UNIVERSIDAD SANTO TOMAS
DIVISION DE INGENIERIA
MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TUNELES
ESPACIO ACADEMICO CONSTRUCCIONES EN INFRAESTRUCTURA VIAL VIAL
DOCENTE ING. DIEGO A. GANTIVA ARIAS ARIAS
NOMBRE ESTUDIANTE ING. DIEGO CORTES SALAZAR ING. LENIN ERNESTO DORADO ING. JOSE FRANCO ARCOS ARCOS
OCTUBRE 05 DE 2019
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION ............................................................................................................................................. 3 1.
CLASIFICACIÓN DE TÚNELES SEGÚN MANUAL DE CARRETERAS .................. ........................... ................... ................... ................. ........ 4 1.1.
SEGÚN UBICACIÓN UBICACIÓ N .................................. ................. ................................... ................................... ................................... ................................... ............................. ............ 4
1.2.
SEGÚN CARACTERÍSTICAS CARACTER ÍSTICAS CONSTRUCTIVAS. CONSTRUCTI VAS. ................................... .................. ................................... ................................... ....................... ...... 4
1.3.
SEGÚN CLIMA Y ALTITUD. ................................... .................. .................................. ................................... .................................... ................................... ................. 4
1.4.
SEGÚN EQUIPAMIENTO SEGÚN FLUJO VEHICULAR VEHICULAR Y LONGITUD. .................. ........................... .................. ................ ....... 5
2.
FASES DE EXCAVACIÓ EXCAVACIÓN N DE UN TÚNEL ................................. ............... ................................... .................................. ................................... ........................... ......... 5
3.
OPERACIONES BÁSICAS BÁSICAS EN LA CONSTRUCCIÓN CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL ........... .................... .................. ................... ................... ................. ........ 6
4.
MAQUINARIA UTILIZADA EN EN LA CONSTRUCCIÓN CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL TÚNEL .................. ........................... ................... ................... ................. ........ 7
CRONOLOGIAS .............................................................................................................................................. 9 CONCLUSIONES ........................................................................................................................................... 11 BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................................................. 12
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INTRODUCCION
Las obras subterráneas empiezan a surgir con la formación de grutas, cuevas y cursos de aguas subterráneas, los cuáles influenciaron el equilibrio y armonía de todos los ecosistemas, y por ende, del desarrollo y calidad de vida. Dicho oficio comienza en sus orígenes con el arte de la minería. La mina más antigua que se conoce en el mundo se localiza en el cerro de Bomvu en Swazilandia y data del año 40000 a.c. La importancia de los túneles radica en la posibilidad de trasladar mercaderías y personas, aunque sus características son variadas. Hay túneles de varios tipos, aptos únicamente para peatones, otros que permiten el paso de ciclistas y algunos que sirven para el tránsito de vehículos a motor (como automóviles, camiones, etc.). Incluso existen túneles diseñados especialmente para el paso de ferrocarriles. El hombre recurre a los túneles ante la necesidad de salvar obstáculos y solucionar problemas de defensa, religión o de usos prácticos. La Construcción de túneles tiene diversas funciones dependiendo del campo de trabajo: así, se construye túneles para almacenar, transportar, por necesidades científicas y túneles para protección de personas. A continuación se presentan presentan las diferentes opciones que existen hoy en día para el desarrollo de este tipo de obras. Inicialmente, a modo de introducción, se dará a conocer el origen de estas construcciones a lo largo de la historia, tanto en Colombia como en el resto del mundo, además se presentara los iconos de estos megaproyectos, es decir, proyectos en ejecución o planteados. Luego veremos la clasificación de los túneles, las distintas características que pueden adoptar estas obras y la maquinaria que se utiliza para en estos proyectos.
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1. CLASIFICACIÓN
DE TÚNELES SEGÚN MANUAL DE CARRETERAS
1.1. SEGÚN UBICACIÓN Los túneles, según su ubicación en relación a las ciudades, pueden ser definidos como: RURALES: Son túneles ubicados fuera del entorno urbano y que, en general, están destinados a atravesar obstáculos físicos tales como montañas o cuerpos de agua que resultan difíciles o
inconvenientes de cruzarPor mediante puentes. Lossuele túneles habitualmente tienen pocas restricciones espaciales. otra parte, en ellos serrurales más costoso el abastecimiento de agua y electricidad para la operación de los sistemas de incendio, iluminación, ventilación, controles y comunicaciones que puedan requerirse. En general, estos túneles son excavados en roca y suelos residuales (cruce de montañas) o suelos sedimentarios (cruce de ríos y otros). URBANOS: Son túneles emplazados dentro de los límites de la ciudad y están fuertemente constreñidos espacialmente por las redes de servicios propios de las urbes modernas, como ser: redes de alcantarillado, redes de trenes subterráneos, redes de agua potable, redes de gas, redes de alimentación, eléctrica, teléfonos, fibra óptica, etc. Los túneles urbanos son frecuentemente del tipo trinchera cubierta y excavados en suelos sedimentarios. En los túneles urbanos los problemas de ventilación resultan, a veces, dificultados por el hecho de que no siempre se puede expulsar libremente el aire viciado proveniente del interior del túnel, debido a restricciones de carácter ambiental. 1.2. SEGÚN CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTICAS S CONSTRUCTIVAS. Los túneles según sus características estructurales y de construcción pueden ser definidos como:
Túneles en roca (Normalment (Normalmente e a través de una montaña) Túneles en suelo (Normalmente urbanos) Túneles falsos (Construidos en hormigón armado y luego tapados con suelo. Generalmente se construyen antes de la entrada a los túneles en roca, para proteger a los vehículos de la caída de rocas). Trincheras cubiertas (Estructur (Estructuras as de hormigón armado de sección rectangular, construidas en suelo y luego tapadas. Generalmente son urbanas) Cobertizos (Estructur (Estructuras as de hormigón armado de sección rectangular construidos en zonas montañosas para proteger a los vehículos de las avalanchas de nieve. Estas estructuras generalmente son abiertas en uno de sus costados)
1.3. SEGÚN CLIMA Y ALTITUD. Resulta de especial importancia la ubicación geográfica (fundamentalmente altitud) en donde se ubique la obra y el clima del sector. Toda obra localizada en altura considerable y en un clima lluvioso o sectores con filtraciones mayores, requerirá el diseño especial de canaletas conductoras – evacuadoras de aguas, las cuales deberán ser calculadas, dimensionadas y localizadas de manera que cumplan con el objetivo de mantener las pistas secas. La ubicación geográfica determinará la posibilidad de congelamiento de aguas escurrentes o infiltradas a la obra para lo cual deberá procederse a neutralizar el fenómeno que provoque esta situación.
Hay dos fenómenos, particularmente peligrosos para los conductores, que se producen frecuentemente en túneles cordilleranos con exceso de agua, que deben evitarse a toda costa, que son:
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Pavimentos con una película superficial de agua congelada, que se tornan muy resbalosos. Empañamiento repentino del parabrisas al ingresar un vehículo a baja temperatura a un túnel lleno de aire saturado y a mayor temperatura que el vehículo.
Para evitar estos fenómenos se deberá considerar en el proyecto la colocación de láminas térmicas, por ejemplo CARFOAM, las cuales evitan la generación de goteos y su posterior congelación de arriba hacia abajo (estalactitas) o de abajo hacia arriba (estalacmitas). 1.4. SEGÚN EQUIPAMIENTO SEGÚN FLUJO VEHICULAR Y LONG LONGITUD. ITUD. La siguiente figura ilustra una clasificación de los Túneles en función del Tránsito Medio Diario Anual (TMDA) y del Tránsito en Hora Punta asociado a dicho TMDA, versus la longitud del ducto; según ello se clasifican las obras en cuatro categorías, para las que en la Tabla B se indica el tipo de Equipamiento de Seguridad y Control con que debería contar el Túnel. El TMDA se debe considerar al horizonte de diseño de la obra y el Tránsito en Hora Punta como el de la Hora 30 a dicho horizonte. 2.
FASES DE EXCAVACIÓN DE UN TÚNEL
Cuando la sección del túnel es mayor de un cierto valor, unos 40 – 50 m², conviene realizar la excavación en varias fases, sobre todo si la calidad y la estabilidad del terreno son bajas. A la Primera fase de la excavación se le llama Avance y la siguiente Destroza; la destroza puede excavarse a su vez en una única fase o varias: Banco central y Bataches laterales. En terrenos de mala calidad puede excavarse en una tercera fase La Contra bóveda, con el objeto de cerrar un anillo de hormigón. 2.1. MÉTODOS DE PERFORACIÓ PERFORACIÓN N DE TÚNELES La excavación de un túnel depende en gran medida de la naturaleza que posee el terreno, Ya que a partir de los componentes del terreno sobre el cuál se va a trabajar se podrá avanzar inmediatamente o mediante secciones. 2.2. MÉTODO DE ATA ATAQUE QUE A PLENA SECC SECCIÓN IÓN O MÉTODO INGLÉS
En este método se realiza la excavación mediante franjas horizontales, iniciando por la bóveda. 2.3. MÉTODO DE GALERÍA EN CLA CLAVE VE O MÉTODO BELGA. En este método se comienza con la excavación de la bóveda junto al sostenimiento que protege la obra. Luego, se da paso a la excavación de la parte inferior denominada destroza, en la que se comienza por la zona central y luego por pequeños tramos llamados Hastiales. 2.4. MÉTODO DE LA LAS S DOS GALERÍAS O MÉT MÉTODO ODO A AUSTRIACO. USTRIACO. En este método se utiliza en las bases dos galerías, comenzando con la construcción de la primera sobre el cuál se construye un pozo con dirección hacia arriba, y se avanza unos metros; luego se prosigue a la construcción de la segunda galería, la cual avanza hacía los dos sentidos.
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2.5. MÉTODO DE LA LAS S TRES GALERÍAS O MÉT MÉTODO ODO A ALEMÁN. LEMÁN. En este método suele ser utilizado en secciones superiores a los 50 m². S e comienza con la construcción de dos galerías, uno a la derecha y el otro a la izquierda; luego, se da paso a la construcción de los hastiales y a la construcción de una galería de construcción, lo que produce la construcción de una bóveda. La construcción de la destroza es conservada en el transcurso de la obra. 3.
OPERACIONES BÁSICAS BÁSICAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL
Para la construcción eficaz de un túnel se recurre a cuatro operaciones básicas: El Arranque. Se puede utilizar tres métodos: Método Manual. Se utiliza en la construcción de Túneles muy pequeños (de 3 a 4 m²). Se rompe el frente mediante herramientas de ligera o media potencia dependiendo del terreno.
3.1. MÉTODO CON EXPLOSIVOS Es el método más empleado cuando la naturaleza del terreno está constituida principalmente por rocas. 3.2. MÉTODOS MECANIZADOS. Es el método que está intervenido por maquinarias convencionales, las Tuneladoras y las Rozadoras. 3.3. MAQUINAS CONVENCIONA CONVENCIONALES. LES. Son máquinas utilizadas en terrenos de roca media o blanda, en secciones medias y grandes. 3.4. MAQUINAS TUNELADORA TUNELADORAS. S. Son máquinas que realizan la excavación a plena sección mediante la acción directa y continuada de útiles o herramientas de cortes. 3.5. MAQUINAS TOPO. Excavan a plena sección en frente de roca, en la cual la máquina combina la acción de rotación y empuje junto a una cabeza suministrada de herramientas de corte. 3.6. MÁQUINAS ESCUDO. Se introduce en el túnel con el fin de proporcionar estabilidad y seguridad a la obra. 3.7. ROZADORAS Denominadas máquinas de ataque puntual, produce la fragmentación de la roca mediante una cabeza provista de picas que trituran.
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4. MAQUINARIA
UTILIZADA EN LA CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL
En algunas etapas de la construcción de un túnel se requiere el mismo tipo de maquinaria pesada que se utiliza para la construcción de una vía, como lo es para las fases de limpieza, descapote, explanaciones, excavaciones y demás actividades que se requieren para la adecuación del sitio de la obra y el inicio de la construcción del túnel desde cada uno de sus portales. De acuerdo a las diferentes etapas de la construcción de un túnel, tenemos la siguiente maquinaria: A. Preliminares La limpieza, descapote y explanaciones se realizan con tractores de hoja sobre orugas. Estas máquinas están diseñadas para trabajar en terrenos con pendientes altas gracias a su potencia, balance y estabilidad B. Adecuación de los portales Las primeras excavaciones se realizan en los portales, más específicamente en el emboquille del túnel, el cual se excava con excavadora mecánica si el tipo de roca o suelo lo permite. Durante ésta etapa se utilizan excavadoras mecánicas con brazos y plumas acoplables provistas de cucharones con dientes especiales para cavar en materiales abrasivos o suelos comunes. C. Excavaciones subterráneas Una vez adecuados los portales se inician las excavaciones subterráneas propiamente dichas, las cuales dan origen al cuerpo del túnel. Igualmente, en ésta fase se utilizan las excavadoras mecánicas provistas de sus respectivos accesorios o se utilizan las máquinas para realizar las perforaciones para las voladuras. En túneles y galerías de pequeña sección transversa transversall se pueden utilizar martillos manuales Igualmente se utilizan perforadoras hidráulicas para perforación de barrenos para voladura, anclaje y rotura de rocas, la siguiente figura muestra una herramienta que perfora hasta 50mm de diámetro y profundiza hasta 6m mediante potencia hidráulica para el impacto y la rotación
Cuando las condiciones financieras del proyecto lo permiten y los requerimientos técnicos del túnel junto con las características geomecánicas del macizo lo justifican, se pueden utilizar máquinas tuneladoras o TBM (Tunnel Boring Machine). Las tuneladoras TBM son máquinas de gran tamaño, que trabajan con un empuje dirigido, realizan la excavación a sección completa (Circular) mediante cabezas cortadoras, recuperan y trasladan el material excavado y conjuntamente colocan el soporte y revestimiento (anillo en concreto) del túnel. Éstas máquinas se clasifican en dos categorías, de Pinza y de Segmento (Gripper and Segment), las de Pinza son utilizadas para excavaciones en roca y se dividen en Tipo Escudo Cerrado y Tipo Viga Abierto (Shield Type Closed and Beam Type Open), y las de Segmento se utilizan para excavaciones en suelos blandos y se dividen en Tipo Hidroescudo Cerrado, Tipo
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Balance de Presión de Tierras Cerrado y Tipo Excavación Mecánica Abierto (Slurry Type, Earth Pressure Balance Type and Mechanical Excavation Type) Las TBM Tipo Escudo Cerrado se utilizan en excavaciones donde la roca se encuentra desintegrada, inestable y con poco soporte. A pesar de estar clasificadas como de tipo cerrado, la cara de estas máquinas no se encuentra presurizada y no puede manejar presiones de aguas subterráneas. Éstas tuneladoras pueden ser de Escudo Sencillo, de Escudo Doble o de Escudo de Pinza (Single Shield, Double Shield or Gripper Shield).
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CRONOLOGIAS
El Túnel de Oriente, ubicado en el departamento de Antioquia, en en Colombia, Colombia, es es considerado el túnel vial más largo de América Latina, según las autoridades ese país, que tras varios años de obras lo inauguraron el 15 de agosto. La obra total de de este túnel consta de aproximadamente 22,3 kilómetros, kilómetros, 1,9 kilómetros en nueve viaductos, dos intercambios viales, 4 kilómetros de vías a nivel y tres túneles, uno de ellos de 8,2 kilómetros de longitud,
“que se convierte en el túnel vial más largo en operación en América Latina”, según la
Presidencia de Colombia, y que este lunes recorrió el presidente presidente Iván Duque, Duque, junto con funcionarios locales. El objetivo de este túnel es conectar a Medellín, la capital de Antioquia, con el aeropuerto Internacional José María Córdoba de Río Negro, Negro, en unos 18 minutos, minutos, casi la mitad de tiempo de lo que se que se gastaba en la vía tradicional. Según la Gobernación de Antioquia el costo de la obra fue aproximadamente de 1,1 de 1,1 billones de pesos colombianos, poco colombianos, poco más de 317,2 millones de dólares al cambio actual. De acuerdo con la Agencia Nacional de Infraestructu Infraestructura ra (ANI), se proyecta la construcción de 103 túneles entre la 1,2,3 y 4 generación, de los cuales 74 pertenecen a proyectos de 4G. En la actualidad, hay 28 túneles en construcción, 46 en estudios y diseños, y 29 en operación. Igualmente, la Agencia destacó que la región donde se construyen más túneles es el corredor vial que comunica a Bogotá con Villavicencio. En esta autopista, entre el segundo (18) y tercer (7) tramo, quedaría con 25 túneles. Sin embargo, para 2019, no se tiene estimada la entrega de corredores bajo tierra, debido a que la gran mayoría de las obras de carreteras de cuarta generación inician la etapa de construcción.
“Estos túneles y puentes son un ejemplo de las grandes obras de la revolución de
infraestructura que están por todo el país. Solo entre El Tablón y Chirajara hay cuatro túneles y 16 puentes, obras necesarias en un terreno exigente como lo es la vía al Llano” , afirmó el presidente de la ANI, Dimitri Zaninovich. Diez túneles más largos del mundo: Túnel de Lærdal (Noruega) // 24,51 km. En el suroeste del paí país, s, une las localidades de Lærdal y Aurland con una pendiente del 2,5%: desde 5 metros sobre el nivel del mar hasta 265. Se construyó en cinco años. Túnel de Yamate (Japón) // 18 18,20 ,20 km. Forma parte de la Shuto Expressway, la red de carreteras de pago del área metropolitana de Tokio. Las obras duraron nada menos que 23 años (1992-2015). Túnel de Zhongnanshan (China) // 18,02 km. Ubicado en la autopista Xi'an-Ankang, permite recorrer en 40 minutos lo que antes suponía tres horas. Las plantas artificiales y las nubes proyectadas reducen la sensación de encierro. Túnel de Jinpingshan (China) // 17,54 km. Construido hace diez años, quienes lo atraviesan descienden hasta 2.375 metros por debajo de la superficie: es el segundo más
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profundo del mundo. Pero no está abierto al tráfico, sino que da acceso restringido a la presa de Jinping. Túnel de San Gotardo (Suiza) // 16,91 km. En 1980 (y hasta 2000) se convirtió en el túnel más largo del mundo. Atraviesa el paso de San Gotardo. En 2020 empezarán las obras de un segundo tubo para que haya dos carriles por sentido. Túnel de Arlberg (Austria) // 13 13,97 ,97 km. El túnel de Arlberg, en el Tirol del E Este, ste, el segundo más largo de Europa, se abrió al tráfico en 1978 y ahora está en obras por mejoras de seguridad. Al día lo utilizan unos 8.000 conductores. Túnel de Xishan (China) // 13,65 km. Otra gran infraestructura asiática, situada en este caso en la provincia de Shanxi. Es el tercero más largo de China, situado en la autopista Taiyuan-Gujiao. Túnel de Hongtiguan (China) // 13,12 km. Al igual que el anterior, el túnel de Hongtiguan también está en la provincia de Shanxi. Su recorrido, de algo más de 13 kilómetros, se abrió al tráfico hace cuatro años. Túnel de Hsuehshan (Taiwán) // 12,94 km. El objetivo era conectar las costas oeste y este de Taiwán para equilibrar demográficamente la isla. Las obras fueron complicadas: 15 años, derrumbamientos, inundaciones y un coste final de 2.500 millones. Túnel de Fréjus (Francia-Italia) // 12,89 km. Un túnel que desempeña un papel similar al de Somport entre España y Francia (paso fronterizo), pero en este caso entre Francia e Italia. Se construyó entre 1974 y 1980.
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CONCLUSIONES
Las técnicas utilizadas en la construcción de túneles continuamente se mejoran y perfeccionan, tanto en el aspecto de seguridad en la construcción y operación como en el de rendimiento y diseño, es así como surge la necesidad de involucrar nuevas tecnologías para el aprovechamiento de los recursos disponibles con costos de operación inferiores.
El proceso constructivo de túneles es una de las labores más exigentes de la ingeniería, no solo por su grado de dificultad que representa enfrentarse a las complejidades de la naturaleza y sus ecosistemas, sino también por el tipo de maquinaria que se requiere, por su alto costo de operación y por su innovación tecnológica.
Hoy en día el uso de las máquinas tuneladoras se ha multiplica multiplicado do respecto a sus inicios y su desarrollo tecnológico se ha hecho cada vez más grande sin importar si el túnel a construir es o no de gran tamaño, siendo las condiciones geomecánicas del material a excavar el gran interrogante a resolver.
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BIBLIOGRAFIA
https://cnnespanol.cnn.com/2019/08/16/inauguran-en-colombia-el-tunel-vial-mas-largo-deamerica-latina/, Consultado america-latina/, Consultado el 01 de Octubre de 2019 https://www.larepublica.co/infraestructura/tuneles-en-estado-de-construccion-ya-suman-512599938, 2599938, Autor,
[email protected], .com.co, Consultado el 01 de Octubre de 2019 José González - jgonzalez@larepublica
https://motor.elpais.com/actualidad/los-10-tuneles-mas-largos-delmundo/44706/image/44704, Consultado el 01 de Octubre de 2019
“CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES”,
MAQUINARIA PARA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES, Universidad Pontificia Bolivariana Seccional Bucaramanga, Bucaramanga, Colombia Néstor Augusto Bohórquez Solano
Tesis Para Optar Al Título De: Constructor Civil Profesor Patrocinante: Sr. Adolfo Montiel Mancilla, Constructor Civil, PEDRO ROBERTO SOTO SAAVEDRA 2004.
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