fucino con 5500 m de longitud), en las calzadas romanas (como el túnel de Pausilippo, cerca de Nápoles, con sus 1500 m de longitud), sin olvidar los túneles de propósito militar y las catacumbas.

En la Edad Media, los túneles pierden esa potencia como obras vigorosas de ingeniería civil y derivan en galerías y pasadizos en castillos y fortalezas, obras menores. Durante este período, la minería se robustece y consolida, fundamentalmente en Centroeuropa, surgiendo al filo del Renacimiento la obra maestra de la minería, De Re Metallica de Georgius Agrícola publicada en el S. XVI. Dicha obra recoge con minuciosidad en su texto y en sus grabados las prácticas y técnicas mineras, siendo un libro básico de consulta durante los dos siglos siguientes a su publicación.

El Renacimiento marca el resurgir del hombre así como el de los túneles tras el letargo de la época medieval. Leonardo da Vinci concibe niveles subterráneos en sus proyectos de ciudades y piensa en la posibilidad de perforar túneles allá donde los canales se encuentran con barreras montañosas. El primer túnel del Renacimiento es la Mina de Daroca en la provincia de Teruel. Cuenta con 600 m de longitud, 6 m de anchura y una altura variable entre los 7 y 8 m. Fue construido entre 1555 y 1570 por Pierres Bedel para reconducir y desviar las aguas torrenciales que venían castigando la villa aragonesa. Pero es en el siglo XVIII cuando surge la Era de los Canales y dentro de ella los túneles comienzan a adquirir peso propio: el túnel de Malpas, cerca de Beziers en el Canal de Midi para la unión de los dos mares (Atlántico y Mediterráneo), obra portentosa que impulsa Colbert bajo el reinado del Rey Sol (Luis XIV) es el primer túnel para canal. Este túnel, de 155 m de longitud, 6,5 m de altura y 8 de anchura, fue perforado por Pierre‐Paul Riquet, empleando la pólvora por primera vez. Así comienza la Era de los túneles para canales: tras él muchos túneles se construirán en las siguientes décadas destacando los túneles ingleses para canal, muchos de ellos obra de ese prodigioso ingeniero que se llamó James Brindley. La experiencia adquirida con la construcción de túneles para canal resultaría valiosísima en el período siguiente, ya superado en el corazón de Europa el umbral de la Revolución Industrial, la Era de los Ferrocarriles. También en Estados Unidos se van imponiendo los túneles en la segunda parte del siglo XIX. Cabe recordar dos túneles bajo el río de Chicago abiertos en 1869 y 1871, que sirvieron como la única vía de escape para los habitantes de la ciudad durante el feroz incendio que redujo la ciudad a cenizas en octubre de 1871, sólo cuatro meses después de inaugurarse el túnel de la calle La Salle. El túnel Hoosac marca también sin duda un hito a nivel de avances tecnológicos, como el de la utilización por primera vez de la nitroglicerina en este tipo de obras, y el túnel de Saint Clair construido a finales del XIX bajo el río que le da nombre entre EE.UU y Canadá mediante un escudo de 6.45 m de diámetro. Son innumerables los túneles construidos desde entonces hasta la actualidad, así como las mejoras en las técnicas y elementos constructivos que poco a poco han alcanzado un grado de eficacia inimaginable.

2.-TIPOS DE TUNELES Los túneles se construyen excavando en el terreno, manualmente o con máquinas. Los sistemas habituales de excavación subterránea son:

o Medios mecánicos o Voladuras o Medios manuales

Desde el punto de vista de la Geotecnia, los túneles se clasifican según el terreno que se va excavar, actualmente se clasifican según el sistema RMR (Rock Mass Rating/Clasificación de la Masa Rocosa) que se obtiene como suma de cinco números que son función de:

Resistencia a compresión simple de la roca matriz.

RQD (Rock Quality Designation) Designación de La Calidad de Roca.

Espaciamiento de las discontinuidades.

Condición de las discontinuidades.

Condición del agua.

Orientación de las discontinuidades. El sistema RMR está sintetizado en una serie de gráficos de apoyo a la clasificación original que permite una vez que se obtiene el RMR básico (un número entre 0 y 100), ajustarlo en función de la relación entre la orientación del túnel y de las discontinuidades. La definición de las condiciones "muy favorables" a "muy desfavorables" aparece inicialmente propuestas en el sistema RSR. La clasificación RMR proporciona también la calidad global de la roca, que se agrupa en cinco categorías.

A partir del índice RMR es posible obtener:

Una idea del tiempo de estabilidad de excavaciones sin soporte

Unas recomendaciones para el sostenimiento en túneles de forma de arco de herradura 10 m de ancho, construidos por el sistema convencional (voladura) siempre que la presión vertical sea inferior a 25 MPa (250 kg/cm2) equivalente a un recubrimiento de 100 m y asumiendo una γ = 2.7 T/m3 ; σ(V) = 27 kg/cm2.

Correlaciones con otras propiedades del macizo rocoso. Algunas correlaciones ya formaban parte de la clasificación original.

Desde el punto de vista de la sección transversal, los túneles tienen distintos usos, en función de éstos se distinguen las principales tipologías:

o Túneles de carreteras. o Túneles de ferrocarriles. o Túneles para el transporte de agua.

Es necesario decidir al inicio del proyecto el diseño de la sección transversal que estará condicionada por su adaptación al uso que se quiere dar al túnel y por tanto que cubra las necesidades al construirlo. El tipo de sección también estará influenciado por la necesidad de resistir adecuadamente los esfuerzos del terreno. Otros factores como los métodos disponibles para la excavación del túnel también condicionará la elección de un tipo de sección u otra. En el dimensionamiento y morfología de la sección transversal entrarán en juego diversos factores como son la anchura necesaria para que circulen los

vehículos, el paso del tren o la cantidad de agua que se necesita transportar además habrá que incluir las necesidades geométricas de las instalaciones y equipamientos del túnel. Las secciones transversales que se diseñan habitualmente son:

Secciones circulares: Este tipo de sección se realiza siempre que se adapte al uso, por ejemplo, no es práctico en el caso de carreteras puesto que hay que sobreexcavar y después rellenar la parte inferior para constituir la explanada, sin embargo hay ocasiones que es obligado elegir este tipo de sección, por ejemplo si se excava con tuneladora. Los diámetros en este tipo de sección pueden variar entre 1,5m que perforan microtuneladoras hasta los 15 m de diámetro que perforan las tuneladoras que realizaron los túneles de la M-30 en Madrid, las más grandes en el año 2005. El uso principal de este tipo de sección es para túneles de ferrocarril, metro y obras hidráulicas, aunque como se ha comentado anteriormente también para túneles carreteros.

Sección en herradura: Es el tipo de sección elegido principalmente para los túneles de carretera y ferrocarril. La sección tendrá la anchura necesaria para la circulación del tráfico o del tipo de tren, gálibo necesario para la circulación de los vehículos, anchura de las aceras y las necesidades geométricas de las instalaciones del túnel. Por ejemplo en la construcción de la Línea ferroviaria de alta velocidad Madrid-Sevilla los túneles de doble vía tienen una sección neta de 75 m2 En el caso de túneles carreteros las dimensiones de la sección estarán condicionadas por el número de carriles, sabiendo que en general cada carril tiene una anchura de 3,50 m y que se puede reducir hasta los 3,0 m excepcionalmente como es el caso de carreteras de montaña. Otra medida a tener en cuenta para definir la sección será el gálibo, en general el mínimo es de 4,50 m, aunque en autopistas/autovías lo habitual será un gálibo mínimo de 4,75 m en calzada.

Otros tipos de sección: Presentan morfologías variadas que se muestran en los croquis de las figuras 3,4 y 5. La forma de la sección está condicionada por la necesidad que tienen que cubrir, los usos pueden ser canales y alcantarillados, galerías de tránsito peatonal, galerías en minería, galerías de conexión de vehículos, túneles de navegación. La superficie de estas secciones suelen ser pequeñas excepto en el caso delos túneles para navegación.

RESUMEN

RESUMEN

En la primera parte del trabajo, hemos hecho una introducción en la que hemos comenzando hablando

sobre como han evolucionado los túneles a lo largo de la historia y los diferentes tipos de tuéneles que

hay desde dos puntos de vista distintos, desde el punto de vista de la geotecnia y según su sección

transversal.

Por otro lado en la parte de metodologías de cálculo, destacamos la importancia de calcular los tratamientos de mejora del macizo rocoso y los elementos de sostenimiento. Resulta imprescindible su cálculo ya que cuando excavamos un túnel se genera un nuevo estado tensional en el macizo en relación con la geometría de la excavación y las características geométricas del macizo en cuestión. La alteración de las tensiones en condiciones de equilibrio tiene un efecto directo sobre el terreno circundante provocando deformaciones permanentes e, incluso, puede provocar el colapso de la pared de excavación.

Explicaremos los distintos métodos para la justificación y comprobación de los sostenimientos de un túnel (métodos empíricos, métodos basados en las clasificaciones geomecánicas, métodos basados en criterios de convergencia y confinamiento…). Además de los cálculos en el sostenimiento, hay que asegurar la estabilidad del frente y para ello se han ido desarrollando y perfeccionando metodologías para así poder aumentar la seguridad en el frente de excavación.

En la parte de métodos constructivos hemos hablado de los diferentes tipos de excavaciones, los

diferentes tipos de sostenimientos y revestimientos y de la ventilación en túneles.

En cuanto a los métodos de excavación, se ha hecho una clasificación de los diferentes métodos a

utilizar dependiendo de si la construcción del túnel es en terreno blando o en terreno duro y se han

comentado los criterios a tener en cuenta a la hora tanto de realizar la excavación como de elegir el

método de excavación.

A continuación, se han descrito brevemente tanto los métodos convencionales de excavación, como los

mecánicos y la perforación y voladura, en el que se ha hecho un ejercicio práctico de cálculo de una

voladura. Además se han citado las ventajas e inconvenientes de cada método. En cada uno de estos

métodos se han detallado los materiales necesarios para poder efectuar los trabajos de excavación.

En el sostenimiento, en primer lugar hemos hecho una introducción en la que hemos expuesto porque

son necesarios, posteriormente hemos comentado los diferentes tipos de sostenimientos (hormigón

proyectado, bulones, cerchas…), finalmente hemos terminado este apartado del trabajo exponiendo la

metodología de diseño de los elementos estructurales del sostenimiento.

En el revestimiento hemos comenzado definiendo en que consiste y los criterios para la colocación del revestimiento, una vez introducido el concepto de revestimientos, hemos expuesto tres tipos de revestimientos (dovelas, hormigón bombeado y caverna) En la ventilación hemos comenzando comentado porque es necesaria la ventilación en los túneles. A

continuación hemos comentado los tipos de ventilación que hay tanto en las fases de construcción

como en las de explotación y las funciones principales que se buscan con cada tipo de ventilación.

MÉTODOS DE CÁLCULO

METODOS DE CÁLCULO INDICE

1.-INTRODUCCIÓN



2.2.- MÉTODOS BASADOS EN LAS CLASIFICACIONES

GEOMECÁNICAS.

• CLASIFICACIONES ANTIGUAS: a) TERZAGHI.

b) LAUFFER.

c) DEERE ET AL.

d) RSR.

• CLASIFICACIONES MODERNAS:

a) SISTEMA RMR.

b) SISTEMA Q.


2.3.- MÉTODOS BASADOS EN LOS CRITERIOS DE

CONVERGENCIA Y CONFINAMIENTO.

2.4.- MÉTODOS BASADOS EN EL EMPLEO DE ELEMENTOS

FINITOS O DIFERENCIAS FINITAS.

3.- CÁLCULO DE LA ESTABILIDAD DEL FRENTE.

4.- CÁLCULO DE LAS SUBSIDENCIAS.

• MÉTODOS DE CÁLCULO.


• MÉTODOS EMPÍRICOS ACTUALES.


b) MODELO MADRID.

c) EFECTO DE DOBLE TÚNEL d) MODIFICACIÓN DE LA CUBETA DE ASIENTOS O EFECTO DE LA RIGIDEZ DEL EDIFICIO.

1.- INTRODUCCIÓN

Desde el comienzo de la construcción de los túneles, todos aquellos expertos fueron desarrollando

metodologías de cálculo para garantizar la estabilidad de las excavaciones, el sostenimiento de los

terrenos o el equilibrio del frente. Estas metodologías han ido evolucionando a lo largo de los años, con

mejoras de métodos ya existentes o con la aparición de nuevas fórmulas.

En este apartado del trabajo se va a realizar un resumen de los principales métodos, empezando por los

precursores hasta los elementos finitos.


Cuando emprendamos un proyecto para túneles, es imprescindible calcular los tratamientos de mejora

del macizo, así como, los elementos de sostenimiento: aquellos elementos estructurales que pueden

modificar las condiciones de contorno y suministrar las contrapresiones necesarias para mantener la

estabilidad del propio túnel.

La razón de la necesidad de realizar dichos cálculos reside en que, en la excavación de un túnel, se

genera un nuevo estado tensional en el terreno relacionado con la geometría de la excavación así como

las características geométricas de éste. Esta alteración de las tensiones en las condiciones de equilibrio

afecta al terreno circundante provocando deformaciones permanentes o colapso de la pared de

excavación.

Los siguientes métodos son los empleados para este propósito: la justificación y comprobación de los

sostenimientos de un túnel:


Estos métodos basados en la experiencia se aplican a suelos o rocas muy debilitadas y ejemplos de este

tipo de métodos son: el Método Alemán, el Método Belga o Tradicional de Madrid.

2.2.- MÉTODOS BASADOS EN LAS CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS.

Se basan en un modelo geológico, diferenciando y agrupando los distintos materiales según su litología

y calidad. Permite señalar los puntos de discontinuidades y fallas introducidos como elementos

singulares en el proyecto o las que se van a considerar dentro de la calidad del macizo perjudicando sus

características.

Las clasificaciones geomecánicas están adaptadas a los macizos rocosos, aceptando, en general,

resistencias a compresión de la roca inferiores a 1 MPa características de los suelos. Podemos subdividir

esta tipología de métodos en aquellos basados en clasificaciones antiguas, que se encuentran en

desuso, y basados en clasificaciones modernas:

CLASIFICACIONES ANTIGUAS:

a) TERZAGHI.

La primera clasificación del terreno orientada a la construcción de túneles fue propuesta en 1946 por

Terzaghi. Estaba basada exclusivamente en el tipo de terreno y desarrollada en base a experiencias en

túneles de ferrocarril con cerchas de acero. A partir de la altura y anchura de los túneles ferroviarios, se

determinaba la carga que debían soportar las cerchas metálicas y se dimensionaba el túnel. Esta

clasificación distingue diez categorías, permite conocer la tensión vertical sobre las cerchas y es

considerado válido para diámetros inferiores a nueve metros y roca de buena calidad.

Figura 1. Clasificación de Terzaghi (modificado por Deere y Rose, 1982).

Figura 2. Clasificación de Terzaghi: Versión para suelos.

b) LAUFFER.

En 1958, Lauffer clasificó los terrenos en siete categorías, indicando el tipo de sostenimiento más

apropiado para cada terreno en función de dos parámetros: la longitud libre o vano crítico y el tiempo

de estabilidad o mantenimiento. La roca se clasifica a partir de su respuesta frente a la construcción de

una excavación subterránea. La hipótesis principal de la clasificación es que el sostenimiento depende

de la calidad de la roca, aludiendo a la importancia de los defectos del macizo en el comportamiento

mecánico que éste presente.

Figura 3. Clasificación según Lauffer.

Aunque no fue muy reconocido, sirvió de base en el desarrollo del Nuevo Método Austríaco (NATM).

c) DEERE ET AL.

Es en 1964, cuando define el índice de calidad de roca a partir de trozos de rocas testigos mayores de 10

cm recuperados en sondeos o del número de juntas por metro cuadrado observadas en un

afloramiento . Se propone una nueva clasificación que consta de cinco categorías. Para su cálculo se

emplean una de las siguientes expresiones y son comparados con la tabla que continúa:

∑

Figura 4. Clasificación del macizo rocoso según Deere Et Al.

Más tarde en 1970, Deere et al hicieron una serie de recomendaciones para el sostenimiento de túneles

en función del RQD e introdujeron la utilización de máquinas tuneladoras o topos.

d) RSR.

EL RSR (Rock Structure Ratio), propuesto en 1972, se determina a partir de datos cuantitativos de la roca

eliminando aspectos subjetivos de los que se servían los índices anteriores. Los parámetros de los que se

sirve este método de clasificación están relacionados con aspectos geológicos, fracturación, dirección

del avance y condiciones de agua y de las juntas.

Figura 5. Tablas con los valores para los distintos parámetros.

CLASIFICACIONES MODERNAS:

a) SISTEMA RMR.

Enunciado por Bieniawski en 1973 y posteriormente modificado en 1979 y en 1989, este sistema de

clasificación Rock Mass Rating (RMR) se basó en más de 300 casos reales de túneles, cavernas,

cimentaciones y taludes y está relacionado con la orientación del túnel y las discontinuidades que

presenta el macizo rocoso. Esta clasificación se divide en cinco categorías, además, proporciona la

calidad global de la roca, así como, el tiempo de estabilidad de una excavación libre de la cohesión de la

roca y de su ángulo de fricción. La mayor limitación está en su aplicación en rocas expansivas y

fluyentes.

Dicho índice indica la calidad del macizo rocoso en cada dominio estructural a partir de los siguientes

parámetros: la resistencia a compresión simple de la roca matriz, el índice RQD (para seleccionar el

revestimiento de los túneles), el espaciamiento de las discontinuidades y sus condiciones (aperturas,

continuidad o discontinuidad, rumbo, buzamiento, rugosidad, dureza, entre otros), la condición del agua

y la orientación de las discontinuidades.

Para el cálculo del RMR se suman las distintas variables, excepto el parámetro referido a la orientación

de las diaclasas que se considera desfavorable, por lo cual, se restaría.

Figura 6. Consideraciones según excavación y sostenimiento para un túnel de 10m de luz (Clasificación

RMR-Bieniawski, 1973).

Cabe a añadir que este índice nos permite obtener una idea del tiempo de estabilidad sin soporte,

además de las correlaciones con otras propiedades del macizo rocoso; como el módulo de

deformabilidad y parámetros de resistencia a la compresión según el criterio de rotura de Hoek-Brown.

b) SISTEMA Q.

Fue en 1974 cuando se propuso este nuevo sistema basado en el índice Q de Barton; índice únicamente

aplicable a túneles independientemente de su tamaño. Se calcula mediante la siguiente expresión:

Donde: RQD es eun índice de calidad de la roca; representa el número de familias de discontinuidad;

describe la rugosidad de las juntas con mayor probabilidad de rotura; , parámetro que cuantifica la

alteración de las juntas, también de las juntas con características más desfavorables; , coeficiente

reductor, relacionado con la presencia del agua; y SRF, factor reductor del esfuerzo asociado al estado

tensional del suelo.

Ahora, el sentido físico de cada factor es el siguiente:

-

representa el tamaño del bloque medio.

-

relaciona términos de rugosidad, fricción y relleno de las juntas, representando la resistencia

al corte entre bloques.

-

representa las condiciones de agua y tensión, es decir, el estado tensional del macizo rocoso:

la tensión activa o eficaz.

Para los siguientes valores, las excavaciones no precisarían de sostenimiento:

Figura 7. Tablas empleadas para la clasificación de Barton.

El sistema Q nos permite obtener una estimación válida para el sostenimiento del túnel. Este proceso

consta de tres fases:

1ª. Se determina el grado de importancia de la excavación a partir de un índice de seguridad,

Excavation Support Ratio (ESR). Con este valor, se calcula el diámetro equivalente de las

excavaciones, siguiendo la siguiente expresión:

Figura 8. Valores para el índice ESR, Barton 1974.

2ª. Se elige el tipo de sostenimiento en función del índice Q y el diámetro o luz libre de la

excavación.

Figura 9. Índice de calidad Q.


Estas recomendaciones se basan en el índice RMR

de Bieniawski, introduciendo una serie de

modificaciones por parte de Romana.

Se ha visto antes que Bieniawski divide el índice

RMR en 5 clases, de esta manera, Roamana propone

10 subclases con un rango de 10 puntos. La tabla

2.14 recoge la comparación entre las clases de

Bieniawski y las subclases propuestas por Romana

(2000) con la denominación de cada una.

Además Romana plantea una serie de

recomendaciones para el sostenimiento de los

túneles, utilizando el RMR y las subclases definidas

antes.

Es importante decir, que para tensiones tectónicas horizontales estas recomendaciones pueden no ser

válidas.

2.3.- MÉTODOS BASADOS EN LOS CRITERIOS DE CONVERGENCIA Y

CONFINAMIENTO.

Este tercer sistema de dimensionamiento y justificación de los elementos de sostenimiento se realiza en

base a los criterios del Nuevo Método Austríaco (NATM) que establece las leyes que relacionan la

convergencia de la sección y la contrapresión aplicada y la ley de rigidez de la suma de los elementos de

sostenimiento colocados.

Permite calcular la carga que debe soportar el sostenimiento del túnel. Requiere un análisis de la

interacción de las características carga-deformación de los elementos que constituyen el sistema,

siendo:

- El túnel en su avance de excavación.

- Sección de excavación perpendicular al eje del

túnel.

- Sostenimiento instalado en la sección.

Además, los tres elementos básicos para el cálculo son:

1) Perfil de deformación longitudinal (PDL)

2) Curva característica del terreno (CCT)

3) Curva característica del sostenimiento (CCS)

Se adoptan hipótesis que simplifican el método y que se

deben tener en cuenta; sección circular del túnel y campo

de tensiones isótropo. En caso de no tener un sección circular permite realizar unos cálculos

aproximados a partir de un radio medio de las dimensiones máxima y mínima.

Además, la roca debe verificar un comportamiento isótropo y elastoplástico perfecto.

2.4.- MÉTODOS BASADOS EN EL EMPLEO DE ELEMENTOS FINITOS O

DIFERENCIAS FINITAS.

Finalmente, estos métodos trabajando en dos o tres dimensiones realizan un cálculo de la sección real

del túnel, diferenciando los diferentes materiales litológicos afectados. Se sirven de programas de

elementos finitos o diferencias finitas. Permite diferencias los distintos niveles del macizo atravesado y

sus heterogeneidades, así como las distintas fases de excavación y colocación de los elementos de

sostenimiento. De la misma manera, permite obtener las tensiones actuantes y los coeficientes de

seguridad de cada fase frente a la rotura.

Se basa en la resolución aproximada de ecuaciones diferenciales parciales a través de programas

informáticos, siendo una metodología muy extendida en los todos campos de la ingeniería.

Aplicándolo a nuestro contexto, existen diferentes programas aplicados. Los más destacados serían:

- FLAC. Permite calcular tanto en dos como en tres dimensiones.

- PLAXIS. Programa de elementos finitos bidimensionales para la realización de análisis

de deformación y estabilidad de problemas geotécnicos.

- PHASE. Programa aplicable a soluciones bidimensionales.

La utilización de este tipo de metodología requiere tener definido el terreno a tratar, su estado

tensional, así como conocer los parámetros de deformación y rotura de los elementos de sostenimiento.

3. CÁLCULO DE LA ESTABILIDAD DEL FRENTE.

Un aspecto fundamental en el proyecto de un túnel es la comprobación en diferentes fases y

circunstancias de la estabilidad del frente. Se debe tener en cuenta la longitud escavada y no sostenida,

conocida como span o vano libre, y la propia estabilidad del frente como paramento vertical, que puede

presentar una rotura.

Broms y Bennermark, en 1967, modelizaron las condiciones para la extrusión de arcilla blanda,

concluyendo que la condición de estabilidad, viene relacionada con el número de estabilidad, según la

expresión:

Siendo P0 es la presión geostática a nivel del eje del túnel, Pi la contrapresión en el mismo y cu la

resistencia al corte sin drenaje de la arcilla o la mitad de la resistencia a compresión del macizo.

Las condiciones de inestabilidad se producen para valores del índice N superiores a 5.

Posteriormente, Kimura y Mair, en 1979, estudian el valor crítico de N , denominado N* , obteniendo

que el mismo es función de la relación entre el espesor de recubrimiento desde el centro C , y el

diámetro de la perforación D, y del vano libre P o longitud no sostenida por detrás del frente.

Sin embargo, para el caso de materiales no cohesivos, no son aplicables los criterios anteriores sobre el

factor de rotura, así Leca y Dormieux en 1990, realizan un modelo de rotura del frente en base al

movimiento de dos bloques cónicos.

Para suelos sin cohesión y sin presencia de agua, la contrapresión límite en el frente alcanzaría el valor:

Influyendo el rozamiento del terreno y la relación entre la profundidad y el diámetro del túnel.

Años más tarde, Leca et al, en 1997, en el Congreso de Hamburgo, amplían este método para suelos

permeables bajo nivel freático, introduciendo las subpresiones generadas como cargas externas.

Existen otros mecanismos; aunque más complejos, de la rotura se basan en considerar la geometría

tridimensional del túnel en el frente, siendo necesario para ello el desarrollo no solo del perfil

longitudinal, sino también el de los planos paralelos al mismo.

Aplicando los criterios de equilibrio Límite y considerando la rotura en bloques prismáticos rígidos,

realizándose el cálculo considerándose las fuerzas actuantes del peso y de la fricción según los planos

que limitan los bloques a través de los cuales se produce la rotura está el método de Anagnostou y

Kovari. Siendo un parámetro clave es el valor de las tensiones horizontales.

El posterior desarrollo de Baumann et al, en 1997, permite considerar materiales de distintas litologías.

Melis, en cambio, en 2006 establece el modelo de geometría de una chimenea para materiales que

cumplen con el criterio de rotura de Mohr Coulomb, elaborando unos ábacos de las condiciones de de

las condiciones de estabilidad en el caso de terreno homogéneo, deformación plana o franja infinita,

para distintos valores de la profundidad, diámetro del túnel y sobrecarga nula o de 100 KPa.

Utilizando elementos finitos para la estabilidad del frente pueden utilizarse métodos simplificados

pseudotridimensionales, utilizando programas de elementos finitos 3D y elementos finitos 2D.

El uso de elementos finitos tridimensionales permite obtener con mayor rigor las condiciones de

estabilidad del frente y los coeficientes de seguridad resultantes. Además pueden realizar un estudio

acoplado de filtraciones y tensiones, de forma que se considere el efecto de las sobrepresiones por el

flujo de agua en el frente.

4. CÁLCULO DE LAS SUBSIDENCIAS.

Dentro de los estudios necesarios para el proyecto de una obra subterránea y de necesidades de

tratamientos especiales, tiene especial relevancia el análisis de subsidencias, o reflejo en superficie de

las deformaciones que experimenta el terreno debido al cierre de la cavidad ocupada por el túnel. Este

interés es muy superior en zonas urbanas donde estos movimientos pueden provocar daños en servicios

y edificaciones.

Se conoce por subsidencia el fenómeno de asentamiento asociado a la construcción de excavaciones

subterráneas, auque en el mismo suelen verse involucrados diversos efectos. Su importancia radica en

los efectos que puede producir en los edificios o servicios de superficie, dado su carácter diferencial.

Para la realización de un estudio de la subsidencia es necesario:

- Estudio de caracterización geotécnica de detalle de los niveles existentes por encima del túnel o

cavidad a realizar.

- A partir de los datos geotécnicos del terreno atravesado, y según el proceso de excavación, aplicación

de un modelo de estimación de subsidencias, bien sea de tipo empírico (modelo Madrid, etc.), u

obtenido mediante cálculo con elementos finitos, o procedimiento similar.

- Para la disposición litológica y geometría del túnel, puede obtenerse la previsión de la cubeta de

subsidencias en lo que se llamaría campo abierto (Greenfield), esto es, sin que exista en superficie

ningún elemento rígido que pueda modificar la forma de la citada cubeta.

- Según el tipo de edificio o instalación, aplicación de un criterio de daños.

MÉTODOS DE CÁLCULO.


Existen en la actualidad un gran número de modelos para estimar la subsidencia que genera en su

entorno la excavación de un túnel. Peck, en el Congreso Internacional de Mecánica del Suelo de Méjico

(1969), a partir de los trabajos de Schmidt, recomendó asimilar la ley de asientos a una campaña de

Gauss invertida. Dicha curva tiene la siguiente expresión:

Donde:

δ(x) es el asiento en un punto situado a distancia x del eje de

simetría.

δmax representa el asiento máximo en la vertical del eje.

MÉTODOS EMPÍRICOS ACTUALES.


Entre los modelos teórico-empíricos, el más utilizado posteriormente al modelo de Peck (1969), para

excavaciones urbanas en los suelos miocenos detríticos es el propuesto por los profesores C. Sagaseta y

C. Oteo (1974 revisado en 1996) contrastado y ajustado a través de numerosas observaciones.

De acuerdo con este modelo, en su versión de 1996, la posición del punto de inflexión se determina

mediante la siguiente expresión:

Donde:

D es el diámetro medio de la excavación

H la profundidad del eje de la excavación

η es un parámetro de ajuste que varía entre 0,7 (suelos flojos y arenosos) a 1,3 (suelos

densos o rígidos).

El asiento máximo puede tomarse a partir de la expresión:

donde los parámetros que intervienen tienen el siguiente significado:

E Módulo de deformación del terreno

ν Coeficiente de Poisson

γ Densidad aparente del terreno

ψ Factor de corrección que introduce la influencia del proceso constructivo, que está

relacionada con la velocidad de avance de la excavación, los efectos viscosos del terreno y otros

factores. Alcanza valores medios de 0,5 para suelos arcilloarenosos rígidos y 0,4 en arcillas rígidas (Oteo

y Moya 1979). En túneles con escudo abierto, mala entibación y retraso en la inyección de contacto,

puede ser superior a 0,75.

b) MODELO MADRID.

El “Modelo Madrid” (C. Oteo et al, 1999), constituye un método semiempírico para la estimación de

subsidencias basado en un esquema estratigráfico simplificado que ha sido contrastado a través de

modelos numéricos (EF) en dos y tres dimensiones, y con medidas reales, en el que se distinguen dos

niveles de terreno básicos:

- Nivel 1: La capa más superficial constituida por materiales cuaternarios flojos que

incluirían los rellenos antrópicos y depósitos aluviales de rambla con módulos de deformación en el

rango entre 8 y 15 Mpa.

- Nivel 2: Que integra los materiales rígidos de origen pliocuaternario o terciario

presentes bajo en nivel superficial. Se incluyen los materiales con módulo de deformación

superior a 30 Mpa.

El modelo se basa en la experiencia adquirida a través de una gran cantidad y variedad de elementos de

control que han aportado datos sobre la magnitud de los asientos a diferentes profundidades

permitiendo establecer correlaciones entre el espesor de los niveles 1 y 2 y el volumen de asientos

registrado en superficie.

c) EFECTO DE DOBLE TÚNEL.

Para el caso de excavación de doble túnel se han seguido las recomendaciones propuestas por

Addenbrooke y Potts (1996): “Twin túnel construction – ground movements and lining behaviour”.

Según estos autores, el efecto de la perforación del segundo túnel produce un desplazamiento en la

vertical de asiento máximo, o excentricidad, desde el eje del segundo túnel y cuya magnitud es función

del ancho del pilar central que se deje entre ambos túneles. Si la distancia entre túneles es

suficientemente grande la excentricidad será nula, y la campaña de asientos quedará centrada sobre el

eje del segundo túnel.

Por el contrario, si la distancia entre túneles se reduce hasta tomar valores del orden de 1 diámetro, la

vertical de asientos máximos también adopta valores de 1 diámetro, por lo que el máximo asiento se

situará sobre el punto medio entre túneles.

d) MODIFICACIÓN DE LA CUBETA DE ASIENTOS O EFECTO DE LA RIGIDEZ DEL

EDIFICIO.

Para determinar la influencia en la forma de la cubeta de asientos de la rigidez del edificio puede

seguirse la metodología propuesta por Potts y Addenbrooke (1996) en “The Influence of on Existing

Surface Structure on the Ground Movements due to Tunnelling”, publicado en Geotechnical Aspects of

Underground Construction in Soft Ground.

Se trata de una modelización del problema a partir de la realización de más de 100 análisis por

elementos finitos y la recopilación de datos reales durante las obras de la línea Jubilar del Metropolitano

de Londres.

El modelo propuesto por estos autores consiste en caracterizar la rigidez de edificios asimilado a una

viga equivalente, caracterizándola según dos parámetros: ρ y α, donde el primero representa la rigidez a

curvatura y el segundo la rigidez axial. La obtención de estos parámetros se realiza a partir del módulo

de elasticidad del edificio (E), su momento de inercia (I), el área de la sección de viga equivalente (A) y el

módulo de elasticidad medio del terreno de cobertera del túnel. De tal forma que:

Donde H es el semiancho del edificio en la sección transversal considerada.

Por último, el área equivalente de estructura, se calcula mediante la fórmula:

donde el área de viga es 0,60 x 0,60 m.

METODOS CONSTRUCTIVOS

METODOS DE EXCAVACION INDICE

1.-INTRODUCCIÓN





4.1.- TBM ABIERTAS O TOPOS

4.2.- TBM ESCUDADAS O ESCUDO SIMPLE


4.4.-ROZADORAS


SOSTENIMIENTO INDICE

1.-INTRODUCCIÓN




3.1.1.-MÉTODOS DE COLOCACIÓN DEL HORMIGÓN PROYECTADO

3.2.-BULONES

a) Bulones a la resina b) Bulones de expansión hidráulica c) Bulones de anclaje mecánico

d) Bulones autoperforantes


3.3.-CERCHAS

3.4.-CHAPA BERNOLD


3.6.-HORMIGÓN ENCOFRADO



REVESTIMIENTO INDICE

1.-INTRODUCCIÓN


3.-DOVELAS

3.1.-INTRODUCCIÓN




4.1.-POSIBLES SITUACIONES

4.2.-FORMAS

4.3.-PUESTA EN OBRA

4.4.- INYECCIONES DE CONTACTO

5.- CAVERNAS

VENTILACION EN TUNELES INDICE

1.-INTRODUCCIÓN











4.2.-VENTILACION LONGITUDINAL CON EXTRACCIONES MASIVAS DE HUMOS


4.4.- VENTILACION TRANSVERSAL

4.5.- VENTILACION MEDIANTE POZOS SITUADOS A INTERVALOS REGULARES

METODOS DE EXCAVACION

1.-INTRODUCCIÓN

La construcción de túneles, como actividad de ingeniería civil, se divide generalmente en dos ramas: túneles en roca dura

y túneles en terreno blando.

En roca dura, el principal objetivo de la perforación es horadar el macizo rocoso mediante fracturación, excavación y

extracción de la roca. Con frecuencia la roca es autoportante, es decir, se mantiene por sí sola, pero en la actualidad es

habitual proporcionar un revestimiento al túnel, por estética, si bien los primeros túneles se dejaron sin revestir, aunque

en las zonas en las que se consideraba la roca más débil o fracturada se instalaba un revestimiento de mampostería o

ladrillo.

En el caso de construcción de túneles en terreno blando, la excavación es más sencilla que en roca dura, siendo en este

caso la principal dificultad evitar que el terreno se desmorone dentro del túnel. El procedimiento tradicional para la

perforación de túneles en este tipo de terrenos era la excavación manual con pico y pala, seguida de una entibación

elaborada para sostener los hastiales, la bóveda y a veces, incluso el frente.

Los criterios a tener en cuenta a la hora de realizar una excavación, son los siguientes:

- Geometría del trazado (dimensiones y forma).

- Longitud.

- Ubicación (urbano, edificaciones,…).

- Rendimiento (plazo).

- Respuesta del terreno (deformaciones, agua,…).

- Flexibilidad ante cambios del terreno.

Todos estos criterios serán función de varias variables, tanto técnicas como económicas. Estas variables son:

- Resistencia del terreno y fracturación: a mayor resistencia será necesario el empleo de explosivos, y a menor

resistencia será más aconsejable el empleo de medios mecánicos. En la siguiente tabla se muestra una

orientación de los límites de empleo de cada método.

- Abrasividad del terreno: Alcanzado cierto límite puede hacer inviable el empleo de una rozadora o elevar

mucho los costes de cambio de discos de las máquinas. En la siguiente tabla se muestra una orientación de

cómo afecta la abrasividad en función del contenido equivalente de cuarzo.

- Forma de la sección: dependiendo de la forma de la sección se podrá o no emplear métodos mecánicos, y si es

muy grande (Ø>13 m en roca, Ø>15 m en suelo) será necesario acudir a métodos de sección partida por fases.

- Costes financieros: incluye el coste de adquisición de maquinaria, la amortización y el mantenimiento. En este

sentido hay que mencionar que existe un amplio mercado de tuneladoras de segunda mano que,

convenientemente adaptadas, pueden ser empleadas a precios más razonables.

- Medioambientales: por ejemplo, no es posible el empleo de explosivos en zonas urbanas, cerca de

monumentos históricos o de redes eléctricas debido a las vibraciones.


Son métodos no mecanizados en suelos, de excavación manual auxiliada generalmente con martillos neumáticos y otra

maquinaria no pesada. Se ejecutan por fases y los distintos métodos se distinguen por la secuencia de excavación

adaptada a los terrenos e idiosincrasia de cada lugar. Las diferentes zonas de excavación son:

- La bóveda: Es la zona más importante de la excavación. Se realiza en avances de unos 2,5 m, excavando

primero la zona central o mina de avance y posteriormente ensanchando hacia los lados mediante pases

laterales. Para la entibación provisional se emplean puntales, tablas, cuñas, tresillones y longarinas, con

madera y perfiles metálicos. El cimbrado para el hormigonado se realiza mediante cerchas y chapas.

- La destroza: Se excava mediante retroexcavadora a unos 2 ó 3 anillos del frente, dejando un resguardo con los

hastiales de 1 a 1,5 m.

- Los hastiales: Se excavan por bataches alternos de 2,5 m, que sostienen dos medias bóvedas. Nunca se

excavarán 2 bataches enfrentados. Se excava con medios manuales y se encofra con módulos metálicos.

- La solera: Se excava en longitudes de unos 15 m mediante retroexcavadora, pudiendo dejarse la solera plana o

con contrabóveda. En este último caso la forma se hormigona con plantillas y la fuera de la solera se realiza un

extendido normal del hormigón.

Se pueden citar las siguientes ventajas de este método:

- Adaptabilidad en la ejecución.

- Poca alteración del terreno.

- Continuo seguimiento.

- Mínima mecanización.

- Gran fiabilidad del método.

- Pequeños radios de curvatura.

Entre los inconvenientes se pueden decir:

- Exige mano de obra especializada y generalmente muy cara.

- Normalmente se trabaja 24 horas para obtener unos rendimientos de unos 60 m/mes.

Los diferentes esquemas de excavación son los siguientes:

- Nuevo Método Austriaco.

- Método Inglés.

- Método clásico de Madrid (Belga).

- Método Alemán.

Los principios básicos del Nuevo Método Austriaco se basan en la aplicación inmediata de un sostenimiento provisional

semirrígido de hormigón proyectado, bulones y excepcionalmente cerchas, la auscultación y medidas in situ de

deformaciones con el paso del tiempo, es decir, medidas de convergencia, eventual refuerzo del sostenimiento y la

construcción de un revestimiento definitivo en función de la información obtenida de las medidas de convergencia.

El Método Inglés recibe su nombre por haber sido aplicado en túneles a través del tipo de terreno que usualmente se localiza en Inglaterra, como son las arenas y areniscas. Su principal característica es proceder el avance de la perforación a sección completa del túnel, en una sola operación.

El Método clásico de Madrid o Belga es un sistema de excavación muy antiguo y laborioso. Recibe este nombre porque se empleó en algunos tramos del metro de Madrid. Se basa en avanzar mediante la excavación de una pequeña sección (2,5 m de largo por 1,5 de ancho y 1,8 m de altura) llamada galería de avance o clave, que se entiba inmediatamente para prevenir posibles desprendimientos. Posteriormente se construye la bóveda, ensanchando los laterales de la galería de avance y revistiendo igualmente con tablas para posteriormente cimbrar y hormigonar la bóveda. Mientras se ataca una nueva galería, por detrás se excava en destroza, mediante maquinaria, con un cierto desfase respecto a la sección de avance para realizar la excavación de los hastiales. Por último, se escava y hormigona la contrabóveda. De esta manera cada anillo de avance o pase suele ser de 2,5 m o menor en función de la calidad y cohesión del terreno.

El Método Alemán, en este método se procede siguiendo el sistema de núcleo central.

El Método Alemán Modificado se aplica en el caso en que durante la operación de perforación del túnel a través de un terreno bastante firme, surja la aparición de agua, lo que origina una alteración en el método Clásico Alemán en cuanto a las etapas sucesivas de ataque del frente.


Este método es el utilizado en túneles en roca dura, es la única posibilidad cuando la roca es muy abrasiva y muy

resistente. Se taladra el frente, se cargan los taladros con explosivos y se detonan. La energía en forma de gases y

vibración rompe la roca. Posteriormente se ventila y se retira el escombro.

El ciclo de trabajo consiste en:

- Replanteo del esquema de tiro.

- Perforación de los taladros.

- Carga del explosivo, conexiones y comprobaciones.

- Voladuras y ventilación.

- Retirada del escombro.

- Saneo del frente, bóveda y hastiales.

Esquema de tiro: Es la disposición en el frente del túnel de los taladros a perforar, la carga del explosivo y el orden en el

que se hace detonar cada barreno. La longitud de la pega ha de ser un 5-10% mayor que el avance, longitud que se quiere

avanzar (de 1 a 4 metros), en función de la calidad de la roca (a peor calidad de la roca, menor será la longitud de avance).

Se pueden distinguir zonas del esquema de tiro en función de la densidad de perforación, carga específica de explosivo y

secuencia de encendido:

• Cuele y contracuele: En primer lugar, provoca la primera abertura para que en las sucesivas la roca pueda

escapar hacia ahí.

• Destroza: Es la parte central y más amplia.

• Zapateras: Voladuras de la base de la sección, son las últimas en explosionar. Requieren mayor carga explosiva

para levantar la roca.

• Contorno: Para aproximarse a la superficie teórica. Consiste en emplear recorte (perforaciones cada 45-100 cm,

con poca o nula carga) y precorte (perforaciones cada 25-50 cm, con una carga de 0,1-0,3 kg/m). Serían los

primeros en detonar aunque no se suelen usar por ser caros. Ahorran hormigón al reducir la sobreexcavación y

tienen la ventaja de que la roca se mantiene mejor en clave al quedar menos triturada que con las voladuras

normales.

Maquinaria de perforación: Se perfora con martillos normales o jumbos.

• Martillos manuales: Son martillos de aire comprimido que funcionan a percusión, es decir, la barrena golpea

contra la roca y gira de forma discontinua entre cada percusión, separándose del fondo del taladro. El detritus es

arrastrado hasta el exterior del taladro mediante agua, que tiene también la finalidad de refrigerar la barrena.

Los martillos manuales son actualmente de uso poco frecuente, sólo se usan, obviamente, en túneles muy

pequeños o de forma accidental, pues tienen rendimientos muy inferiores a los jumbos y requieren mucha mano

de obra.

• Jumbos: Son las máquinas más habituales de perforación en túneles. Consta de una carrocería de automóvil

dotada de dos o tres brazos articulados, según los modelos. En cada brazo puede montarse un martillo de

perforación (perforadora) o una cesta donde pueden alojarse uno o dos operarios y que permite el acceso a

cualquier parte del frente. El funcionamiento de los jumbos es eléctrico cuando están estacionados en situación

de trabajo y pueden disponer también de un motor Diesel para el desplazamiento. Los martillos funcionan a

rotopercusión, es decir, la barrena gira continuamente ejerciendo simultáneamente un impacto sobre el fondo

del taladro. El accionamiento es hidráulico, con lo que se consiguen potencias mucho más elevadas que con el

sistema neumático. El arrastre del detritus y la refrigeración se consiguen igualmente con agua.

Los rendimientos de perforación que se consiguen en los jumbos hidráulicos modernos, pueden superar los 3,5

m/min de velocidad instantánea de perforación. Los jumbos actuales tienen sistemas electrónicos para controlar

la dirección de los taladros, el impacto y la velocidad de rotación de los martillos e incluso pueden memorizar el

esquema de tiro y perforar todos los taladros automáticamente. En este caso un único maquinista puede

perforar una pega completa en unas pocas horas.

Accesorios de perforación. Los accesorios de perforación comúnmente usados son las varillas o barrenas y las bocas de perforación. Además se emplean manguitos y otros adaptadores para el ensamblaje de las piezas. Las

barrenas de perforación son simplemente barras de acero con un conducto interior para el paso del agua de refrigeración y unas roscas en los extremos donde se acoplan las bocas o los manguitos. La boca de perforación es la herramienta de corte, que generalmente es de metal endurecido (carburo de tungsteno) o widia, dispuesto en formas diversas: en cruz, en X o botones, con unos diámetros habitualmente comprendidos entre 45 y 102 milímetros. La elección de un tipo u otro de boca, así como de sus diámetros, depende del tipo de maquinaria de perforación, de las características de la roca y del diámetro de los cartuchos del explosivo a introducir. Generalmente las bocas de botones son las que proporcionan un mayor rendimiento, al golpear la roca de forma más homogénea y ser más fácil la evacuación del detritus de roca. Para tal fin se pueden disponer varias entradas de agua frontales y también laterales. Para la elección del material de perforación y sus accesorios se recomienda el uso de los manuales especializados facilitados por los fabricantes.


Los tipos de explosivo que deben utilizarse en túneles dependen de las características de la roca, principalmente de su densidad, resistencia a compresión y velocidad de propagación sónica de la roca. Además los explosivos, durante la detonación, deben generar gases no tóxicos, lo que limita el tipo de explosivos en interior. El tipo de explosivo también depende del grado de humedad existente en la roca.

El explosivo más utilizado para el cuele y contracuele, destroza y zapateras, es la GOMA-2 E-C o RIOMEX E20/40. El diámetro de los cartuchos deberá ser lo más próximo al diámetro de perforación de los taladros, compatible con su introducción dentro del barreno. La iniciación de la explosión en cada barreno se realiza en el cartucho cebo instalado en el fondo del barreno y que contiene un detonador.

La activación de los detonadores puede ser eléctrica o por impacto; en el primer caso se utilizan detonadores eléctricos. Por razones de seguridad, contra corrientes parásitas, se utilizan exclusivamente detonadores de alta insensibilidad (Al). Una mayor seguridad ofrecen los detonadores de iniciación no eléctrica, tipo Nonel, cuyo uso sería especialmente aconsejable. Atendiendo a los tiempos de retardo, los detonadores pueden ser: instantáneos, de microretardo (retardo de 25 ó 30 mseg), o de retardo (retardo de 0,5 seg).

El resto de los elementos que se utilizan para la voladura son los siguientes:

Cañas. Son tubos de PVC (tubos omega) abiertos longitudinalmente en cuyo interior se colocan los explosivos, cordón detonante, etc. Permiten introducir fácilmente todos los elementos en su disposición correcta dentro del taladro. Retacador. El retacador es el material que cierra o tapona el taladro y de este modo impide que la energía debida a la explosión se escape por la boca del mismo. Normalmente se usan unos cartuchos de arcilla muy plástica.

Explosor. Es el mecanismo que produce la corriente eléctrica que da lugar a la explosión. Suelen estar basados en un condensador que se va cargando con una manivela o una batería y que cierra el circuito manual o automáticamente Cables. Los cables eléctricos que transmiten la corriente desde el explosor hasta los detonadores son los usados

habitualmente en trabajos eléctricos.

Los parámetros de una voladura son:

Ø = Diámetro de la perforación.

V = Piedra o distancia que hay del barreno a la cara libre.

E = Espaciamiento o distancia entre barrenos de una misma fila.

Hb = Altura del banco.

Sp = Sobreperforación o longitud de barreno perforado por debajo de la línea del piso de la cantera.

R = Retacado o longitud de barreno que queda sin carga explosiva y se llena de material inerte.

Lb = longitud total del barreno, función de la inclinación del mismo, de la sobreperforación y de la altura del

banco.

Cf = Carga de fondo o cantidad de explosivo que se introduce en el fondo del barreno (normalmente

gelatinizado).

Cc = Carga de columna o resto del explosivo que se introduce sobre la carga de fondo (normalmente

pulverulento).

Ce = Consumo específico o peso de explosivo dividido por el volumen total de roca arrancada.

Un ejemplo de cálculo con excavación con perforación y voladura podría ser el siguiente: Sea una cantera de caliza

destinada a obtener roca para machaqueo con explotación en banco con una altura Hb=20 m, diámetro de perforación Ø

= 102 mm (4”) y taludes de excavación de los bancos con pendiente 3:1 (equivalente a 18.5° respecto a la vertical).

Reducir la piedra un 85% para considerar los errores de emboquillado y desviaciones en la perforación.

Parámetros:

Piedra máxima teórica: Vmáx = 45 * Ø = 45 * 102 = 4590 mm = 4.59 m

Piedra práctica: V = 0.85 * Vmáx = 0.85 * 4.59 = 3.9 m

Sobreperforación: Sp = 0.3 * Vmáx = 0.3 *4.59 = 1.37 m

Longitud del barreno: Lb = [Hb/cos α] + Sp = [20/cos 18.5] + 1.37 = 22.46 m

Espaciamiento: E = 1.25 * V = 1.25 * 3.9 = 4.87 m

Retacado: R =V = 3.9 m

Longitud carga de fondo: Lcf = 1.3 * Vmáx = 1.3 * 4.59 = 5.96 m

Longitud carga de columna: LCc = Lb – (R +Lcf) = 22.46 – (3.9 + 5.96) = 12.6 m

Diseño de las cargas:

Carga de fondo: GOMA 2 ECO (posee gran poder rompedor), con diámetro de encartuchado 85 mm, longitud de

cartucho de 620 mm y peso de 5 kg.

Para una longitud Lcf = 5.96 m 5.96 / 0.62 = 9.6 ≈ 9 cartuchos.

Lcf = 9 * 0.62 = 5.58 m CARGA DE FONDO = 9 * 5 = 45 kg.

Carga de columna: NAGOLITA a granel (es económica y fácil de cargar)

Para Lcf =5.58 m LCc = Lb – (R +Lcf) = 22.46 – (3.9 + 5.58) = 12.98 m

Para Ø = 102 mm y una densidad de carga de la NAGOLITA de 0.8 g/cm3 concentración lineal de

carga = 800 kg/m3 * π * (0.102 m/ 2)

2 = 6.54 kg/m CARGA DE COLUMNA = 6.54 kg/m * 12.98 m = 85 kg.

Carga total por barreno = 45 kg + 85 kg = 130 kg.

Resultados:

Volumen de roca arrancada por barreno = E * V * Hb = 4.87 m * 3.9 m * 20 m = 379.86 m3.

Consumo específico por barreno = 130 kg / 379.86 m3 = 0.342 kg/m

3.

Las ventajas del sistema de perforación y voladura frente a la excavación con tuneladoras son:

Es válido para todo tipo de roca.

Puede ejecutar todo tipo de secciones.

Adaptabilidad a otros trabajos.

Movilidad de los equipos.

Reducida inversión inicial.


Se refieren a una serie de máquinas capaces de excavar un túnel a plena sección, a la vez que colaboran en la colocación de un sostenimiento provisional o en la puesta en obra del revestimiento definitivo. En la excavación mecánica, la energía utilizada se concentra en la punta del útil o útiles de la máquina en contacto con la roca, de modo que supera la resistencia de la roca a su penetración o indentación y la resistencia a tracción y cizallamiento. Generalmente, la energía inicial es suministrada por motores eléctricos que, mediante un circuito hidráulico, la transmiten a las herramientas de corte en contacto con la roca. Los sistemas de excavación mecánica son fundamentalmente tres:

TBM Abiertas o Topos.

TBM Escudadas o Escudos Simples.

Dobles escudos.

En la excavación mecánica se utilizan distintas herramientas o útiles de corte, que son los elementos que impactan sobre la roca y arrancan de ella pequeños fragmentos. Algunos de estos útiles de corte son:

Picas de fricción (o de desgaste).

Cortadoras de disco.

Cortadoras de ruedas dentadas.

Cortadora de botones.

Impactadores.

Cortadores vibrantes.

Las picas de fricción son el elemento de corte utilizado por las rozadoras y por algunas tuneladoras de terrenos blandos. Básicamente constan de un inserto de metal duro (Widia) dentro de una matriz de acero de alta dureza y tenacidad. El campo óptimo de utilización de las picas está dentro de las rocas que no superen los 800 Kp/cm2 de resistencia a compresión, o menor si es muy abrasiva.

Para rocas de mayores resistencias, entre los 800 y los 2200 Kp/cm, el elemento de corte adecuado es el cortador de disco, que es el que habitualmente utilizan las tuneladoras o topos. Para resistencias aún mayores se emplean los cortadores de botones, pero no es frecuente utilizarlo en excavaciones mecánica en tales casos. El cortador de disco consiste en una base de metal duro en forma de disco con uno o varios filos recambiables de acero endurecido y montado sobre un soporte de rodamientos.

4.1.-TBM ABIERTAS O TOPOS

Las máquinas topo, tuneladoras o TBM (Tunnel Boring Machine) son máquinas integrales de construcción de túneles, por

cuanto son capaces por sí solas de excavar roca, retirar el escombro y aplicar el revestimiento del túnel. La máquina va

avanzando dejando detrás de sí el túnel terminado.

En la imagen de arriba se observa el esquema de un topo. Consta de una cabeza de corte giratoria de forma circular

donde van alojados los discos cortadores. Detrás de la cabeza se encuentra un sistema formado por gatos que

presionando sobre el terreno y sobre la cabeza ejercen en ésta la presión necesaria como para realizar con éxito la

excavación de la roca. El escombro se carga automáticamente en el frente y se conduce hacia atrás mediante una cinta

transportadora, que lo deposita en unas vagonetas para su traslado al exterior.

También pueden existir sistemas adicionales de colocación de bulones, de cerchas y de hormigonado. Los topos también

pueden tener sistemas para colocación de railes sobre los que circulan las vagonetas y una plataforma donde va alojado

todo el sistema de control, guiado y suministro de energía. En definitiva, el topo consta de todos los elementos necesarios

para completar el túnel, montados uno tras otro y actuando de forma sucesiva.

El accionamiento de estas TBM es normalmente eléctrico, y dispone de dos velocidades: una larga de 9 rev/min y la corta

de 4,5 rev/min. En rocas duras, se dispondrá de una velocidad alta y un par bajo, y en terrenos blandos y con bloques, se

debe disminuir la velocidad. Disponen de un sistema eléctrico de frecuencia variable que permite una regulación continua

entre 0-50 Hz. Tiene todo el par a velocidades reducidas, y en caso de atrapamientos de la cabeza se puede aumentar el

par hasta el 150% durante unos segundos.

Los gatos laterales o grippers son las zapatas que acodalan a la máquina contra la roca durante el avance. Su superficie

aumenta cuanto menor sea la resistencia del terreno, normalmente son 2 ó 4 gatos de unos 0,70 m de anchura. Estos

gatos marcan la longitud de avance, que suele ser de unos 1,50-2,00 m. Una vez agotada su carrera es necesario soltar los

grippers y retraer los cilindros.

4.2.-TBM ESCUDADAS O ESCUDO SIMPLE

Necesitan un revestimiento con anillos de dovelas sobre el que apoyarse para poder avanzar. Su campo de aplicación es

más amplio, adaptándose a rocas de calidad media a baja. En la siguiente figura se esquematizan las distintas partes de

una tuneladora escudada:

1. Rueda de corte.

2. Rodamiento principal.

3. Erector.

4. Cinta.

5. Gatos de empuje.

6. Alimentador de dovelas.

7. Tren de apoyo.

8. Carro de abastecimiento.

El escudo simple tiene una cabeza de corte accionada con motores hidráulicos, y una variación constante de la velocidad

de giro de 0-9 rev/min y la reversibilidad. Dispone de una serie de aberturas (regulables), por los que el escombro pasa a

la cámara. Los gatos de empuje están distribuidos en toda la periferia de la máquina y están equipados con unas zapatas

articuladas que permiten un apoyo uniforme y unos recorridos de 1,2-1,5 m.

Con el escudo simple, como se ha comentado anteriormente, queda instalado un anillo de dovelas que son unos

elementos prefabricados de hormigón armado que se atornillan entre sí formando un anillo troncocónico. Existe una

amplia variedad de dovelas en cuanto a geometría, tipo de juntas, conexiones, etc. Las más conocidas son las de planta

rectangular y clave trapezoidal. Las juntas, tanto radiales como circunferenciales, suelen ser lisas con unos rebajes en los

que se alojan bandas de neopreno para la impermeabilización. La construcción del túnel con revestimiento por anillos

prefabricados permite el trazado de curvas. Esto es debido a que los anillos son troncos de cono, y colocando las caras

convergentes contiguas se consigue obtener una alineación curva.

En todos los diseños de anillos (anillo universal, anillo convencional) se diseña una dovela de menos tamaño, denominada

clave o llave, que es la última pieza a colocar durante la construcción del anillo con el erector.

El erector de dovelas tiene un accionamiento hidráulico y se encarga de situar hasta su posición las dovelas. Un dato

curioso es que la mitad del tiempo de la construcción de un túnel se invierte en la colocación del revestimiento.

El espacio de sobrecorte que realiza una tuneladora con relación al diámetro exterior del anillo se llama trasdós. Para

evitar desplazamientos, rotura de las dovelas y asentamientos, este espacio es rellenado con mortero inyectado. Para

impedir que esta inyección de mortero que rellena el hueco por detrás de la dovela pase al interior de la máquina, hay

unos cepillos de grasa colocados en toda la periferia del escudo. Este hueco tiene un espesor de 7-9 cm. La inyección se

puede realizar bien anillo a anillo una vez queda liberado o de forma continua.


Esta máquina es un escudo telescópico articulado en dos piezas, que además de proporcionar un sostenimiento continuo

del terreno durante el avance del túnel, de forma similar a como trabaja un escudo, permite en aquellos casos en que el

terreno puede resistir la presión de unos grippers, simultanear las fases de excavación y sostenimiento, con lo que se

puede conseguir rendimientos muy elevados. Se trata de tuneladoras rápidas debido a la posibilidad de instalar el

revestimiento mientras avanza la perforación.

Son máquinas que pueden trabajar en terrenos de muy diferente naturaleza y que presentan características conjuntas de

los topos y los escudos. Se utiliza para situaciones geológicas variables, desde roca hasta suelos. El avance se realiza

apoyándose mediante grippers o actuando directamente sobre el revestimiento como en los escudos.

El escudo trasero contiene los grippers y los gatos de empuje mientras el delantero lleva la rueda de corte y el sistema de

rotación. Entre los escudos están los elementos telescópicos articulados que permiten el avance.

Las ventajas de las tuneladoras son:

Continuidad.

Rendimiento.

Menor sobrexcavación.

Menor alteración.

Mayor confinamiento.

Seguridad y mejor ambiente laboral.

Y los inconvenientes:

Buscarle entrada y salida.

Sección únicamente circular.

Inversión.

Túneles largos que justifiquen la inversión y gastos de montaje.

Dificultad ante cambios geológicos.

Rigidez de alineaciones con radios de curvatura mínimos de unos 400m.

Pendiente máxima entorno al 4% para la evacuación del escombro.

No puede salir para atrás.

Finalmente hay que comentar que no existe la tuneladora universal y que su elección estará en función de las

características de la traza, por lo que la base del éxito residirá en una correcta interpretación geológica-geotécnica del

terreno que atravesará la máquina.

4.4.-ROZADORAS

La rozadora es una máquina excavadora que, mediante una cabeza rotatoria provista de picas de fricción que inciden sobre la roca, arranca pequeños fragmentos de ésta. La cabeza va montada sobre un brazo articulado con el fin de que pueda acceder a todos los puntos del frente de excavación. Completan la rozadora un sistema de recogida y transporte del escombro y un chasis automóvil sobre orugas.

Existen dos sistemas distintos de corte en las rozadoras actuales: el ripping de cabezal frontal y el milling de cabezal radial. En el ripping la cabeza gira en torno a un eje que es perpendicular al eje del túnel, tratándose en realidad de dos cabezas simétricas. Las picas golpean frontalmente a la roca. En el milling la cabeza gira en torno a un eje longitudinal, paralelo al eje del túnel. Las picas van dispuestas en forma helicoidal y golpean a la roca de forma lateral. Ambos sistemas proporcionan resultados similares, por lo que no se puede considerar que uno sea mejor que el otro, si bien a igualdad de potencia de la cabeza de corte y para una roca de dureza determinada, el rendimiento de excavación de las rozadoras de cabezal frontal es un 30% superior al de las rozadoras con cabezal radial. Por otra parte, también existen varios sistemas de carga del escombro: mediante brazos recolectores, mediante mesa recolectora, paletas, cinta transportadora acoplada al brazo, etcétera.

Las picas son de dimensiones y formas distintas según el uso a dar. Cada fabricante proporciona unos criterios de uso de sus picas, que también han de comprobarse sobre el terreno hasta elegir el tipo más adecuado. Generalmente se usan picas delgadas y estrechas para suelos y rocas blandas y picas gruesas de forma fusiforme para las rocas más duras.

Las rozadoras se clasifican por su peso, dado que la fuerza que ejerce la cabeza contra la roca es contrarrestada únicamente por el peso de la máquina. De este modo, a mayor peso mayor será la capacidad de la rozadora para excavar rocas más resistentes, y por tanto irá dotada de mayor potencia de corte.

Las ventajas de las rozadoras frente a las tuneladoras son:

Flexibilidad y maniobrabilidad: pueden efectuar distintas secciones, cambios de trazado, excavaciones transversales a la principal,…

No se precisan grandes espacios para el montaje y el desmontaje.

En el frente son más accesibles para el mantenimiento.

Menor coste de capital.

El frente queda ventilado más rápidamente.

Las ventajas de las rozadoras frente a la perforación y voladura son:

Mayor mecanización.

Perfilado exacto de la sección de excavación.

Menor afección a la roca ya que no es agrietada por las voladuras.

Ausencia de vibraciones generadas por el uso de explosivos.

Menores necesidades de sostenimiento que con el uso de explosivos.

Mejor adaptación a la construcción.


El martillo hidráulico montado sobre una retroexcavadora ordinaria de cadenas tiene una importante utilidad cuando se trata de excavar rocas blandas o fisuradas en las fases de destroza, donde compite ventajosamente con los otros métodos más potentes. En la fase de avance no debe emplearse, pues este sistema necesita al menos dos caras libres de salida de la roca para lograr un rendimiento adecuado. Las ventajas principales son el bajo coste, necesidad de pocos operarios, y una mayor producción, movilidad y flexibilidad.

Hoy en día existen sistemas automáticos que ajustan la fuerza y la cadencia de los golpes en función de la resistencia que presenta el terreno, con lo que se consiguen rendimientos muy elevados. También se montan martillos sobre excavadoras-cargadoras provistas de un sistema de evacuación de escombros como mostramos en el esquema de abajo.

SOSTENIMIENTO

1.-INTRODUCCIÓN

Las rocas situadas a una cierta profundidad están sujetas a esfuerzos que son resultado del peso de los

estratos suprayacentes, tensiones tectonicas residuales, etc. Cuando se realiza una excavación

subterránea en estas rocas, el campo de esfuerzos es alterado localmente y se produce una

redistribución de las tensiones originales que existen en el medio. Las tensiones que actuaban en la roca

extraída para realizar el túnel, se redistribuyen y deben ser soportados por las rocas que se encuentran

en las proximidades de la excavación. Si la roca, sin exceder su resistencia, puede soportan

indefinidamente esta carga, no es necesaria la colocación de sostenimiento. En la mayoría de los casos,

la excavación tiende a cerrarse y sin la colocación de un sostenimiento adecuado llegaría a colapsar.

Debido a la existencia de fracturas y juntas en una excavación sin sostenimiento, el colapso de la misma

a menudo se manifiesta por la caída de bloques, al introducir el sostenimiento este sostenimiento no se

suele producir.


Dado que el anillo de roca que rodea al túnel es el principal elemento que da estabilidad a la excavación,

el sostenimiento tendrá como misión evitar que el terreno pierda propiedades por efecto del proceso

constructivo, o incluso que las mejore.

Los elementos generalmente usados para el sostenimiento de las excavaciones subterráneas en roca

son dos:

El hormigón proyectado, en masa o armado

Los bulones

Además de estos dos elementos se usan otros en algunas circunstancias, especialmente cuando se trata

de atravesar zonas de roca de mala calidad: las cerchas metálicas, los paraguas o enfilajes, chapas tipo

Bernold, otros tratamientos especiales: inyecciones, drenajes, etc.



El hormigón proyectado tiene dos efectos principales:

Sella la superficie de la roca, cerrando las juntas, evitando la

descompresión y la alteración de la roca. De este modo el

terreno puede mantener, en una mayor medida, sus

características iniciales.

El anillo de hormigón proyectado desarrolla una resistencia y puede trabajar como lámina, resistiendo las cargas que le transmite la roca al deformarse. También resiste la carga puntual ejercida por pequeñas cuñas o bloques de roca que descansan sobre la capa de hormigón.

El hormigón esta constituido por un mortero de tamaño máximo de árido en torno a 8 mm, que se coloca contra el interior de la excavación compactando el mismo mediante la energía de su proyección. Este sistema de colocación y densificación es lo que diferencia claramente al hormigón proyectado del hormigón vibrado, que se coloca al amparo de un encofrado. Actualmente con el hormigón proyectado pueden alcanzarse resistencias iguales o superiores a las del hormigón convencional encofrado, a pesar de la disminución del tamaño máximo del árido, lo conseguimos con adición de humo de sílice. 3.1.1.-MÉTODOS DE COLOCACIÓN DEL HORMIGÓN PROYECTADO

1. Por vía seca en el que aporte del agua a la mezcla de cemento y árido lo realiza el propio operario, incluyéndose en el extremo de la lanza de proyección el grifo para la regulación del caudal del agua. Es el sistema antiguo de colocación del hormigón proyectado, y presentaba inconvenientes:

Falta de homogeneidad del hormigón proyectado, debido al mayor o menor contenido de agua regulada por un operador.

Falta de compacidad del hormigón proyectado, ya que el operario para evitar el efecto desagradable del rebote, tendía a distanciarse de la posición a gunitar (1.50 m), hasta alcanzar una distancia con la que se realizaba un “regado” de la zona a gunitar.

2. Por vía húmeda, mediante el empleo de robots que realizan automáticamente el gunitado, el operario (protegido y a distancia del punto de trabajo) tiene únicamente que situar los extremos de las lanzas de los robots. Existen robots de un solo brazo para secciones pequeñas o de varios brazos. Durante la proyección parte del material suministrado se desprende de la masa, lo que se denomina como rebote, y que modifica el grado de aprovechamiento del hormigón gunitado y disminuye la resistencia de la gunita colocada, ya que con el rebote se pierden más gruesos que finos. El porcentaje de rechazo depende de los siguientes factores:

- Relación agua/cemento - Proporción de la mezcla - Gunitador - Tipo de áridos (> árido grueso = > más rebote) - Eficacia de la hidratación - Presión del agua o del aire - Diseño y tamaño de la boquilla - Velocidad de la proyección - Capacidad del compresor - Angulo y distancia del impacto

En el sostenimiento de túneles está totalmente extendida la incorporación de fibras de acero a la gunita, lo que lleva a las siguientes mejoras:

- Mayor resistencia a la tracción de la gunita colocada y menor fisuración. - Disminución del rebote. - Aumento del desarrollo inicial de resistencia.

Se recomienda que la longitud de las fibras sea como mínimo de 20 mm.

3.2.-BULONES Los bulones tienen dos efectos básicos sobre la roca:

Cose las juntas de la roca, impidiendo que cuñas y bloques puedan deslizar a favor de las fracturas. La rotura de un macizo rocoso se produce siempre a favor de las juntas.

Tiene un efecto de confinamiento de la roca, actuando del mismo modo que las armaduras lo hacen dentro del hormigón. Se absorben las tracciones que aparecen en el terreno, e impedir la formación de zonas descomprimidas.

A continuación aparecen los diferentes tipos de bulones:

- Bulones de barra a la resina o inyectados. - Bulones de expansión hidráulica.

- Bulones de anclaje mecánico - Bulones autoperforantes.

Las rigideces de los distintos tipos de bulones pueden tomarse del gráfico realizado por Stillborg, que es el que aparece en la gráfica. De está según el tipo de bulón a utilizar, obtendremos la carga y el desplazamiento y calcularemos la rigidez como el coeficiente de la carga y el desplazamiento:

a) Bulones a la resina

Es el método clásico de realización de bulones, aunque actualmente se encuentre en desuso al haberse sustituido por los bulones de expansión hidráulica. Están constituidos por redondo normal corrugado de acero BS-500 y diámetros de φ 25 a φ 32. La perforación se realiza con un ligero sobreancho respecto al diámetro del redondo, que debe rellenarse íntegramente con cartuchos de resina de dos componentes, cuyo endurecimiento es inmediato una vez que se produce el batido que realiza el propio martillo que perfora el agujero para la colocación del bulón. En el extremo exterior del bulón se realiza un mecanizado en rosca, con una longitud no inferior a 150 mm y se coloca una placa y su correspondiente tuerca. b) Bulones de expansión hidráulica. Son los actualmente utilizados de forma generalizada por su rapidez de colocación hasta longitudes de 6-8 m, utilizando la propia cercha del Jumbo después de haberse perforado el agujero con uno de los brazos del mismo. Consisten en una chapa flexible que se suministra ondulada, y que por presión de agua toma la forma circular presionando contra el terreno, siendo esta fricción la que garantiza su capacidad de carga, según el esquema de la figura:

El ciclo de la instalación de un bulón de expansión hidráulica es el que aparece a continuación:

Ya que la fiabilidad de los bulones de expansión hidráulica únicamente puede garantizarse en el caso de materiales suficientemente rígidos, no se recomiendan para suelos para que no se produzca el aflojamiento de la presión ejercida durante el inflado por deformación posterior del terreno en el que se ha colocado. c) Bulones de anclaje mecánico Son bulones con cabeza metálica que por expansión aprietan contra el terreno. La ventaja es que mediante el empleo de llave dinamométrica permite tensarlos, necesario en el caso del refuerzo del sostenimiento mediante bulones en túneles profundos con presión de confinamiento elevada para evitar la rotura de hastiales por estallido o bursting (efecto debido a la rotura por pandeo del terreno comprimido en el entorno del perímetro del túnel). d) Bulones autoperforantes. Permiten alcanzar longitudes muy superiores a la de los anclajes convencionales y puede atravesar cualquier tipo de material, incluso los muy fracturados, sin que haya problemas de pérdida de la perforación al realizarse la misma con la misma barra de anclaje.

El sistema de perforación es mediante barra hueca con cabeza perdida, inyectándose por el interior de la misma el mortero o lechada que además de extraer el detritus, cementa el espacio existente entre el agujero realizado y el diámetro exterior de la barra una vez que se ha alcanzado su profundidad. Los elementos que constituyen el anclaje serían la barra hueca, el manguito y la boca de perforación, como puede verse en la figura:

Las marcas comerciales disponen de distintos diámetros y tipos de cabeza Las funciones habituales de estos tipos de anclajes dentro de la contención de un túnel son:

Realización de empiquetados.

Realización de refuerzos en túneles ya sostenidos con otro sistema de bulones cuya fiabilidad se haya comprobado que es dudosa en las pruebas de extracción, o que haya síntomas de que pueda producirse un hundimiento parcial.

Recalce del sostenimiento del avance. Si excavamos junto al apoyo del sostenimiento de avance en terrenos rotos o de baja resistencia, confiando únicamente en el sobreancho de la pata de elefante es poco fiable y es la causa de muchos de los hundimientos producidos en túneles. Para evitar esto recalzaremos el apoyo del sostenimiento de avance mediante bulones de barra que resistan cortantes y que tengan longitudes de 6 a 12 m, de forma que queden fuera en cualquier caso de la posible rotura de este apoyo.


1. LONGITUD DE LOS BULONES: Como norma general, la longitud de los bulones debe ser la tercera parte de la máxima anchura de excavación.

2. DENSIDAD EL BULONAJE:

a. Bulonaje asociado a hormigón proyectado: 0.4-0.8 bulones /m2 de superficie de roca.

b. Terrenos de muy buena calidad (RMR>70): desde 0.25bulones /m2 (RMR: Rock Mass

Rating, Índice de dureza del macizo rocoso)

3. ORIENTACIÓN DE LOS BULONES: Como regla general, los bulones deben colocarse radialmente dentro de la misma sección.

3.3.-CERCHAS

Son perfiles metálicos que se ajustan al diámetro de la excavación. Las cerchas aportan rigidez al sostenimiento, colaborando con el hormigón proyectado. Tienen la ventaja de que su resistencia inicial es ya definitiva; siempre que se asegure el contacto entre el terreno y la cercha.

Define también la geometría del túnel, lo que ayuda a conseguir los espesores adecuados de hormigón proyectado y a evitar sobreexcavaciones o zonas dentro de gálibo. Dependiendo de las necesidades portantes que se necesiten se utilizarán dos tipos de cerchas en los túneles: ligeras TH-21 y medias TH-29. En las secciones de sostenimiento en las que se ha previsto la instalación de cerchas, éstas deberán quedar arriostradas longitudinalmente mediante tresillones constituidos por redondos de acero de 20 mm, soldados a las cerchas, o mediante perfiles laminados de pequeña sección. Los huecos existentes entre las cerchas y el terreno se deberán rellenar con hormigón proyectado. Asimismo, cuando no se emplee chapa Bernold, las cerchas deberán quedar recubiertas por un espesor mínimo de 3 cm de gunita. Los tipos de perfiles metálicos que se utilizan son:

Perfiles TH: se denominan por el peso por metro lineal, con la sección que puede verse en la imagen de la derecha.

La ventaja de los perfiles TH es que permite la unión entre los mismos mediante un sistema de grapa que permite acomodar el desarrollo de la cercha a la geometría real que se ha obtenido en la excavación.

Perfiles HEB o de ala ancha, que se definen por el canto del perfil utilizando normalmente para los anchos usuales de túnel HEB-120 hasta HEB-240 (ésta última en casos de cámaras muy singulares, ya que habitualmente la dimensión máxima de perfil sería la HEB-180). En la figura 4.3 puede verse la definición geométrica de la sección, y en la tabla adjunta las dimensiones, sección, inercia, etc., de los perfiles que pueden utilizarse en túneles.

La unión entre los distintos tramos de cercha se realiza a tope, mediante placas atornilladas situadas en ambos extremos de los tramos. Esto obliga en el caso de que sea necesario aumentar la longitud de cercha respecto a la teórica para adaptarse al perfil del terreno excavado, a tener que colocar suplementos realizados a medida en el propio taller de la obra.

Cerchas reticulares. Tridimensionales constituidas por 3 ó más redondos formando una celosía tridimensional, de acuerdo con el esquema de la figura. Las uniones entre tramos se realizan mediante placas a tope unidas por tornillos o mediante sistema de bulón o anillo, como puede verse en la figura

3.4.-CHAPA BERNOLD

Es una placa troquelada, de espesores de 2 ó 3 mm, que puede colocarse entre cerchas, con las siguientes funciones:

- Equivalen a una armadura de acero en el hormigón. - Pueden servir de encofrado perdido para el gunitado por detrás de las mismas en el caso de un sostenimiento de túnel, o para el gunitado exterior en la visera.

Las dimensiones de suministro de la chapa son de 1200 mm en altura por 1080 mm en longitud, según el eje del túnel, con lo que en los tramos en que se coloque la separación entre ejes de cercha debe ser de 1200 mm, en el caso de que se sitúen entre las alas, o de 1 m si se colocan apoyadas por el trasdós de éstas. En la figura puede verse la geometría de un elemento de chapa Bernold:

No es habitual la realización de túneles con empleo de chapa Bernold, salvo en dos situaciones:

- Viseras de emboquilles, cuya colocación es sistemática - En el caso de paso de zonas hundidas en que se han formado chimeneas, en que se realiza el siguiente proceso:

* Realización de paraguas de la zona hundida * Avance con cerchas pesadas espaciadas en torno a 0.50 m y con colocación de chapa Bernold por detrás de las mismas. * Una vez pasada la zona hundida, inyección de mortero por detrás de la cercha y chapa Bernold hasta rellenar la oquedad, o al menos realizar un tramo de arco de hormigón de 1 m de hormigón.


Consiste en la realización en la clave del túnel de una protección mediante tubos continuos o micropilotes que eviten la caída del material excavado y mejoren la estabilidad del propio frente, tal y como puede verse en la figura.

Era un proceso muy lento y de elevado coste, ya que obligaba a sacar del túnel la maquinaria de perforación mientras se realizaba el paraguas por otra máquina distinta a las que se utilizaban durante la excavación. Sin embargo, actualmente pueden realizarse mediante el empleo del propio Jumbo

paraguas autoperforantes de diámetro hasta 100 mm y longitudes de 12 m, lo que ha mejorado la producción de la maquinaria del túnel en las zonas que necesiten este tratamiento y ha permitido su utilización con un coste razonable. 3.6.-HORMIGÓN ENCOFRADO En muchas ocasiones, cuando ha sido colocado el sostenimiento, en todo el desarrollo del túnel, se procede a la realización de un revestimiento de hormigón en masa cuyas funciones son:

- Mejorar el acabado estético del túnel - Reducir la fricción del aire permitiendo limitar la potencia de los ventiladores - Constituir un elemento de protección frente al fuego del sostenimiento resistente. - Constituye un nuevo elemento de soporte, que aumentará el coeficiente de seguridad del túnel una vez construido.

El espesor mínimo del hormigón encofrado debe ser de 30 cm, admitiéndose variaciones de hasta 10 cm siempre y cuando esas zonas se refuercen con mallazo. El elemento principal para la colocación del revestimiento es el encofrado de túnel. Suele estar constituido por 3 módulos deslizantes, de forma que pueda retirarse y adelantarse el módulo en que anteriormente se hubiera realizado el hormigonado, poniéndole por delante del que en ese momento se está hormigonando, lo que permite que esta actividad constituya un proceso continuo sin interrupciones.



Para realizar el diseño del sostenimiento de un túnel, generalmente se sigue una metodología

progresiva, que aplica sucesivamente criterios y procedimientos, en el siguiente orden:

1. Clasificaciones geomecánicas: basadas en distintos métodos empíricos generados a partir de la

experiencia obtenida en la excavación de otros túneles, que dan un prediseño muy ajustado del

sostenimiento a instalar.

2. Métodos numéricos: una vez predefinidos los sostenimientos con los criterios basados en

clasificaciones geomecánicas, se aplican a ellos métodos basados en el análisis de simulaciones

numéricas utilizando códigos de elementos finitos o diferencias finitas. Son muy especializados,

dando una valoración exacta del estado tensional del sostenimiento. Estas simulaciones

numéricas trabajan generalmente en medio continuo.

3. Cálculos de bloques: basados en la teoría de bloques, que determinan dónde pueden existir

bloques peligrosos en un macizo rocoso interceptado por diferentes discontinuidades. Los

bloques se forman por la intersección de juntas y fracturas en el macizo rocoso. Estos cálculos

son complementarios a los métodos numéricos, ya que estos últimos suelen trabajar en medio

continuo.

REVESTIMIENTO 1.-INTRODUCCIÓN El revestimiento es la estructura de hormigón que reviste la cavidad y está en contacto con el terreno o el sostenimiento. Las finalidades del revestimiento de un túnel son: - Resistencia - Impermeabilización - Estética - Funcionalidad: mejora de ventilación, iluminación o capacidad hidráulica.


Los criterios para la colocación de un revestimiento son los que aparecen a continuación:

Estructural.

Presencia de agua. La presencia del agua proveniente de la roca ataca al hormigón y al acero

del sostenimiento y del revestimiento, deteriorándolos. Por otro lado, el agua que cae sobre la

calzada puede producir deslizamientos en la calzada o formación de placas de hielo,

comprometiendo la seguridad vial.

Estético.

Ventilación. Las superficies lisas de los revestimientos favorecen la ventilación.

Iluminación. El sostenimiento, al ser rugosa su superficie, absorbe más luz, requiriendo de

mayores potencias luminosas.

Mantenimiento. Un anillo de hormigón no requiere de mantenimiento, sólo la limpieza alguna

vez. Por el contrario, el sostenimiento debe revisarse y reforzarse por su potencial de

degradación.

Coste. A corto plazo, la solución más económica es únicamente aplicar el sostenimiento,

especialmente en túneles de escasa longitud.

3.-DOVELAS

3.1.-INTRODUCCIÓN Las dovelas son elementos prefabricados que se atornillan entre sí

formando un anillo troncocónico. La construcción del túnel con

revestimiento por anillos prefabricados permite el trazado con

alineación en curva horizontal o vertical. Esto es debido a que los anillos

son troncos de conos, los cuales según la posición en que se coloquen

sus caras contiguas pueden generar una alineación curva.

http://www.wikivia.org/wikivia/index.php/Revestimiento_t%C3%BAneles_(construcci%C3%B3n)

http://www.wikivia.org/wikivia/index.php/Revestimiento_t%C3%BAneles_(construcci%C3%B3n)

Las dovelas que se colocan como revestimiento de los túneles aportan la resistencia del túnel a

presiones externas, constituyen el recubrimiento interno del túnel y proporcionan soporte axial a la

máquina TBM para asegurar el avance del túnel.


El número de dovelas para conformar los anillos y la calidad de los materiales son definidos de acuerdo

con la geometría y el diseño del túnel, de manera que para cada proyecto se establecen unas

especificaciones determinadas para las dovelas, que requieren de moldes únicos para cada túnel.

Dependiendo de las condiciones del túnel, se acostumbra a utilizar anillos universales conformados por

6 a 11 dovelas, de las cuales hay una más pequeña que permite cerrar el anillo.

Los extremos de los anillos no son paralelos lo que permite al túnel tener diferentes alineaciones. La

fabricación de las dovelas requiere moldes de gran precisión y perfecta geometría, puesto que la

tolerancia de los anillos es de pocos milímetros.

El diseño del concreto que se utiliza en las dovelas es crucial para asegurar el buen desempeño de las

mismas, por lo que se deben considerar las características en estado fresco requeridas para lograr una

adecuada compactación, el tiempo de manejabilidad, el fraguado, la resistencia a diferentes edades y

los parámetros asociados con durabilidad, para asegurar que el túnel tenga un horizonte de servicio de

acuerdo a las necesidades del proyecto.

Las dovelas tienen reservaciones o puntos de conexión que permiten que al momento de la instalación

de los anillos se coloquen unos pases que aseguran la posición y dan continuidad a las dovelas; así

mismo tiene unas ranuras para la instalación de barras guía que facilitan el ensamble de unas dovelas

contra las otras y unas almohadillas en las zonas de empuje de los gatos de avance encargadas de

distribuir de manera uniforme los esfuerzos en todo el perímetro de los anillos que conforman; así

mismo, para evitar las infiltraciones cada dovela tiene un empaque perimetral que trabaja por

compresión entre las uniones, estos empaques se colocan antes de salir de planta por lo que deben ser

resistentes a los rayos ultravioleta para que no se deterioren durante el periodo de almacenamiento,

antes de ser utilizadas


El sistema de fabricación de dovelas, depende de las condiciones

particulares de cada proyecto y puede ser con moldes estacionarios

o con moldes en carrusel.

La vibración y los sistemas de desmolde, así como la distribución de

la planta para la fabricación de dovelas y los elementos de los

moldes deben ser cuidadosamente establecida. La vibración

depende del peso de cada dovela y su geometría, así como la

consistencia del concreto y el tiempo establecido para el vaciado del concreto. La consistencia del

concreto varía desde mezclas muy secas que requieren alta energía de compactación hasta mezclas

autocompactantes que no requieren de vibración.

Las etapas de fabricación de dovelas son:

1. armado de canastas

2. alistamiento de los moldes

3. Aplicación de desmoldante y cierre de la formaleta

http://www.titancemento.com/espanol/component/titanpublications/

4. Vaciado del concreto

5. Aplicación de vapor

6. Desmolde y volteado de dovelas

7. Colocación de accesorios

8. Almacenamiento y el transporte de dovelas al sitio de la obra.

El almacenamiento y el transporte de dovelas al sitio de la obra se hace

colocando las dovelas que conforman un anillo en un solo arrume de

acuerdo con el orden de instalación.


4.1.-POSIBLES SITUACIONES Las posibles situaciones en las que tengamos que aplicar hormigón bombeado son:

1. Buscamos que el equilibrio ya no se modifique 2. Si el túnel se encuentra excavado en materiales expansivos que al descomprimirse y existir

aporte de agua, pueden desarrollar su potencial expansivo. 3. Disminución a medio-largo plazo de los parámetros resistentes (RMR<50), ya que se produce

un incremento de los empujes. 4. Si se realiza una nueva excavación cerca del túnel, esta puede modificar el equilibrio.

4.2.-FORMAS Las formas que adopta el hormigón vienen condicionadas especialmente por:

Consideraciones geotécnicas

Excavación y medios utilizados: dimensiones y plazos

Finalidad. Las formas utilizadas más habituales son:

Sección en arco de medio punto con hastiales rectos si las características geotécnicas son buenas.

Sección en herradura, si los materiales son de tipo medio

Si los materiales son de mala calidad, usaremos formas cerradas con contrabóvedas planas o curvas

En general, cuanto peores sean los materiales, más se debe tender a la forma circular.

4.3.-PUESTA EN OBRA La puesta en obra del hormigón bombeado se realizará siguiendo los criterios que hay a continuación:

Encofrados provistos de ventanas, convenientemente distribuidas para permitir la colocación y vibrado del hormigón.

El hormigonado se realiza mediante bombas.

Se emplean cimbras con encofrados generalmente metálicos.

4.4.- INYECCIONES DE CONTACTO Son operaciones complementarias al revestimiento realizadas con lechada o mortero. Son importantes en las bóvedas ya que son las zonas más difíciles de hormigonar en un túnel. Se realizan mediante taladros al tresbolillo, 1 cada 6m

2, perforando en la roca de 0.6 a 0.8m. El diámetro

de la perforación es de unos 5 cm.

5.- CAVERNAS Los sistemas constructivos para estas obras dependen de:

Las condiciones del terreno

Dimensión de la obra

Profundidad a la que hay que realizarla

Disponibilidad de ocupación temporal en superficie Este tipo obras se agrupan en dos clases: ejecución subterránea y a cielo abierto.

Ejecución subterránea: este sistema se basa en limitar al máximo la sección de excavación,

hormigonar lo más rápidamente la sección excavada y apoyarlo todo en un sostenimiento

continuo que impida las deformaciones iniciales de terreno.

Consta de las siguientes fases:

I. Excavación de galerías y hastiales y clave

II. Excavación y hormigonado de semisección de hastiales

III. Excavación y hormigonado de galerías transversales de bóveda

IV. Excavación de la caverna y hormigonado de la contrabóveda

VENTILACION EN TUNELES

1.-INTRODUCCIÓN

La necesidad de mantener dentro de los túneles, en su construcción o explotación, una atmósfera respirable, no tóxica y en condiciones ambientales óptimas obliga a renovar el aire mediante los sistemas de ventilación, para impedir que los gases y humos generados en las distintas fases de construcción o por los vehículos de motor alcancen unas concentraciones límite predeterminadas. Las diferencias entre la ventilación en la fase de construcción y de explotación son que en la fase de construcción se emiten más contaminantes, principalmente en la zona del frente de avance y que los operarios están allí durante toda su jornada de trabajo. El sistema de ventilación de un túnel en explotación será permanente mientras que durante la construcción se debe ir adaptando a los cambios que se vayan produciendo al ir avanzando el proyecto o a lo largo de una jornada. Otra diferencia importante es que en la fase de construcción el túnel sólo tiene una entrada por lo que la ventilación debe conseguirse asegurando la circulación de aire desde la entrada hasta el frente de avance.


La ventilación puede ser: - Soplante - Aspirante

Ejemplos de ventilación en construcción:

Construcción túnel de La Línea

Construcción túnel en Dresde, Alemania


Se instala una conducción a través de la cual circula aire desde el exterior hasta el frente de avance. El tapón de humos, gases y polvo que ocupa el fondo del túnel es removido por el aire fresco soplado por la tubería siendo así diluido y empujado a lo largo del túnel hasta su emboquille por donde es expulsado hacia el exterior.

http://www.construmatica.com/construpedia/Archivo:Venti1.png

Las ventajas de la ventilación soplante son: - Fácil instalación. - Permite tuberías de lona de fácil manejo. - Es más económica. - El aire se conduce rápidamente y llega al frente en buenas condiciones. - El chorro de aire que sale del conducto es capaz de remover los gases y humos del frente. - Menor potencia instalada. - Menor pérdida de carga. -

Los inconvenientes son: - Los gases de voladura han de circular por el túnel. - El polvo puede crear problemas de visibilidad.


Se aspira el aire que ocupa el frente de avance mediante una tubería de ventilación. El aire entra por la boca del túnel y atravesando toda su sección llega hasta el frente de avance mezclándose así con los distintos contaminantes que puedan existir. Un ventilador acoplado a la tubería hace que el aire del frente entre en ésta y sea expulsado por su otro extremo al exterior del túnel.

Las ventajas de la aspiración aspirante son: - Los gases y el polvo retornan por la tubería evitando que los respire el personal. - Tras el disparo de las voladuras los gases y humos se eliminan rápidamente.

Los inconvenientes son:

- Requiere una tubería rígida o si es de lona deben estar armadas con espiral de acero. - El aire entra por el túnel lentamente a lo largo del túnel. - La ventilación aspirante deja algunas zonas del frente mal ventiladas. - Mayor potencia instalada. - Mayores pérdidas de carga.



Primero se realiza una fase de aspiración durante la cual se elimina la fracción de humos situada cerca de la tubería. A continuación se sopla por la misma tubería de forma que se pueda limpiar la zona comprendida entre el extremo de la tubería y el frente.


En este caso son necesarias dos tuberías provistas cada una de un ventilador.



El aire entra por un oído central y es aspirado por centrifugación en una rueda de álabes, de donde es impulsado a la voluta cuya sección va creciendo hasta alcanzar el orificio de salida, llamado difusor.



Constan de un conducto cilíndrico en el que hay una hélice construida con unas paletas fijadas sobre un cubo. El aire entra y sale paralelamente a la máquina.


La ventilación es necesaria por dos causas: · Mantener durante la explotación unas condiciones de limpieza y ausencia de contaminantes en el aire que respirarían las personas que circularán por el túnel. Esto es necesario fundamentalmente en los túneles de carreteras, en que los vehículos que discurren son contaminantes por la quema de los carburantes. En el caso de túneles ferroviarios no sería necesaria la ventilación para cumplir esta finalidad, debido a las siguientes causas:

- Los vehículos ferroviarios son en general eléctricos y por tanto no provocan contaminación. - El paso de vehículos ferroviarios en un túnel tiene una frecuencia muy inferior a la que se

tiene en el caso de túneles de carretera. - El propio paso de un convoy ferroviario provoca un efecto pistón más marcado cuanto

mayor sea la velocidad del vehículo, que favorece la renovación del aire. · La ventilación también debe permitir una mejora de las condiciones de seguridad del túnel en caso de incendio, tanto por la extracción directa del humo procedente del citado incendio, sin permitir que se extienda a todo el desarrollo del túnel, como por permitir la entrada de aire fresco que haga de barrera a la citada expansión. Con las exigencias de seguridad actuales, suele ser más limitativo el diseño de la ventilación frente al riesgo de incendio que por mantenimiento de la calidad del aire, incluso para túneles de carretera, y especialmente con mayor influencia en los casos en que los túneles presenten mayor longitud. En estos casos, como en la mayor parte de las obras de ingeniería, hay que llegar a un punto de compromiso entre el óptimo de seguridad y la justificación de la inversión, cumpliendo siempre la normativa existente. Los tipos de ventilación varían desde la natural, debida a la diferencia de presión entre las bocas por condiciones climáticas, hasta la transversal, pasando por la longitudinal y la semitransversal. La elección del sistema de ventilación depende de una serie de factores entre los que se encuentran la longitud del túnel, la intensidad de tráfico que soporta, gastos de explotación, seguridad en caso de incendio, etc.


El aire circula en el mismo espacio que los vehículos, y su movimiento se mejora por la implantación de ventiladores longitudinales que ayudan a la circulación natural del aire. Recomendado para túneles de circulación unidireccional no muy largos o bidireccionales cortos

- Ventajas: gran ahorro de energía, ya que una parte del tiempo es suficiente con la energía dinámica de los vehículos.

- Inconvenientes: en caso de congestión es difícil controlar las condiciones de ventilación

Esquema de ventilación longitudinal

4.2.-VENTILACION LONGITUDINAL CON EXTRACCIONES MASIVAS DE HUMO

Igual que la ventilación longitudinal, pero se sitúan pozos intermedios de ventilación donde, en caso de incendio, se expulsa el humo al exterior. Recomendado para túneles de circulación unidireccional largos.

- Ventajas: las mismas que la ventilación longitudinal y con posibilidad de realizar túneles de mayor longitud.

- Inconvenientes: los mismos que en la ventilación longitudinal más la necesidad de situación de pozos de ventilación que raramente se usan.


El aire fresco se distribuye a lo largo del túnel mediante un canal paralelo al mismo provisto de toberas a intervalos regulares. El aire viciado corre a lo largo del túnel saliendo por sus embocaduras. Recomendado para túneles de circulación bidireccional largos o unidireccional con posibilidad de congestión o muy largos.

- Ventajas: se puede obtener una buena extracción del humo en caso de incendio, manteniendo una adecuada visibilidad.

- Inconvenientes: encarecimiento por conductos, dificultad de puesta en marcha, elevado gasto energético, dificultad de establecer redundancias y márgenes de seguridad en el sistema.

Esquema de ventilación semitransversal

4.4.-VENTILACION TRANSVERSAL

Este sistema es el más perfecto, ya que se inyecta aire fresco a lo largo del conducto que recorre la totalidad del túnel y se extrae el aire viciado por otro conducto, y en las zonas en donde se produce, con lo que se produce una verdadera circulación transversal del aire. Recomendado para túneles de circulación bidireccional largos o unidireccional con posibilidad de congestión, muy largos o con configuración complicada por múltiples enlaces.

- Ventajas: permanentemente se pueden obtener unas condiciones ambientales óptimas (tanto en caso de incendio, como por gases contaminantes)

- Inconvenientes: encarecimiento por conductos, dificultad de puesta en marcha, elevado gasto energético, dificultad de establecer redundancias y márgenes de seguridad en el sistema.

Esquema de ventilación transversal (AF: aire fresco; AV: aire viciado)

4.1.-VENTILACION MEDIANTE POZOS SITUADOS A INTERVALOS REGULARES

Únicamente se disponen, a intervalos regulares, pozos de ventilación que posibilitan la impulsión o extracción de aire desde el exterior. Mediante la reversibilidad de los ventiladores se pueden combinar adecuadamente los pozos que extraen y los que impulsan para realizar un barrido completo del túnel o de los humos en caso de incendio. Usado en túneles ferroviarios urbanos (metros y cercanías).

- Ventajas: fácil configuración y funcionamiento. Se suele impulsar en las estaciones (garantizando su ventilación y acondicionamiento) y extraer en los puntos intermedios del .túnel

- Inconvenientes: dificultad de control para asegurar velocidades en el túnel y de control de humos en determinadas condiciones de incendio.

REFERENCIAS

Ventilación de túneles, técnicas para su diseño y operación. Juan Manuel Sanz Sacristán

TEMA XVI INSTALACIONES EN TÚNELES DE TRANSPORTE DE VIAJEROS. Francisco J. Castanedo

Navarro. Módulo de excavaciones subterráneas. Máster de Ingeniería Geológica. Universidad

Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Geológicas

Regulación y desempeño en ventilación de túneles. Gary D. Thorinson

TEMA VI ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO DE TÚNELES. Francisco J. Castanedo Navarro.

Módulo de excavaciones subterráneas. Máster de Ingeniería Geológica. Universidad

Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Geológicas

EL SOSTENIMIENTO DE TÚNELES BASADO EN LAS CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS.

E.T.S.E.C.C.P.B. - U.P.C.

RECOMENDACIONES DE EXCAVACIÓN Y SOSTENIMIENTO PARA TÚNELES. Manuel Romana Ruiz.

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PROYECTO CONSTRUCTIVO DEL TRAMO DE ERMUA DE LA LINEA DE FERROCARRIL BILBAO –

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grupo no 3 ejecucion de tuneles

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