Sesion 03 Diseño de Túneles

 

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

 DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

 

TEMA: Diseño de Túneles. Criterios de elección. Tipos. Tipos. Diseño hidráulico. Construcción de Túneles.

INGENIERÍA CIVIL  

•

OBRAS HIDRÁULICAS 

INTRODUCCIÓ  N

El hombre ha tratado de solucionar diferentes tipos de problemas que las sociedades han demandado, uno de ellos, fue trasladar una de las sustancias más importantes que el hombre necesita “EL AGUA”.

•

Los primeros ingenieros tuvieron que encontrar una forma de llevar el vital líquido lo más cerca de sus sembradíos, para poder aliviar en gran medida el inmenso problema del riego de sus cultivos.

•  Actualmente el uso de túneles con diversos propósitos (hidráulico, de transporte) se ha intensificado en todo el mundo.

 

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL   • Investigar y analizar acerca de trazos y diseño de túneles.

OBJETIVOS ESPECIFICOS   • • • • •

Definir las fases fases de trazo de túneles. Explicar el equipo de campo y gabinete en el trazo de túneles Determinar los criterios de elección para diseñar un túnel Explicar el diseño hidráulico que se utiliza para diseñar un túnel Informar acerca de las construcciones de túneles en el mundo.

 

G E NE R A L I D A D ES

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

SU USO

 

CRITERIOS DE ELECCIÓN • •

Investigación Geotécnica

•

Distribución espacial de las discontinuidades, relación entre su posición (rumbo y buzamiento) con la dirección del túnel.

•

El campo de la mecánica de rocas que realiza análisis específicos para el diseño de túneles entre estos podemos mencionar a Barton y Bieniawski

Mecanismos de inestabilidad

Métodos de clasificación del macizo rocoso

Proyecto de túnel comience con una investigación sobre las condiciones del terreno Nos permitirán saber cuál es la maquinaria y los métodos de excavación y sostenimiento a realizar, y podrán reducir los riesgos

Tipos

de roca y sus propiedades. de discontinuidades respecto al eje del túnel, influye en la dificultad para la de excavación y sus condiciones de estabilidad. Condiciones favorables es que discontinuidades manteen hacia el sentido de avance de la excavación. Orientación

Trazado del Túnel:

Presencia

de fallas, su orientación y espesor. espesor.

 

TIPOS

Túneles viales: 

Túneles

Son

Son

aquellos

que

se

hidráulicos:

construidos

construyen con destino a

agua,

carreteras, ferrocarriles,

hidroeléctricas,

accesos

sistemas

sistemas

vehiculares de

metropolitanos

o

 

transportar

principalmente

de

canalización, etc.

trenes

para

en

abastecimientos, riego,

navegación,

 

comunales:   Son Túneles comunales:

construidos ciudades

túneles principalmente en las

con

destino

a

pasos

peatonales, cables, tuberías, etc.

Túneles mineros: 

Estas son obras subterráneas construidas para acceder a una explotación minera y sirve como vía para transportar materiales extraídos y suministros de explotación.

 

 

DISE SEÑO ÑO HIDRAULIC HIDRA ULICO O DI

 



TÚNELES A

TÚNELES A

GRAVEDAD

PRESIÓN

 

 

FUNCIONAMIENTO HIDRÁUL HIDRÁULICA ICA DE TÚNEL TÚNELES ES

TÚNEL TÚNE L TRASANDIN TRAS ANDINO O PROYECT PROY ECTO O OLMOS OL MOS



TÚNEL LLAUCANO ( II ETAPA PROYECTO TINAJONES )

 

  SECCIÓN HIDRÁULICA

FORMAS • Geología. • Mecánica de suelos y rocas. • Procedimiento constructivo.

 

 

DIMENSIONES

 

MÍNIMAS



Además des hidráulicas satisfacer condicione condi ciones hidrá ulicas y estr estructur ucturales ales,, los lo s túneles debe deben n tener tener

• 1.80 m x 1.80 1.80 m (Equipos de perforación pequeños)

dimensiones qu que e permitan mínimas colocar la colocar instalaciones (tubo de ventilación, tuberías de agua, etc.).

• 2.44 m x 2.44 2.44 m (Maquinas Excavadoras)

 

CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS GEOMÉ TRICAS E HIDR HIDRÁULI ÁULICAS CAS

 

 

DE TÚ TÚNELES EN EL PE PERÚ.



PROYECTO COLCA - HUAMBOS (PROYECTO MAJES)

Q (m3/s) V (m/s) A (m2) d (m) D (m) S (%0) n e(m)

Características Hidráulicas 34.00 3.24 10.50 3.06 4.20 1.50 0.014 0.20

L (km)

88.00

 

 

PROYECT CTO O INTERCU INT ERCUENCA ENCAS S (PROYE (PROYECTO CTO PROYE CHAVIMOCHIC)

 



Q (m3/s) V (m/s) A (m2) d (m) D (m) S (%0) n e(m)

Características Hidráulicas 78.00 3.76 20.75 4.36 5.32 1.45 0.014 0.40

L (km)

10.05

 

 

TÚNEL EL TR TRAS ASAN ANDI DINO NO (P (PRO ROYE YECT CTO O OLMOS) TÚN

 

 Q (m3/s) V (m/s) A (m2) d (m)

Características Hidráulicas 90.80 4.97 18.27 4.80

(m0)) SD(% n e(m) L (km)

1.243.8-02.2 0.014 0.20 – 0.50 19.20

 

 

TÚNEL LLAUCANO (PROYECTO TINAJONES II)

 

 Q (m3/s) V (m/s) A (m2) d (m)

Características Hidráulicas 20.00 2.85 6.69 2.45

(m0)) SD(% n e(m) L (km)

32..4205 0.017 0.25 16.08

 

IMPORTANTES PORTANTES EN EL EL   TÚNELES IM MUNDO.

 

 



TÚNEL BELLEDONE (ARC – IS ISERE ERE,, FRANCIA FR ANCIA))

• Longitud: 18.20 km

•• Diáme Diámetro: tro: 5.80máxima: m Temperatura

35°C • Cobert Cobertura: ura: 2.0 km km

 

EUROTÚNEL (FRANCIA – INGLATERRA)

  • Une Francia y Gran

Bretaña, Bretañ a, bajo el canal de la mancha. mancha. • Situ Situado ado bajo 240 240 m sobree el nivel del sobr marr en su punto más ma profundo. • Túnel ferroviario de 50 km por cada cada túne túnell gemelo. • Diámetro: 7.60 m • Cos Costo: to: 15 Bil Billon lones es de de



Dólares.  

 

TÚNEL SIMPLON (ITALIA - SUIZA)

  • Une el

trafico ferroviario entre Italia y Suiza. • Longitud:

20 km



 

  CONSTRUCCIONES TÉCNICAS

 

  • El tra trazo zo de un túnel túnel debe debe

seguir la distancia más corta. • Evitar las zonas de roca

meteorizada, descompuesta o agrietada. • Tiempo

de co construcción.

• Costo del transporte de los

materiales escavados



 

 

  EXCAVACIONES

 

La construcción de túneles túnel es requiere requiere de conocimientoo y conocimient

experiencias adicionales experiencias adicionale s a las excavaciones en superficie



El empleo empleo de equipos y maquinarias es muy  variable y depende de la geología y geote geotecnia cnia del del terreno, longitud y sección del túnel.

GENERALIDADES

En túneles cortos (1 – 1.5

En túneles túneles largos, mayor may or de 12 km, se ejecuta por

km),una resulta usar solaeconómico pendiente.

dos frentes y en contrapendiente.

 

 

METODOS DE EXCAVACION DE TUNELES

  PERFORACION Y VOLADURA



EXCAVACION A SECCCION COMPLETA CON TB TBM M

 

 

METODOS DE EXCAVACION DE TUNELES

 

 EXCAVACIÓN EN PORTALES

 

CICLO LO DE TRABAJOS EN E N TÚNELES CIC

 



 

 

  SOSTENIMIENTOS

 



SOSTENIMIENTO

SOSTENIMIENTO

ACTIVO DE ROCA

PASIVO DE ROCA

 

 

  REVESTIMIENTOS

  El espesor de revestimiento esta relacionado con el diámetr diám etroo escavado y se recomienda los siguientes:

 • Roca sana:

e = 0.15 - 0.20 0.20 m. Roca fractur fracturada: ada: e = 0.20 - 0.30 0.30 m. Roca tritura triturada: da: e = 0.30 - 0.40 0.40 m. Roca descompuesta:

e = 0.40 - 0.50 0.50 m  

 

  REVESTIMIENTOS

 

 • • Encofrado Preparac Pr eparación ión y

vaceado de • concreto. Perforaciones Perforac iones e

inyecciones

 

NUEVO MÉTODO AUSTRÍACO El nuevo método austríaco (también denominado “Avanza y Destroza”) fue desarrollado en los años 1960. La excavación se realiza en dos fases, primero se realiza la excavación superior (avance) y después se retira el terreno que quede debajo hasta la cota del túnel (destroza). El método se basa en usar la tensión geológica del macizo rocoso circundante para que el túnel se estabilice a sí mismo mediante el efecto arco. Para conseguirlo se basan en medidas geotécnicas para trazar una sección óptima.

 

CONSTRUCC CONSTRUCCIÓN IÓN CONVENCIONA CONVENCIONAL L DE TÚNELES

Excavación

utilizando

métodos

de

perforación o de demolición (explosivos), o excavadoras mecánicas muy básicas desescombro colocación de los elementos primarios de revestimiento, como, por ejemplo: cerchas o mallas de redondos, bulones para suelo o roca, hormigón proyectado o colado in-situ.

CONCLUSIONES

 



Los túneles tienen diferentes funciones dependiendo del tipo, en cuanto

a

los

hidráulicos

conducen

el

agua.

Son

obras

de

ingeniería importantes, que deben ser cuidadosamente pensadas para no provocar daños al ambiente y para que se gaste la menor cantidad de agua posible.



La topografía de ruta se basa principalmente en el trazo de túneles y caminos que se constituyen en medios de transporté del agua para sus diferentes usos.

 

ANEXOS

 

TUNELES Introducción • Cuando hablamos de transporte por conducto cubierto nos

referimos a aquellas obras que conducen agua a régimen de canal, a través de una loma (cerro), llamados túneles. • Cuando en el trazado de un canal se encuentra una

protuberancia en el terreno, se presenta la posibilidad de dar un rodeo para evitarla, o atravesarla mediante la construcción de un túnel. • Antes de construir el túnel es necesario realizar los diseños

geotécnicos,

estructurales,

hidráulicos

y

ambientales

necesarios para garanzar su estabilidad y su funcionalidad.

 

Finalidad • Un túnel que se emplea como canal funciona como un

conducto cerrado, parcialmente lleno. • La sección del canal puede ser revesda o excavada y puede conservar la forma geométrica del canal original, o adaptarse a la sección transv t ransversal ersal del túnel.

 

Forma de Trabajo de un Túnel • A Gravedad:

Si enen una supercie libre a presión atmosférica como canales abiertos. Deben seguir rigurosamente la alineación vercal dada por la gradiente calculada. Se ulizan cuando el nivel de agua es casi constante constante a la entrada, o sea en las tomas por derivación directa.

 

• A Presión: Si llenan toda la sección como las tuberías. Pueden tener una alineación cualquiera con tal de estar por debajo de la línea piezométrica. Se ulizan cuando la captación se hace desde un reservorio, el túnel es de presión si su entrada se ubica a no menos de 2 m. por debajo del nivel mínimo de agua.

 

Diseño de • La forma dela la Sección sección de un túnel debe ser tal que para un área dada, el caudal que circula debe ser máximo y también que resista a las presiones generadas en el interior. • La construcción de túneles esta así como la selección de sucon forma y po de revesmiento ínmamente ligada la

geología, mecánica de suelos y rocas, puesto que uno de los datos mas importantes es la presión que debe soportar.

 

Análisis Hidráulico • En túneles es recomendable que la velocidad de diseño

oscile: 

1.5 a 2.80 m/s para concreto f´c = 90 kg/cm2, kg /cm2, Y



 7.4 m/s

f´c = 350 kg/cm2.

• El rante máximo debería estar entre 75 % y 85 % de la

altura total, sin que el espacio libre del agua y el techo del túnel sea menor de 0.45 m, ya que debido al transporte de cuerpos otantes que podrían llenar el túnel en forma intermitente.     = 0.75    0.85  

 

Y=0.8 D

 

• Siendo la sección en herradura una gura compuesta, se necesitan

tres fórmulas para denir las caracteríscas de la sección transversal, es decir, área de la sección mojada A, perímetro mojado P, y el ancho de la supercie libre del líquido T.

• Es necesario denir un

parámetro en función de la relación y/D , que representa en cada una de las situaciones un ángulo expresado en radianes

 

I) Para 0   Y/D  0.0886

 

∅

1

=  ( 1 −    /   )

=

     (  1 −    = 2 ∗   ∗ ∅1

∅

  = 2 ∗  ∗ 

1

∗

∅

1



)

∗

2

 

∅ 1

II) Para 0.0886   Y/D  0.5 ∅

2

=2

∗

 0.5   /  

(

)

2      =( 0.4366 − ∅ 2+  ∅2 −  ∅ 2 ∗  ∅ 2 ) ∗  

(

 

 = 4 ∗   0.1240 −

    =( 2 

III) Para 0.5   Y/D  1

 

∅

=  3

  =

∅

+ 3

(

∅

2

 )

2

2

(

)

− 1.6962 − 2 ∅ 2  

− 1 )  

2    

∅

−1

)

  ∅3  ∅ 3

4

    = ( 1.6962+ ∅ 3 )  

+ 0.4366

∗  

2

(

)

 

• La condición de ujo más deseado en la normalidad de casos es

aquella en la cual el ujo es uniforme con pendiente supercial igual a la pendiente recta del canal.

Conociendo la capacidad del Túnel a diseñar se sigue el siguiente procedimiento: Si asumimos una capacidad de conducción del túnel de 13.955 m3/s, el coeciente de rugosidad, para túneles revesdos de concreto (0,015) y con una pendiente de 0,002.

 

PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LAS SECCIONES EN HERRADURA

 

PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LAS SECCIONES EN HERRADURA

 

Conociendo la capacidad del Túnel a diseñar se sigue el siguiente procedimiento: Si asumimos una capacidad de conducción del túnel de 13.955 m3/s, el coeciente de rugosidad, para túneles revesdos de concreto (0,015) y con una pendiente de 0,002. Asumiendo una relación de y/D = 0.80 III) Para 0.5   Y/D  1 2   ∅3

= 

(

  =

∅

+

3

(

  − 1

)

  ∅3  ∅ 3

4

    = ( 1.6962+ ∅ 3 )  

+ 0.4366

)

∗  

2

 

III) Para 0.5   Y/D  1 ∅

∅

3

∅

3

 

(

  =

∅

3

= 

=  ( 2 ∗ 0.8 − 1 )

(

  − 1

)

=0.644

+ 3

  ∅3  ∅ 3

1.082         = 1.082

+ 0.4366

4

  = 0.6435 +

(

2  

    0.644 ∗  0.644

4 2

    = ( 1.6962+ ∅ 3 )    = 2.3402 

)

∗  

2

+ 0.4366

)

∗ 

2

  =0.462    

Reemplazando en la ecuación de Manning resulta:

1

2

13.955= 1.082 1.082   

2

∗

( 0.462 0.462    )

3

∗

2

0.002 / 0.015

13.955 ∗ 0.015

  ∗ 0.598 ∗ 0.0447 1.082     = 2.10      =1.68 

8/ 3

=  

 

Asumiendo una relación de y/D = 0.75 ∅

2   3

= 

∅

= ( 2 ∗ 0.75 − 1 ) 3

∅

3

 

(

  =

∅

)

=0.524

+ 3

  ∅3  ∅ 3

     = 0.96  

+ 0.4366

4

  = 0.524 +

(

(

  − 1

  0.524

∗ 

4 2

    = ( 1.6962+ ∅ 3 )    = 2.2202 

)

∗  

0.524

2

+ 0.4366

)

∗  

2

  =0.432    

Reemplazando en la ecuación de Manning resulta:

2

13.955= 0.96  

2

∗

( 0.432  )

3

1

∗

2

0.002 / 0.015

13.955 ∗ 0.015

 0.96 ∗ 0.598 ∗ 0.0447

8 /3

= 

    = 2 . 23      = 1 . 78 