Sostenimiento de Túneles

 

UNIVERSIDAD RICARDO PALMA ESCUELA DE POSTGRADO MAESTRÍA EN INGENIERIA VIAL CON MENCIÓN EN CARRETERAS, PUENTES Y TÚNELES

TRABAJO DE INVESTIGACION DISEÑO DE SOSTENIMIENTO DE TUNELES. EXCAVACIÓN EN TERRENOS BLANDOS. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO DE TÚNELES PROFESOR: DR. IVAN PEHOVAZ PRESENTADO POR: LOYZA EYZAGUIRRE ZULMA LOAYZA PEÑA MARCELO CESARS NUÑEZ PEEDA JHON CARLOS LIMA – PERÚ  2019

 

Contenido 1.

INTRODUCC INTRODUCCIÓN.... IÓN........... .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. ............... ................. ..................4 .........4

2.

OBJETIVO OBJETIVO GENERAL.... GENERAL........... ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... ...................4 ............4

3.

OBJETIVOS OBJETIVOS ESPECÍFICO ESPECÍFICOS....... S............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. ............... ............... .......................4 ................4

4.

MARCO MARCO TEÓRICO. TEÓRICO........ .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ....................5 .............5

4.1.

CLASIFICACI CLASIFICACIÓN ÓN DE TÚNELES:..... TÚNELES:............ ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ...............5 ........5

4.1.1.

Por su utlización:. utlización:........ ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. ...................... ................................5 .................5

4.1.2. 4.1 .2.

Por su posici posición ón o alinea alineamie mieno no:... :....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ........ .......... ........... ........... ........... ........5 ...5

4.1.3.

Por el maerial maerial excav excavado:... ado:.......... .............. ............... ............... .............. .............. ............... ............... .............. .............. .........................5 ..................5

4.2.

ESTUDIOS ESTUDIOS PREVIOS....... PREVIOS.............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .....................5 ..............5

4.3.

CLASIFICACI CLASIFICACION ON EMPIRICA EMPIRICA DEL TUNELERO..... TUNELERO............ .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .........6 ..6

4.3.1. 4.3 .1. 4.4.

Clasif Clasifcaci cación ón de Lauer Lauer o Tiempo Tiempo Libre Libre de Sopor Sopore... e...... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ......... .........7 ....7 TUNELEO TUNELEO EN ROCAS........ ROCAS............... .............. ............... ............... .............. .............. ............... ............... .............. .............. ................................7 .........................7

4.4.1.

Méodo Méodo Convencio Convencional.... nal........... ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............................7 ......................7

4.4.2.

Topos o Moles....... Moles............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ...............................8 .......................8

4.4.3. 4.4.4.

Tuneladora Tuneladorass de Pluma........ Pluma............... .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .........................8 ..................8 Méodo Méodo Ausriaco... Ausriaco.......... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. ................8 .........8

4.4.5.

Méodo Méodo Noreamer Noreamericano.. icano......... .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. ............... .............9 .....9

4.4.6.

Méodo Méodo Belga...... Belga.............. ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .........................9 ..................9

4.4.7.

Méodo Méodo Ingles..... Ingles............ ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. ......................................10 ...............................10

4.4.8.

Méodo Méodo Alemán..... Alemán............. ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. ..............10 .......10

4.4.9.

Méodo Méodo Ialiano.... Ialiano........... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. ................10 .........10

4.5. 4.5.1. 4.5 .1. 4.6.

TUNELES TUNELES EN SUELO SEMI-BLAN SEMI-BLANDOS.... DOS........... .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ..................10 ..........10 Maquin Maquinas as peror perorado adoras ras en erren erreno o semi-b semi-blan landos. dos..... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ......... ........... ........11 ..11 TUNELES TUNELES EN SUELOS SUELOS BLANDOS...... BLANDOS............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. ....................... ..............................12 ..............12

4.6.1. 4.6 .1.

Máquin Máquinas as de excava excavación ción (escud (escudos). os).... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ......... ........... ........... ..........12 .....12

4.6.2.

Clasifcació Clasifcación n y descripción descripción........ ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. .........................13 ..................13

4.7.

SISTEMA SISTEMA DE SOPORTE...... SOPORTE.............. ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. .............................15 ......................15

4.7.1. 4.7 .1.

Elecció Elección n del sisem sisemaa de sopor sopore... e...... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ .......... ............ ............ ........15 ..15

4.7.2. 4.7 .2.

Tipos Tipos de Sis Sisem emaa de Sopor Sopore... e...... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ......... ........... ............ ...........16 .....16

4.7.3.

Dovelas Dovelas de Concreo.... Concreo........... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. ................16 .........16

4.7.4. 4.7 .4.

Marco Marco Meáli Meálico co y Reoqu Reoquee de Madera... Madera....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ......... ..........17 .....17

4.7.5. 4.7 .5.

Concre Concreo o lanzado lanzado y anclas anclas de ri ricció cción... n...... ....... ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ .......... ........... ........... ........... .........18 ....18

4.7.6.

Marcos Marcos de Madera.... Madera............ ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ................................19 .........................19

4.7.7. 4.7.8. 4.7 .8.

Anclas....... Anclas.............. .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. ............................19 .....................19 Dovela Dovelass meál meálica icass de lamina lamina.... ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ........ ........... ........... ........... .........19 ...19

 

4.7.9. 5.

Tabique Tabique y Mamposer Mamposería..... ía............. ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... .................19 .........19

ESTADO ESTADO DEL ARTE......... ARTE................ .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. ....................................19 .............................19

5.1.

Enoque Enoque bidimensio bidimensional nal para el diseño diseño del del sopore sopore de únel únel en roca débil........... débil.....................19 ..........19

5.2.

Diseño Diseño de sise sisemas mas de sopore sopore de de únel... únel........... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. ............20 .....20

5.3.

Consrucci Consrucción ón de úneles: úneles: erreno erreno blando blando y roca dura............ dura................... ............... .......................... .........................20 .......20

5.4. Diseño 5.4. Diseño de Brun Brunel el al consr consruir uir un escu escudo do circul circular ar orrad orrado o con segmen segmenos os de hier hierro ro undido.......................................................................................................................................21 5.5.

Diseño Diseño de sopore sopore de únel........ únel............... ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... ................... ..........................21 ..............21

5.6.

Sopore Sopore de únel en roca débil......... débil................ .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............................22 ....................22

5.7. Diseño Diseño y consrucció consrucción n de una excava excavación ción prounda prounda en suelos suelos blandos blandos adyacenes adyacenes a los úneles del mero de Shanghai...................................................................................................22 5.8. Eecos Eecos ambienale ambienaless de la excava excavación ción de únele úneless een n erreno errenoss blandos blandos y poco poco pround proundos os con EPBM: el caso de Esambul..................................................................................................24 5.9.

Tecnología Tecnología de excavac excavación ión de úneles úneles de escudos escudos en erreno erreno mixo...... mixo............. .............. ............... ...........24 ...24

5.10. 5.10. Una nueva nueva ecua ecuació ción n para para est estmar mar el asen asenam amien ieno o máxim máximo o de la supe superfci rfciee sobre sobre úneles excavados en erreno blando........................................................................................24 5.11. 5.11. Invest Investgac gación ión numéri numérica ca en en 3D sobre sobre la ine inerac racció ción n enr enree úne úneles les gemelo gemeloss mecanizados en erreno blando.................................................................................................25 5.12. 5.12. Clasif Clasifcaci cación ón propue propuesa sa del suelo suelo basa basada da en en las las expe experie rienci ncias as de de únel úneles es de de suelo suelo blando en Irán............................................................................................................................26 5.13. 5.13. Carac Caracerí erístc stcas as de deorm deormació ación n exre exrema ma y conra conramed medida idass para para un un únel únel en err erreno enoss diciles en el sur de Shaanxi, China............................................................................................27 5.14. 5.14. Sis Sisem emaa de apoyo apoyo para para la cons consru rucció cción n de únele úneless en en el área área de compre compresió sión n del del área área monañosa de Qingling-Daba: un esudio de caso de los úneles de roca blanda.....................27 6.

COMPARACION COMPARACION DE 6 LAS NORMAS........ NORMAS............... .............. .............. ............... ............... .............. .............. ............... ..........................28 ..................28

6.1.

NORMA PERUANA...... PERUANA............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... .....................28 .............28

6.2.

NORMA AMERICANA.. AMERICANA......... ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... .....................30 .............30

6.3.

NORMA BRASILERA.... BRASILERA........... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ....................................38 ............................38

6.4.

NORMA MEXICANA..... MEXICANA............ .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... ...........................39 ....................39

6.5.

NORMA JAPONESA.... JAPONESA........... .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. ............... ......................55 ..............55

6.6.

NORMA ESPAÑOLA..... ESPAÑOLA............. ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............58 ......58

7.

ANALISIS ANALISIS CUADRO CUADROSS COMPAR COMPARATIVOS ATIVOS DE LAS NORMAS......... NORMAS................ .............. .............. ............... ............... ................59 .........59

8.

CONCLUSION CONCLUSIONES ES Y RECOMENDAC RECOMENDACIONES.. IONES......... ............... ............... .............. .............. .............. ............... ................................59 ........................59

9.

REREFENCIA REREFENCIASS BIBLIOG BIBLIOGRAFICAS. RAFICAS........ .............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. ...........60 ....60

10.

ANEXOS Y MISCELANEO MISCELANEOS....... S.............. .............. ............... ............... .............. .............. .............. ............... ............... .............. .............. .................60 ..........60

 

1. INTRODUCCIÓN Es importante entender que los terrenos blandos están formados por arcilla, limos, arenas, aluviales, rellenos y todas sus mezclas. Desde el inicio de los tiempos, el hombre ha tenido la necesidad de utilizas los espacios subterráneos naturales como hábitat de vida o como protección. Las pequeñas sociedades rurales que se fueronpara formando, principalmente en Egipto agrícola, y en Mesopotamia (3000 de años a. C.) fueron necesitando su desarrollo, fundamentalmente realizar trabajos canalización del agua para llevarla a las zonas cultivadas y, a la vez, para desecar grandes extensiones de suelos pantanosos. En la ejecución de estas obras, el hombre se enfrentó con la necesidad de excavar  tanto materiales rocosos duros, como materiales blandos. La humanidad a lo largo de su evolución, ha utilizado de acuerdo a su nivel de desarrollo, diferentes técnicas para la excavación de rocas y suelos. Es a partir de la revolución industrial del sigo XIX en Estados Unidos y Europa, que se plantean nuevas técnicas para construir túneles en terrenos blandos, bajo presión hidrostática. Es así que en que en el siglo 18 durante el primer túnel bajo el Támesis que se piensa en utilizar el aire comprimido para contrarrestar la presión hidrostática e impedir filtraciones de agua. Cabe destacar que, la construcción de túneles en suelos blandos reviste especial importancia por el peligro inminente de falla o colapso al realizar las excavaciones o por la aparición de deformaciones excesivas en la superficie, esto ha originado la necesidad de emplear nuevas técnicas que permitan subsanar estos problemas. Además, debido a que la mayoría de los túneles son realizados en núcleos urbanos, pues las ciudades se asientan en zonas de valles y próximas a cursos de agua, a este problema de presión hidrostática, se le agrega la rigidez en su trazado, debido a la presencia de edificaciones e instalaciones subterráneas. El diseño del soporte de túneles construidos en suelos blandos, representa un reto especial para los diseñadores, bajo cualquier condición en la que se pretenda desarrollar un proyecto de este tipo. 2. OBJETIVO GENERAL - Invest Investigar igar sobre el diseño de sostenim sostenimiento iento de túneles y su excavación en terrenos blandos, blandos, y hacer la comparación de las normas internacionales. 3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Revisión de la normativa peruana y sus consideraciones para el sostenimiento de túneles en terrenos blandos. - Revisión de la normativa mexicana y sus consideraciones para el sostenimiento de túneles en terrenos blandos. - Revisión de la normativa brasilera y sus consideraciones para el sostenimiento de túneles en terrenos blandos. - Revisión de la normativa española y sus consideraciones para el sostenimiento de túneles en terrenos blandos. - Revisión de la normativa americana y sus consideraciones para el sostenimiento de túneles en terrenos blandos.

 

-

Revisión de la normativa japonesa y sus consideraciones para el sostenimiento de túneles en terrenos blandos.

4. MARCO TEÓRICO 4. . CLASI CLASIFICAC FICACIÓN IÓN DE TÚNELE TÚNELES: S: 4.1.1. Por su utilización: a) Tún Túnele eles par paraa la indu indust stririaa mine minera ra b)

4.1.2.

T- únVías eles ppa ara comun oobbras cicicación: iviles : como son para ferro de comunicación ferrocarri carriles, les, carre carreteras, teras, peatonale peatonales, s, navegación, trenes urbanos. Conduc ducció ción: n: par paraa gen genera eració ciónn hid hidroe roeléct léctric rica, a, agu aguaa pot potabl able, e, tra transp nsport ortee de - Con materiales en plantas industriales. - Servicio: servicios municipales, drenaje. c) Militares - Refugios para ataques aéreos d) Servicio industriales - Almacén de líquidos, cocheras. Por su posición o alineamiento: a) Túne Túnele less "col "colga gado dos" s" (de si silla lla de mo mont ntar ar):): sir sirve venn para in inte terc rcom omun unica icarr vall valles es vec vecin inos os.. Se emplean generalmente en líneas de ferrocarril de poco tránsito y en carreteras. b)

c) d) e)

4.1.3.

Túne Túnele less de "ba "base se": ": Sir Sirve venn tamb tambié iénn para para int inter erco comu muni nica carr vall valles es vec vecin inos os,, pero pero a diferencia difere ncia de las anterior anteriores, es, se locali localizan zan en la base de la montaña. Se emplean en ferrocarriles de alto Índice de tránsito y en carreteras de primera clase. Túne Túnele less en “es “espi pira ral”l”:: poco poco usa usado doss ahor ahora, a, sir sirve venn para para des desar arro rollllar ar lon longi gitu tudd en el interior de la montaña, ganar altura y mejor posición en sitios de acceso difícil. Tún Túnele eless ddee "esp "espoló olón": n": sirven sirven par paraa libr librar ar estrib estribaci acione oness ddee uuna na mon montañ taña. a. Tún Túnele eless de ""tal talud": ud": se lo local caliza izann al ppie ie de las m mont ontaña añas, s, en sitios sitios ddond ondee la eesta stabil bilida idadd superficial es crítica y los derrumbes dificultarían una solución superficial.

Por el material excavado: a) Túne Túnele less eenn roc rocaa com compe pete tent ntee o frac fractu tura rada da.. b) Túne Túnele less en ssue uelo loss co comp mpac acto tos, s, ssue ueltltos os o bbla land ndos os..

4.2. ESTU ESTUDIOS DIOS PREVIO PREVIOSS La ejecución de un túnel requiere efectuar una serie de estudios preliminares encaminados en principio a determinar su factibilidad económica y técnica para que posteriormente se realicen los estudios definitivos para la elaboración del proyecto después para realizar su diseño y proyectar su construcción. Los estudios previos más relevantes son: a)

Análisis económico: Dentro de las construcciones civiles, el túnel es de las más costosas en su inversión inicial; consecuentemente los ahorros que se logran en sus dimensiones finales, tanto en longitud como en sección transversal, son significativas. En el análisis deben incluirse aspectos de desarrollo regional motivados por las nuevas obras.

 

b)

Exploración ge geootécnica: Es quizá la fase más importante de los estudios previos, ya que ello condicionará el procedimiento constructivo y avance esperado del túnel lo cual permitirá estimar las cargas que intervendrán en el diseño de revestimiento temporal y definitivo. La ubicación general del túnel está gobernada por su fin específico, mientras que su posición detallada depende de las características geológicas de la región. Entre más preciso sea el conocimiento de la geología de la zona, se tendrán planos más confiables para la construcción del túnel, mejores avances y menos variaciones del presupuesto original.

c)

Ob Obje jetitivo voss de la Expl Explor orac ació iónn Ge Geot otéc écni nica ca:: - Determinar el origen y condiciones de las rocas o suelos. - Determinar las propiedades físicas y mecánicas de las rocas y/o suelos a lo largo de la lílíne neaa prop propue uest staa para para el túne túnel,l, deli deline nean ando do unid unidad ades es geol geológ ógic icas as y estratigráficas con propiedades relativamente homogéneas. - Precisar los detalles geológicos y mecánicos que pueden afectar la magnitud de la presión de roca y suelos sobre el túnel, como contactos entre formaciones, fallas zonas de alteración, resistencias y deformaciones.

Las exploraciones deben continuarse durante la construcción del túnel, no sólo para confirmar las hipótesis de diseño. 4.3. CLASI CLASIFICAC FICACION ION EMPIRICA DEL TUNELERO TUNELERO Indudablemente que el método empírico de aproximaciones sucesivas fue aplicado desde el principio para la construcción de túneles, acumulándose así las experiencias suficientes que permitieron eventualmente establecer una inte-relación entre los materiales excavados y su comportamiento durante el túneleo. Sin embargo, cubrir todas las posibilidades teóricas, es interesante imaginarse en términos generales que sucede con la distribución original de esfuerzos existentes en el subsuelo cuando se excava dentro de este un túnel. Se puede iniciar una explicación sobre la premi premisa sa de que, en cualquier punto bajo la superf superficie icie del terreno, existe un estado inicial de esfuerzos cuya magnitud y distribución dependen principalmente de la profundidad del punto considerado, del peso propio de los materiales que sobre yacen dicho punto de los esfuerzos tectónicos existentes en la zona y de las propiedades mecánicas del medio. Sí las partículas de los materiales en los que actúan tales esfuerzos iniciales, no tienen manera de desplazarse, únicamente se deformarán almacenando así energía. cuando los materiales se localizan a gran profundidad, es posible esperar, aun tratándose de roca, que los niveles de esfuerzo esfuer zo qu quee se alcanz alcanzan, an, ssobrepa obrepasen sen eell lími límite te el elástico ástico de aq aquellos uellos y los co convier nvierte te en una masa plástica confinada. En tal situación, si ahora se excava un hueco dentro de la masa del material, la energía almacenada hará que las partículas que lo forman se desplacen ocasionándose un flujo plástico o en algunos casos el peligroso fenómeno de roca explosiva. En cualquier caso, la excavación del hueco provocará un cambio notable en la distribución original de esfuerzos del medio, tendiendo a concentrar en la vecindad de la una superficie libre. El material que antes ocupa ocupaba ba la perforación, estaba sujeto a esfuerzos de recibir y transmitir  cargas inherentes inherentes a la propia masa del material, sin embargo, al desapa desaparecer recer (por excavación excavación))

 

deja de estar sujeto a estos esfuerzos y el material vecino tiene que tomar estos originándose así la mencionada redistribución de esfuerzos. Ahora bien, si los materiales vecinos a la perforación tienen suficiente resistencia para soportar  los nuevos esfuerzos debido a las cargas, puede esperarse que el hueco permanezca abierto sin problema de estabilidad, por el contrario, si el material no soporta sus nuevos esfuerzos, el hueco tenderá a cerrarse, a menos que se coloquen elementos estructurales en contacto con la masa, que al inter-actuar con ésta, convenientemente garanticen la presencia estable del hueco. Las propiedades mecánicas losteriales, materiales, el nivel de esfuerzos dentro de lael en relación relaci ón a la resist resistencia encia de losdema material es, la fforma orma y tamaño de la pe perfora rforación, ción, elmasa proce proceso so constructivo, la rigidez de su ademe, el tiempo que permanece sin soporte todo ello modifica la forma de la concentración de esfuerzos antes mencionada. 4.3.1.

Clasificación de Laufer o Tiempo Libre de Soporte Además de la clasificación empírica del comportamiento exhibido por los suelos al ser túneleados, existen otras clasificaciones como la de "Lauffer” que se basa en el tiempo que se puede permanecer abierto sin soporte, una oquedad de dimensiones dadas antes de derrumbarse o caerse. As! se forman 7 clases. Clase Descripción del Material Longitud de Soporte Tiempo sin Derrumbe A Roca Sana 4.00 m 20 años B Roca algo fracturada 4.00 m 6 meses C Roca Fracturada 3.00 m 1 semana D Material desmenuzable 1.50 m 5 horas E Material muy desmenuzable 0.80 m 20 min F Suelo de empuje inmediato 0.40 m 2 min G Suelo de empuje instantáneo 0.15 m 10 seg.

4.4. TUNEL TUNELEO EO EN ROCAS Para la excavación en roca, las más importantes condiciones geológicas que se deben anticipar son las siguientes: presencia de fallas, que generalmente involucran ár áreas eas de rocas muy fracturadas; dirección y grado de la estratificación; grietas y juntas; la presencia de agua, que puede ser caliente o fría, o contener ingredientes corrosivos o irritantes; bolsones de gases explosivos o tóxicos; deformaciones en la roca. La petrografía tiene menor importancia a menos que la roca sea altamente abrasiva, y cause excesivo desgaste de las barrenas. Nunca podrá decirse que se les ha suministrado demasiada información a los ingenieros, a fin de que produzca produ zca un diseño realista realista y para que los contrat contratistas istas prepa preparen ren licitaci licitaciones ones firmes firmes.. Aún en el mejor de los casos son de esperarse dificultades no previstas. 4.4.1. Método Convencional Al respecto del método tradicional o convencional de excavación en roca, lo que se ha perseguido y logrado en los últimos años ha sido optimizar los tiempos y la calidad de los trabajos en cada una de las actividades con equipos más sofisticados seguros y eficaces a) Barrenación b) Carga c) Voladura d) Ventililaación e) Rezaga f) Ademe

 

4.4.2. Topos o Moles Las máquinas de perforación en roca consisten de una cabeza rotativa, ya sea sólida o con rayos, en los que se montan harapientos de corte adecuado al tipo de rocas. Las máquinas se montan en grandes armazones que comprend comprenden en la maquinaria de operación operación y sus auxili auxiliares, ares, se incluy incluyen en una serie de gatos que ejerce ejercerán rán fuerte fuerte presión contra el frente de excavación. Los cortadores en forma de cincel sirven para roca blanda, los cortadores de disco para rocas más duras por acción de cuña cortan y cortad cortadoras dentad dentadas as Eldelímite rodillo conparainsertos de carburo tungsteno las oras rocas más duras. superior las herramientas actualesy es la roca con una resistencia a compresión de unas 35, 000 lbs x pulg2, aunque algunos fabricantes pretenden haber tenido éxito con granitos de hasta 45,000 lbs x pulg. Como se mencionó con anter ior idad, existen ciertas limitaciones, en cuanto a longitud de túnel y composición de la roca, que restringen el uso económico de las perforadoras de túneles. Por  otra parte, utilizar una mole tiene varias ventajas. a) Avan Avance ce m más ás rráp ápid idoo de los los tú túne nele les. s. b) Per Perfor foraci acione oness red redond ondas, as, llisa isass y lib libres res ddee irreg irregula ularid ridade adess c) Poc Pocaa sobr sobree excav excavaci ación; ón; ést éstaa repr represe esenta nta un pro promed medio io de alre alreded dedor or del 5%, en co compa mparac ración ión con el 20% que se obtiene en él método de barrenación y voladura. d) Ahor Ahorro ro de de co conc ncre reto to ppar araa re reve vest stim imie ient nto. o. e) Req Requie uiere re m meno enoss sop soport orte; e; se tiene tiene m meno enoss ca caída ídass de rroca oca.. f) Ada Adapta ptable ble al ssist istema ema de op opera eración ción ddel el tip tipoo cont continu inuo, o, par paraa mejo mejoram ramien iento to con contin tinuo. uo. g) Es menos menos peli peligr gros oso, o, por porqu quee se red reduc ucee la exp expos osici ición ón del per perso sona nall a las las oper operac acio ione ness de excavación y a la roca sin soporte; no se requieren explosivos. h) Se logr lograa una una oper operac ació iónn un unififor orme me que que ocas ocasio iona na mo mole lest stia iass pequeñas o nulas a las instalaciones de superficie o a otras instalaciones  cer canas 4.4.3. Tuneladoras de Pluma Estas máquinas empezaron a usarse en Europa desde 1950. Básicamente consisten en un aparat apa ratoo aut autopr opropu opulsa lsado do con mot motore oress elé eléctr ctrico icoss que tienen tienen una plu pluma ma osc oscilan ilante te en tod todas as direcciones en cuyo extremo se encuentra un cortador; el material desprendido cae en una charola en donde es empujado hacia una banda transportadora transportadora por unos bra brazos zos móviles. De la banda transportadora puede pasar a un sistema de carga de vagonetas similar al del topo o bien cargarse a vagones de otro tipo Se aprovechan en explotaciones de carbón, rocas fosfóricas, arcillas y otros materiales suaves. Las mineras - pluma pueden ser de dos tipos, dependiendo de las cortadoras: a) b) 4.4.4.

Co Corrtado tadora ra a tip tipoo fre fresa sa Co Corrtado tadorr des desga garr rrad ador  or  Método Austriaco

Se trata de un procedimiento de túneleo sólidamente fundamentado que tiene como objetivo principal conservar y movilizar la resistencia inherente del suelo. Así mismo usa un sistema flexible para suministrar soporte cuya característica típica es el uso de concreto lanzado. Utiliza sistemáticamente una instrumentación para controlar la performance de la estructura. El METOD METODO O AAUSTRI USTRIACO ACO DE TUNELE TUNELEO O ((NATM) NATM) debe consid considerarse erarse,, según según los expert expertos os austriacos, como un enfoque o filosofía y no referirse a él como un conjunto de excavación

 

específica y métodos o técnicas de soporte. En gran parte la aparente confusión y conflicto que blando, al existe en saber que es el NATM, se debe a la aplicación de éste al túneleo en suelo blando, parecer existe una importante diferencia entre los objetivos del NATM y la práctica de instalar  soportes para los túneles en roca y en suelo blando. blando. Debe quedar claro que el uso del concreto lanzado en un túnel no implica, necesariamente, la aplicación aplica ción del NATM. Sin embarg embargo, o, es correcto admiti admitirr que la aplica aplicación ción exitos exitosaa del NATM implica el uso de concreto lanzado. Habiéndose aceptado que el NATM es más bien considerado como un enfoque o filosofía, tenemos que determinar cuáles son las características fundamentales de esta filosofía. La primera de todas es la conservación y movilización de la resistencia del suelo o roca y la formación de una estructura anular ampliamente autosoportante de suelo o roca alrededor del túnel. El soporte primario es colocado para que el suelo se sostenga por sí mismo. Para que realice satisfactoriamente esta función el soporte primario debe tener apropiadas características de deformaciones bajo carga y ser colocado en el momento exacto. La segunda característica distintiva de la filosofía del NATM es el uso de instrumentos para controlar las deformaciones de la excavación y la concentración de carga en el soporte o en los elementos de esfuerzo. El Nuevo Método Austriaco de túneleo depende del empleo de instrumentos y observaciones locales en los túneles. Estas observaciones se usan no solamente para comprobar el comportamiento de la seguridad del túnel, sino también para dirigir el suministro de soportes adicionales. Una tercera característica es el alto nivel de entendimiento y captación del método y la cooperación en la toma de decisiones y la reducción de controversias que el NATM requiere de parte de los propietarios, contratistas e ingenieros de proyecto y supervisión. La cuarta característica del NATM que requiere de una mención espacial es su versatilidad y adaptabilida adapta bilidad. d. Esta cara caracterí cterística stica está de acuerd acuerdoo con la clasificación clasificación del NATM como un enfoque o filosofía más que como un método o técnica de excavación y soporte El enfoque del NATM ha sido usado ahora con éxito en una gama de condiciones de túneleo muy amplia. La versatilidad y adaptabilidad así demostradas son el resultado de la validez básica del concreto lanzado como material de soporte primario, en particular al ser usado junto con una amplia variedad de elementos de soporte adicionales. 4.4.5.

Método Norteamericano

La excavación se inicia con una galería superior en el coronamiento del túnel, que se apoya en listones de avance, postes, y cabezales. A continuación, se amplía la excavación entre dos pórticos y se colocan los segmentos del arco superior adyacentes al coronamiento y apoyados por postes y puntales extra. Se forman bancos de excavación a lo largo de los lados y se coloca otro segmento a cada lado. Se unen los pernos las costillas a la parte superior y se soportan con una solera temporalmente. Se repite este proceso hasta llegar a la solera invertida. Finalmente se excava en el banco hasta alcanzar la sección total. El terreno entre costillas se mantiene en su lugar por medio de planchas de revestimiento y se rellenan las oquedades Este método resulta apropiado en terrenos razonablemente firmes. 4.4.6.

Método Belga

En terreno terreno firme se ex excava cava llaa mit mitad ad sup superior erior del ttúnel, únel, ccomenz omenzando ando ccon on una galerí galeríaa cen central tral desde el coronamiento hasta el arranque del arco. Esto se amplía en ambos lados, y el terreno

 

se mantiene en su lugar con estacas transversales. Estas últimas se apoyan en maderos longitudinales, apoyados, estos a su vez son soportados por puntales que se extienden en forma de abanico desde desde un soporte o durmiente en la galería galería central. A continua continuación, ción, se excava un corte central hasta la invertida, dejando bancos sobre los que se apoye el arco de revestimiento del túnel. se practican perforaciones a intervalos, para poder sostener arcos. El resto del banco se retira a continuación para completar los muros laterales, después de lo cual se cuela el concreto de la invertida. Es posible avanzar con la excavación a una distancia considerable antes de continuar con el revestimiento del túnel. 4.4.7.

Método Ingles

Se excava un pequeño tramo en todo el frente, que generalmente es de 20 pies, por delante del revestimiento permanente del túnel. La excavación se inicia con una galería superior. Se colocan en ella dos maderos de techo o barras de coronamiento, con el extremo de cada uno apoyado por el revestimiento terminado del túnel y el extremo frontal que descansa en postes. Se clavan estacass transver estaca transversales sales sobre las barras de coron coronamient amiento. o. Despué Despuéss se amplía el corte hasta llegar al extremo de las estaca estacas. s. A contin continuación uación,, se coloca colocann tablones de madera por debajo de las estacas y a través de todo el frente, mantenidos en su lugar por maderos adicionales. Despuéss de esta opera Despué operación ción se coloca colocann ba barras rras y estaca estacass la laterale teraless pa para ra ppermit ermitirir amplia ampliarr la excavación. excava ción. se repite esta sec secuencia uencia hast hastaa que se llega a la invertida, el fren frente te queda en su lugar porenmedio de una mampara de madera, la cual se apoya en puntales, que a su vez se apoyan el revestimiento terminado. Este último se extiende luego hasta el extremo de la excavación y se repite el ciclo. Para controlar la alineación y ayudar al drenaje se construye a veces un primer túnel piloto a nivel de la invertida. Esto también permite la excavación total en varios frentes. 4.4.8.

Método Alemán

Se hacen avanzar dos galerías inferiores, una en cada muro lateral. En estas galerías se construyen los muros hasta llegar al techo de las mismas. Sobre estas, se excavan otras dos galerías y se continúa la construcción de los muros. se añade una galería central superior que se ensancha hasta alcanzar las galerías laterales; el terreno sobre el arco queda apuntalado por  maderos longitudinales y estacas transversales. Después de terminado el revestimiento del arco se remueve el resto del terreno. 4.4.9.

Método Italiano

Se desarrolló para terrenos muy blandos en los que se excava solamente pequeñas áreas. Es muyy cost mu costos osoo y ha sido sido supl suplan anta tado do por por el mé méto todo do de escu escudo do,, que que es el que que se usa usa exclusivamente en este tipo de terreno 4.5. TUNEL TUNELES ES EN SUELO SEMI-BLANDOS SEMI-BLANDOS Entre los materiales, que no sean rocas, que se pueden encontrar al excavar un túnel, se encuentran las arenas de diversas compacidades y tamaño de granos; arenas mezcladas con limo o arcilla; arcillas ya sean puras o conteniendo limo o arena y que varían desde relativamente plásticas, con un alto contenido de agua hasta firmes y secas; y mezclas aluviales de arena y grava o materiales procedentes de una morrena glacial. Si no se hallan sometidos a presión hidrostática hidros tática del agua libre, es posible excava excavarr estos material materiales es por procedimie procedimientos ntos de minerí minería. a.

 

Las entibaciones con madera, o acero darán apoyo temporal a las galerías, cuyas dimensiones y cantidades dependerán de las condiciones locales. Al excavar en todos estos tipos de materiales se requieren tablestacas, apoyadas en pies derechos o postes para sostener sostener el techo. Según avance la excavación en un frente tan rregular  egular  como lo permita el material, se clavarán aún más las tablestacas, con la parte de atrás sostenida por la armazón y la delantera por el terreno. Se coloca un nuevo apoyo por debajo de la parte frontal front al de las tablestac tablestacas as y se repite el proceso. Los lados de la galerí galeríaa se mantienen en su lugar por medio de tablones apoyados en los postes, según se requieran. se usan a menudo soportes de acero en lugar de la madera, particularmente para grandes galerías. Se pueden usar, en lugar de tablestacas, agujas de acero hechas en pequeñas vigas de ala ancha con puntas en forma de cuña. Las agujas tienen la longitud necesaria para estar apoyadas por dos armazones; se las hinca con gatos o martillos de aire dentro del frente blando y a una distancia igual al espaciamiento de los apoyos. En tierra suelta o arenas movedizas, el frente se apuntala por medio de una tablazón de frente. Se excava excava una roza po poco co profu profunda, nda, de uno unoss 2 pies de prof profundida undidadd y un ancho eq equivale uivalente nte a dos listones de avance o tablestacas en la parte superior del frente, y se coloca inmediatamente un corto tablazón para sostener el frente y servir de apoyo a la parte frontal del listón. Después que se haya excava excavado do esta roza en todo lo ancho de la galería y que se hayan colocado todos los tablones verticales del frente, se instalará un cabezal apoyado por postes cortos, se puede entonces entonc es excavar el resto del frente, procedien procediendo do hacia abajo y manten manteniéndol iéndoloo en su lugar por  medio de una tablazón de frente. Las dimensiones de la galería de avance deben ser lo más grandes que permitan las características del terreno, pero nunca menores de 5 pies de ancho y 7 pies de altura. Los dobleces de acero, conformados al arco del túnel son preferibles a los de madera, aunque más económicos, económ icos, si se consider consideraa tanto el costo como la velocidad de operación. operación. Los listone listoness de avance pueden ser de madera o de acero. Las planchas de forro de acero se pueden obtener en diversas formas y tamaños pueden usarse para soportar el terreno si un área limitada de excavación del terreno o del arco resistirá el tiempo suficiente para insertar las planchas de forro, comenzando en la parte superior del arco y proced pro cedien iendo do hacia abaj abajo. o. Se coloc colocan an los perno pernoss a la pesta pestaña ña de cad cadaa pla planch nchaa que se ha montado previamente. En túneles de menores dimensiones las planchas nervadas por corrugadas pueden ofrecer  apoyo adecuado. En túneles mayores o bajo cargas más pesadas las planchas pueden apoyarse en costillas de acero, contra las que se calzan. Las planchas de forro sin pestañas opueden usarse como revestimiento o como listones de avance. Para evitar el asentamiento las cargas desequilibradas, deben rellenarse todos los huecos detrás de las planchas de revestimiento, inyectando confitillo o una lechado de cemento. 4.5.1.

Maquinas perforadoras en terreno semi-blandos

Las máquinas perforadoras de túneles opera por lo general una cabeza cortadora rotativa, montadaa en un escudo montad escudo.. En suelos muy fir firmes mes que no se des desmorona moronan, n, sin embar embargo, go, es más efectiva efecti va una del tipo retroexcav retroexcavador. ador. Cuando el frente nece necesita sita soporte se utiliz utilizaa una cabeza cortadora sólida en la que se montan escoplos o cuchillas de arrastre. Un cierto número de máquinas perforadoras se han usado en túneles para alcantarillado de hasta 23 pies de diámetro en las arcillas duras del subsuelo de Chicago y Detroit. Estas maquinas tiene cabeza de corte con un centro ligeramente cónico, desde el que se extienden rayos hasta una llanta cilíndrica. Las cuchillas cortadoras se fijan en el centro y en los rayos. En arcilla muy firme las maquinas han trabajo sin escudo; de otra manera, trabajan dentro de un escudo convencional.

 

4.6. TUNEL TUNELES ES EN SUELOS SUELOS BLANDOS BLANDOS Las primeras soluciones utilizadas con éxito en los suelos arcillosos blando blandoss  requirieron del uso de escudos. Este ingenioso mecanismo desarrollado en Inglaterra en el siglo XIX, puede describirse como un cilindro metálico abierto por ambas tapas, en cuyo interior se arma por  partes una estructura anular integrada por dovelas capaces de soportar los empujes externos provocados por el medio excavado que momentáneamente son recibidos por el cilindro metálico, el cual, al avanzar mediante un sistema perimetral de gatos hidráulicos apoyados precisament preci samentee en el anillo de dovelas recién colocado, que permanece inmóvil, hace que éste entre en contacto con el terreno circundante. En todos los casos, el fenómeno de extrusión tal como lo describen Broms y Bennermark, hizo su aparición en las fallas observadas, transformando el medio arcilloso relativamente continuo en una masa discontinua de aspecto granular donde la arcilla se disgregó en bloques aislados de diversos tamaños capaces de fluir varios metros. El uso de aire comprimido en combinación con escudos de frente abierto fue una respuesta práctica al problema de inestabilidad planteado por las arcillas blandas, como lo ha sido también el uso de rejillas al frente en presencia de arcillas moderadamente blandas. En otros países, como alternativa del aire comprimido, se han utilizado tratamientos previos median med iante te inye inyecci cción ón de lechad lechadas as de cem cement ento, o, pro produc ductos tos químic químicos os y con congel gelació ación. n. Est Estos os procedimientos son efectivos pero costosos. También, para arcillas muy blandas, se han ideado una serie de mecanismos mecanismos teóricos de túneleo Desde escudo escudoss de frent frentee cerra cerrado do hasta compuertas de guillotina que aprovechen la extrusión de las arcillas, escudos de frente cónico con ranuras cerrables a voluntad, escudos con frente terrodinámicos terminando en espirales de Arquímedes, escudos con mecanismos de corte a base de cables. 4.6.1. Máquinas de excavación (escudos) El objetivo de un escudo es prevenir la deformación del terreno hacia el túnel mediante una coraza de metal, permitir una excavación segura y colocar el ademe con sus propios dispositivos dispos itivos a medida que avanza avanza.. Este ademe ademe,, constituid constituidoo generalm generalmente ente por dovelas de concreto, concr eto, ya se proyec proyecta ta en vario varioss países para que sea el definitivo y no provis provisional ional como en un principio se juzgó adecuado. La idea idea fund fundam amen enta tall del del escu escudo do es que que el pr proc oces esoo de exc excav avac ació iónn y el monta montaje je del revestimiento sean actividades casi simultáneas, ofreciendo esencialmente las siguientes esencialmente las siguientes ventajas: La sección del túnel puede avanzar con sus dimensiones completas. Ofrece un soporte constante al terreno en todas direcciones. Facilitar el trabajo de construcción. Evita deformaciones excesivas del terreno y por lo tanto, reduce los asentamientos en la superficie. El principal principal elemento de la estru estructura ctura del escudo es el forro o camisa, que está construido de placas de acero de acuerdo a la sección del túnel y ligeramente mayores que él. La camisa puede dividirse en tres partes principales en función de su rigidez y de acuerdo a su propósito es la manera en que se colocan: 

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En el extremo delantero o cuchilla cortadora, donde se efectúa la excavación, es sumamente reforzada, su propósito principal es facilitar el avance del escudo hacia el frente. Su segunda tarea es dar una protección adecuada a los trabajadores ocupados en la excavación del frente. El diámetro de la cara de corte debe ser ligeramente mayor que el diámetro del escudo con objeto de disminuir la presión del terreno sobre el escudo.

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La parte central tronco estáy plataformas destinada para alojar losdegatos hidráulicos, mangueras, válvulas, tableroso de control deslizantes ataque. La parte trasera o faldón está diseñada para soportar el terreno mientras se realiza el montaje de los segmentos del revestimiento. Gatos de empuje: el movimiento del escudo es efectuado por medio de gatos hidráulicos, los cuáles accionan contra el revestimiento del túnel previamente erigido. El escudo en sus tres partes debe ser capaz de resistir la fuerza del peso del terreno que actúa sobre el perimetralmente y la del empuje contra las dovelas para poderse encajar en el terreno. 

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4.6.2. Clasificación y descripción Las MPT se pueden clasificar en dos grandes grupos a) Esc Escudo udoss par paraa sue suelos los su suave avess y rel relati ativam vament entee firm firmes es b) Esc Escudo udoss pa para ra sue suelos los firmas firmas y mu muyy du duros ros.. Paraa)suelos blandos escudos y sistemas de excavación Escud Escudos os dehay fre frente nte abie abierto rtocon condiferentes ddiverso iversoss dispositivos grados ddee mecan mecanizació ización n tanto par paraa excava excavación ción como para el transporte, a través del escudo, del material excavado. b) Esc Escudo udoss de frente frente cer cerrad rado, o, con diver diversos sos sist sistema emass de estabi estabiliza lizació ciónn en el fren frente te que permite su agrupamiento en: a. Escudos con lodos de bentonita. b. Escudos con cámara de aire comprimido. c. Escudos de presión de tierra balanceada. Los escudos de frente abierto, además de los de plataformas para la excavación manual, se fabrican con mecanismos cortadores para realizarla, tales como cucharones tipo draga draga y pala o con brazos cortadores giratorios. La disposición del material en el frente puede ser totalmente manual, con mecanismo de giro radial (rotavator) o tornillos helicoidales transportadores que depositan el material en una banda transportadora que permita colocar el producto en los medios de acarreo que se usan para llevar el material a lo largo del túnel. Los escudos de frente cerrado tienen al frente una cabeza que cubre toda el área de la sección y en ella se encuentran los elementos cortadores del terreno mediante el giro de la cabeza y el empuje de la máquina. El material excavado pasa por ranuras, atrás de la cabeza cortadora donde se encuentra el sistema de estabilización del frente que es de diferente índole según el procedimiento aplicado. aplicado. En los escudos de frente cerrado sin presión controlada de estabilización, se tiene detrás de la cabeza cortadora únicamente el sistema colector del producto excavado que lo lleva a los medios de transporte que se ubican en la parte posterior. Los colectores de la rezaga pueden ser  cucharones rotatorios en el perímetro del escudo que la depositan en una tolva para descargarla a bandas transportadoras o tornillos helicoidales. Una variante de este tipo de máquinas son los escudos ciegos usados en suelo arcilloso-limoso suave, en los cuales la excavación se logra obligando al material del frente a salir por extrusión, a traes de orificios abiertos en una mampara colocada a poca distancia del frente que cubre toda la superficie frontal del escudo.

 

En los escudos de frente cerrado de presión balanceada, detrás de la cabeza cortadora se forma un compartimiento aislado que puede someterse a presión y ocupa una distancia entre 1.00 y 2.00 metros, mientras que el resto del escudo y todo el túnel se encuentran a la presión atmosférica. El compartimiento del frente puede someterse a presión utilizando el propio material producto de la excavación como transmisor de la presión ejercida por los gatos de avance que se apoyan en el ademe previament previamentee colocado. Esta pres presión ión es la que mantiene en su lugar el ter terreno reno del frente que se está excavando. La presión se regula con los gatos de empuje; así el material excavado se extrae mediante tornillos helicoidales y su lugar es ocupado por nuevo material excavado, manteniéndose en esta forma la presión contra el frente. Es importante señalar que en estos tipos de escudos es factible introducir agua o lodo de bentonita que permitan tener el material alojado en la cámara de presión en una consistencia más fluida o plástica para facilitar su remoción sin alterar la presión contra el frente. Esto es posible porque puede controlarse la presión con que se introduce el agua o el lodo. El material plástico extraído puede ser transportado con mayor facilidad en bandas o en vehículos convencionales. En los escudo escudoss de frente cerra cerrado do a base de bentonita, el compartim compartimiento iento que se forma entre la cabeza corta cortadora dora y la mampa mampara ra dispue dispuesta sta inmedi inmediatamen atamente te atrás de ella, se mantie mantiene ne a presión mediante la introducción de lodos de bentonita a presión controlada. El material por la cabeza y queaseunintroduce cámara se mantiene en suspensión dentro de loscortado lodos bentoniticos gracias digitador.en El lalodo que arrastra el material excavado se extrae de la cámara de bombeo. A la salida de la cámara se efectúa la separación de los materiales de tamaño grande como gravas y trozos aún mayores. El resto del material excavado, en suspensión, se bombea hacia el exterior donde en una planta especial se realiza la separación de lodo bentonitico para su nueva utilización. Las gravas y trozos grandes inicialmente separados son transportados hacia el exterior por los medíos convencional conven cionales es o se puede optar triturar triturarlos los dentro del túnel para luego ser bombea bombeados dos con los materiales en suspensión. Es factible suprimir la planta de separación y desechar el material junto con el lodo, pero esto aumenta el costo de la excavación. Cuando el material es arcilloso la bentonita puede suprimirse y ser sustituida por agua para que se mezcle con el material material excavado excavado y forma un lod lodoo semejant semejantee al bentonit bentonitico, ico, que se sujet sujetaa a los procesos de extracción antes descritos. Los escudos con frente cerrado con presión a base de aire comprimido son los que utilizan la cámara de presión para soportar el frente mediante este sistema. En japón se considera de alto riesgo porque puede fallar el soporte de la presión del aire cuando se presenta una fuga o se excavan suelos de alta permeabilidad. Esta es la razón por la cual ya no los utilizan. En la perforación de material rocoso por medio de escudos los dispositivos para su operación se han estado mejorando Anteriormente se habían ideado máquinas de forma que se pudiera hacer retroceder el cabezal cortador para que los trabajadores pudiesen pasar al frente y cambiar los elementos de corte. Las nuevas máquinas permiten hacer el cambio desde dentro de la máquina quedando los hombres resguardados de las caídas de las rocas Las principales principales ventajas que se tiene tienenn en la utilizació utilizaciónn de las MPT con respe respecto cto a los métodos convencionales son: La utilización del recubrimiento primario de dovelas cómo definitivo Mayor seguridad en la construcción del túnel Mayores rendimientos en la construcción del túnel, con el consiguiente menor costo 

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Mayor limpieza en la realización de los trabajos Mayor control en la construcción del túnel por la sistematización y mecanización de las MPT Mayor rapidez en la rezaga del material producto de la excavación

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4.7. SIST SISTEMA EMA DE SOPOR SOPORTE TE Dependiendo del comportamiento del material donde se excava el túnel se instala el sistema de soporte a la velocidad y con la robustez que se requiera. Durante la excavación del túnel se produce, cercano al frente, el efecto de media bóveda o tridimensional y después el arqueo bidimensional. Siendo el primero más favorable que el segundo en lo que a estabilidad se refiere, se aprovecha comúnmente para que al amparo de su protección se coloque el ademe primario o soporte temporal. La acción estabilizadora del soporte sobre la masa de suelo que rodea al túnel, ha sido analizada tradicionalmente desde varios enfoques, comenzando con el proporciona propo rcionado do por la teorí teoríaa de la elasti elasticidad cidad hasta los criter criterios ios empíri empíricos cos de Terzaghi, Stini y otros. Se concluye que el ademe o soporte aplica al terreno una presión tal que le da confinamiento y consecuentemente, capacidad de carga para contribuir en buena parte a su estabilización. Es decir, el ademe raras veces se diseñó para soportar todo el peso de la columna de suelo arriba del túnel, por el contrario, su misión es aplicar una presión estabilizadora que incrementa notablemente la capacidad natural de soporte del material. El soporte puede temporal o definitivo a la durabilidad delrequiere material que lo constituye o al clasificarse uso final delenttúnel. únel. Es así como un atendiendo soporte temporal de madera ser  sustituido por un soporte definitivo o revestimiento de concreto, acero o tabique, que resultan más durables. Puede ocurrir que el soporte temporal se convierta en definitivo si se integra de dovelas de concreto y no se requiere tratamiento posterior para su funcionamiento, como ocurre por ejemplo en un túnel carre carretero, tero, ferro ferrocarril carrilero ero o para un tren urbano, en los cuales se tienen una seria de acabados e instalaciones muy especiales que derivan en un diseño de revestimiento diferente. 4.7.1. Elección del sistema de soporte En las obras subterráneas el trato constante y directo que se tiene con los materiales de la corteza terrestre se produce precisamente a través de la ejecución de la excavación y del soportee temporal, por lo que la selección y el diseño de los mismos debe tener una percepci soport percepción ón clara del medio natural y especialmente de su comportamiento ingenieril bajo las condiciones en que va a ser atacado y ademado. Es por ello que, con frecuencia, esa responsabilidad corre a cargo del propio constructor; el proyectista diseña solo los ademes definitivos. Si el diseño de los soportes provisionales corre a cargo del proyectista, éste adquiere la obligación de entender el medio natural, cuando éste está influido por el proceso constructivo, y de mantener una continua comunicación con la obra en todas sus fases. En todo caso, la selección del tipo de ademe que guarde compatibilidad con el terreno y con el procedimiento de excavación es una decisión delicada por las implicaciones que tiene en la economía y buena realización de la obra subterránea y en el comportamiento de su entorno. Si la construcción del túnel topa, aun en un corto tramo, con condiciones adversas a las que no se puede adaptar fácilmente ni el sistema de soporte ni el proceso de excavación elegida la obra puede verse en la necesidad de parar completamente para reanudarse después de una larga demora necesaria para hacer radicales y costosos cambios de procedimiento. Estas situaciones pueden evitarse de dos formas: a) Con la aadopció dopciónn para ttoda oda la oobra bra de uunn sistem sistemaa sobr sobrado, ado, no ffácilme ácilmente nte ada adaptable ptable,, pero que sea capaz de hacer frente a todas las condiciones, incluyendo a las más difíciles.

 

b) Con la ele elecció cciónn de un sist sistema ema bi bien en ajus ajustad tadoo a las condi condicio ciones nes más co comun munes es que es dado dado eesp sper erar ar,, pe pero ro a la vvez ez ffác ácililme ment ntee ad adap apta tabl blee a la lass pe peor ores es ccon ondi dici cion ones es.. El optar por una u otra forma, que es en realidad una decisión que debe tomar el ingeniero, tiene una influencia principal en el costo y el desempeño de la obra. Las técnicas y problemas para tener una adaptabilidad completa no han sido hasta el presente totalmente resueltos, pero los trabajos definitivos que se realizan para proporcionar sistemas de soporte adaptables, están encaminados a minimizar el efecto de las naturales limitaciones de la predicción geotécnica. blandos las dificultades y los altos riesgos Como se explica más adelante, así como en suelos blandos las llevan a optar por la primera alternativa, en los suelos firmes puede elegirse cualquiera de las dos, aunque es preferible optar por la segunda en función del costo esperado que se obtenga. 4.7.2.

Tipos de Sistema de Soporte

El túneleo en suelos blandos representa blandos representa por lo general las mayores dificultades y los más serios riesgoss por que el tiemp riesgo tiempoo de autosoport autosoportee del terreno es muy corto. De ahí que en estos casos se prefiera adoptar sistemas sistemas de adaptabili adaptabilidad dad limitada. Un sistem sistemaa de este tipo lo consti constituye tuye el empleo de escudos para excavar y de anillos de segmentos prefabricados o dovelas para ademar  En suelos firmes los tiempos de autosoporte no son tan cortos como en los suelos blandos Pero efectos de intemperización y de descomposición pueden favorecer a veces los procesos de agrietamiento y de desgrane que reduce los tiempos de autosopo autosoporte rte a valores inferiores a los de rocas. de adaptabilidad limitada que más se han utilizado con buenos resultados en Loslassistemas suelos firmes, han sido escudos de frente abierto para la excavación y dovelas prefabricadas de concreto apernadas entre sí para el soporte. La baja adaptabilidad de los mismos se ha subsanado, en túneles bajo el nivel freático, con sistemas auxiliares de abatimiento de nivel freático por bombeo desde la superficie y, en casos más delicados con el empleo de aire comprimido o lodo presurizado para contrarrestar la carga de agua y la presión del suelo. Cuando este último método es impráctico o inefectivo se recurre al mejoramiento del terreno por  inyección de lechadas o de productos químicos, en forma tal, que mejore las condiciones naturales del terreno. Con el sistema de escudo, las áreas del terreno descubiertas en cada avance son reducidas y el soporte de dovelas se pone en contacto con el suelo tan pronto como es posible mediante la inyección de retaque. Las características del sistema atienden a la excavación y soporte del terreno bajo condiciones no solo de seguridad sino también de eficiencia y su aparente sobre diseño da en realidad margen suficiente para enfrentarse a las situaciones más difíciles. 4.7.3. Dovelas de Concreto Se emplean tradicionalme tradicionalmente nte en el sistema de excavación con escudo para suelos blandos, blandos, colocándose como soporte temporal o definitivo. Son precoladas, su tamaño y número número por anillo están condicionadas por las dimensiones del túnel, por los dispositivos para su colocación y por  las restricciones impuestas por el trazo del túnel. El sistem sistemaa de dovela dovelass se ha iido do pperfec erfeccionan cionando do en aplica aplicaciones ciones recien recientes tes (redu (reduciendo ciendo el número de piezas por anillo y por consiguiente de pernos) para disminuir los tiempos de colocación. coloca ción. Por condici condiciones ones de servicio se ha exigido casi siempre siempre colar sobre las dovelas dovelas un revestimiento secundario de concreto, caso común en los túneles del Sistema de Drenaje Profundo.

 

En caso de suelos firmes y donde haya seguridad de contar con una buena capacidad de autosoporte, siempre deberá investigarse la posibilidad de utilizar sistemas de dovelas mas económicos, compatibles con las condiciones del terreno y de servicio. Tales son los que se forman a base de anillos de dovelas expandibles unidas a "hueso", sin pernos. También deberá considerarse, siempre que sea posible, la opción de prescindir del revestimiento secundario. En el sistema, cada anillo está formado por solo tres laterales, cuyo contacto en la clave es en forma de rótula. Durante la colocación de las dovelas expandibles y tan pronto quedan fuera del faldón del escudo, se expanden las laterales mediante gatos apoyados sobre la base y después se cuelan los nichos donde se colocaron los gatos, con lo cual se da continuidad al anillo. Se inyecta una lechada de cemento a través de las dovelas, unos diez anillos atrás del escudo, para retacar y sellar. La alta calidad del concreto exigido para estas dovelas, que las hace muy resistentes y durables, la escasa presencia de agua y el buen sellado, han hecho que no se observe en ellas ningún deterioro después de varios años de funcionar como único revestimiento del túnel Con su reducido espesor en comparación con su diámetro exterior, resulta ser un soporte flexible cuya deflexión permite al terreno vecino desplazarse lo suficiente para desarrollar su resistencia al corte y contribuir así a su soporte. Se logra además una redistribución de presión uniforme y de trabajo casi enteramente de compresión, con flexión nula o reducida. La expansión de los anillos de las dovelas es uno de los aspectos más importantes. Garantiza un contacto más oportuno, efectivo y completo del ademe con el terreno y consecuentemente un me meno norr cons consum umoo con de loinye inque yecc cció de asentamientos reta retaqu que. e. Limi Limita ta a tiem tiempo la desc descom ompr pres esió iónn y los los desplazamientos, seiónnlogran mínimos enpo la superficie. Si el tiempo de autosoporte del terreno permite colocar el ademe sin problemas, se buscará el más barato y durable que sea compatible con el método constructivo. En ese caso están los anillos de dovelas de concreto ya comentados, así como los marcos circulares de acero también expandibles con tablones de madera colocados entre ellos, ellos, a manera de retaque y forro. En este caso un segundo revestimiento es indispensable en tanto que en el de dovelas de concreto puede prescindirse de él si los requisitos de servicio lo permiten Sí los sistemas de anillos expandibles no son viables por ser corto el tiempo de autosoporte o por existir riesgos riesgos de infiltr infiltración ación de agua y de arrastre de suelo, se utiliz utilizarán arán anillos de dovelas prefabricadas de concreto, de acero o mixtas, unidas en todos los casos por pernos o pasadores. En estos sistemas, la inyección del sello y retaque pegada al faldón del escudo, cobra import imp ortanc ancia, ia, par partic ticula ularr par paraa min minimi imizar zar los des despla plazam zamien ientos tos exc excesi esivos vos del ter terren renoo y los asentamientos consiguientes. Para ello en ciertos casos, el faldón tendrá que ir provisto de elementos de sello. Esta inyección, ejecutada ejecut ada a tiempo y a presio presiones nes compatib compatibles les con el terre terreno no y con el ademe produce un efecto equivalente al de la expansión de anillos de dovelas no apernadas Paraa log Par lograr rar esta esta estanq estanquei ueidad dad sin nec necesi esidad dad de colar colar un rev revest estimi imient entoo sec secund undari ario, o, es indispensable una alta precisión geométrica en las caras de contacto de las dovelas sobre las que se pegan bandas de neopreno La precisión geométrica, la calidad de las dovelas e inyección de contacto y sello son factores de alto peso en el costo del ademe, por lo que el decidir en qué grado deben intervenir en el diseño y colocación del mismo debe hacerse con el más amplio y completo conocimiento posible de las condiciones hidráulicas y de estabilidad del terreno por excavar  4.7.4. Marco Metálico y Retoque de Madera Es un sistema de ademe que empieza a cargar tan pronto se colocan los marcos contra el terreno, no hay que esperar esperar un tiempo de fraguado. Conviene mencionar sin embargo algunos de sus inconvenientes

 

En grandes grandes seccion secciones es o en túneles de geom geometría etría var variable iable su inst instalació alaciónn se dificult dificultaa y result resultaa tardada, por lo que puede dar lugar a desplazamientos excesivos y aflojamiento del suelo Por otra parte, su contacto con el terreno no es continuo sino puntual o zonal y a través de elementos de deformabilidad variable (tablones, vigas, cuñas), por lo general de madera. Así que la alta rigidez de las piezas metálicas, que es la que a la vista más confianza da, puede ser  engañosa porque en rrealidad ealidad el conjunto (mar (marcos, cos, madera) llega a ser más defor deformable mable de lo que el terreno necesita para desarrollar desarrollar su resistencia y dar cargas mínimas. 4.7.5.

Concreto lanzado y anclas de fricción

La adaptabilidad del concreto lanzado es extraordinaria porque se puede aplicar prácticamente en todo tipo de terreno, salvo en arcillas blandas y en arenas sueltas. Se ajusta además a cual cualqu quie ierr geom geomet etríría, a, lo cual cual lo hace hace pref prefer erib ible le a los los ma marc rcos os en secc seccio ione ness vari variab able less o complicadas. compli cadas. Puede colocar colocarse se tan pront prontoo se excava excava,, en un mínimo de espaci espacio, o, lo que muchas veces permite traslapar el lanzado con otras actividades del tuneleo y ahorrar así tiempo y dinero.. Los menor dinero menores es espesor espesores es de ademe, compar comparados ados con los que requie requieren ren los marcos metálicos y la madera, llevan a secciones de excavación menores. Por otra parte, los trabajos de reparación y reademado son, con el concreto lanzado, mucho más fáciles. Las técnicas de soporte de túneles emplean principalmente el concreto lanzado, su flexibilidad y resistencia variable con el espesor de las capas y con el tiempo, se ajustan mejor que cualquier  otro sistema a las diferentes fases del tuneleo, particularmente, a las más ligadas al frente de la excavación, que es donde realmente están en juego la estabilidad y el comportamiento futuro del túnel. La primera capa tiene una importancia primordial. Tiene de 3 a 5 cm de espesor y de hecho es una membrana plástica pegada al terreno por una alta adherencia lograda por impacto a alta velocidad y por aditivos químicos acelerantes de fraguado. Se consigue con ella una función protectora prote ctora y una estruc estructura tura compu compuesta: esta: el terre terreno no contig contiguo, uo, por efecto del marti martilleo lleo y la adherencia del concreto lanzado, sufre una compactación físico - química que constituye una capa resistente adicional, o una estructura de soporte compuesta de suelo y concreto que da continuidad y mantiene el confinamiento. Su flexibilidad flexibilidad es alta, así como su capacidad de fluir bajo carga, por lo que el terren terrenoo y ademe se deforman casi al unísono. La resist resistencia encia del concreto se increment incrementaa hora a hora y la rigidez crece al añadir capas. Ello equivale a un reforzamiento paulatino que sucede casi a la par con el del terreno. terreno. Esto lo obtien obtienee al desarrollar su resis resistencia tencia por mul multiplica tiplicación ción de contact contactos os y efectoss de cuñ efecto cuñaa que se pproduce roducenn gracia graciass al desp desplazami lazamiento ento con controla trolado do y en cond condiciones iciones ddee nuevo confinamiento y de rigidización paulatina que le da el ademe al concreto lanzado Se tiene los siguientes sistemas de soporte a base de concreto lanzado y anclas de fricción a) El suec sueco, o, que sol soloo hace apli aplicac cación ión zon zonal al de concr concreto eto lan lanzad zadoo para pro proteg teger er área áreass potencialmente alterables y sellar grietas o fracturas a modo de junteo con mortero, se aplica en tocas fracturadas y suelos muy firmes de buena calidad. b) El cent centroro-eur europe opeo, o, que hace una aplica aplicación ción de concr concreto eto lanz lanzado ado en capas cont continu inuas. as. En Austria y en Europa Central se acostumbra incluir en el concreto una o dos capas de malla de acero como elemento de liga y refuerzo; los canadienses y suecos prefieren prescindir de la malla. c) El nuev nuevoo mé méto todo do aust austrriaco iaco de tune tunele leoo (NA (NATM TM), ), que que adem además ás incl incluy uyee ancl anclas as generalmente anclas (generalmente de fricción o de resistencia repartida, inyectadas con lechadas o embebidas en mortero en toda su longitud) de longitudes entre 2.00 y 5.00 m y separaciones entre 1.00 y 2.50 m. Esta filosofía de sostenimiento creada por  Rabcewicz, atribuye la mayor proporción de resistencia del sistema a las anclas, las

 

cuales se diseñan para resistir esfuerzos de corte según el mecanismo de falla del túnel que se concibió. Las anclas de fricción, llamadas también de resistencia repartida, son de uso extendido en combinación con el concreto lanzado. Son elementos que amplían la adaptabilidad del sistema al reforzar reforzar el ter terreno reno y mejora mejorarr sus carac caracterís terísticas ticas más pob pobres, res, tale taless como su resi resistenci stenciaa a tensiónn y a corte. Ins tensió Instalad taladas as lo más cerca pos posible ible del frfrente ente de exca excavación vación pr proporc oporcionan ionan una fuerza radial radial o eenn la direcc dirección ión del an anclaje claje y hacia el in interio teriorr del terr terreno eno igu igual al por lo men menos os al producto produ cto de la superf superficie icie lateral por la adhere adherencia. ncia. Pero la irregul irregularida aridadd de esa superf superficie, icie, por  una parte, y la restricción local que impone la presencia del ancla a desplazamientos del suelo, provocan una fuerza adicional superior a la que resulta del simple diseño estructural. La re rest striricc cció iónn loca locall al desp desplaz lazam amie ient ntoo que que ocas ocasio iona na el ancl ancla, a, pr prom omue ueve ve cont contac acto toss y acuñamientos entre las partículas de suelo que, en desplazamientos posteriores del terreno hacia la cavidad provocan provocan un efecto amplific amplificador ador de resistenc resistencia ia y cohes cohesión. ión. Si las anclas se instalan en etapas posteriores, durante un proceso de deformación del terreno más avanzado, se pierden algunas ventajas de recuperación rápida del confinamiento, pero de todos modos adquieren e irradian resistencia al ser solicitadas por los desplazamientos diferenciales del terreno que se producen entre el borde de la excavación y el extremo del anclaje. Tienen, en suma, un efecto repartidor y uniformizador de esfuerzos, por lo que son m muy uy útiles en zonas donde la distribución de esfuerzos es compleja (intersecciones de túneles, cambios de geometría) y donde el arqueo se produce por sobreposición de varios efectos de bóveda y domo. La fácil y rápida aplica aplicación ción de estos sistemas y su amplia posibilida posibilidadd de hacers hacersee más grueso o multiplicarse y reforzarse para hacerse más rígidos y resistentes, si así se requiere, los convierte en la mayoría de los casos en sistemas de soporte de la más alta adaptabilidad de que se pueda disponer. Además, el reforzamiento se obtiene sin invadir la sección de proyecto, lo cual es muy difícil de lograr con cualquier otro sistema de ademe. Sus limitaciones En arcillas blandas o en arenas sueltas el concreto lanzado no tiene adherencia, aunque existen técnicas para resolver el problema en ciertos casos. En estos mismos materiales, los bar barrenos renos para las anclas se cierran. Aun así hay anclas que trabajan y generan una resistencia por  adherencia o por fricción, no despreciable si se hincan sin perforación previa. 4.7.6. Marcos de Madera Formados por troncos de árboles o puntales aserrados de sección cuadrada o rectangular. En un principio constituyeron el medio más económico y adecuado para soportar el material excavado. su uso principal fue en minas y en la actualidad su uso se está restringiendo restringiendo a obras pequeñas, provisionales, donde la madera compite económicamente con otros materiales de soporte. 4.7.7. Anclas Constituyen un método especial de soporte que mejora las condiciones estructurales del material natura nat ural,l, log logran rando, do, así su aut autoso osopor porte, te, su uso más com común ún es en roc rocas as mod modera eradam dament entee fracturadas. Como ya se mencionó, pueden combinarse con concreto lanzado para utilizarse en suelos blandos 4.7.8. Dovelas metálicas de lamina Comúnmente llamadas “charolas” constituyen un sistema de ademe flexible, que proporciona result res ultado adoss exc excele elente ntess en combin combinaci ación ón con escud escudos os par paraa sue suelos. los. Su tamañ tamañoo y for forma ma está condicionado por su manejo y colocación en el túnel.

 

4.7.9.

Tabique y Mampostería

En el pasado constituía el método más común para formar revestimientos definitivos. Requería de mano de obra muy especializada para su colocación, hoy en día este sistema rara vez es utilizado 5. ESTADO DEL ARTE En los últimos años se han realizado investigaciones con relación al sostenimiento de túneles en terrenos blandos o rocas blandas. 5. . Enfoque bidimensional para el diseño del soporte soporte de túnel túnel en roca roca débil John H. Curran, Reginald E. Hammah, Thamer E. Yacoub, realizaron Yacoub, realizaron la investigación sobre el “Enfoque bidimensional para el diseño del soporte de túnel en roca débil” donde concluyeron que los sistemas de soporte de túnel a menudo se instalan en áreas que están bajo regímenes de tensión tridimensionales. Sin embargo, los diseñadores de túneles a menudo se limitan al uso de herramientas de análisis bidimensionales. Esto se debe a que las herramientas bidimensionales ofrecenn ventajas de velocid ofrece velocidad ad y facili facilidad dad de uso, especial especialmente mente en el estudio de solucio soluciones nes de soporte alternativas y compensaciones. El enfoque recomendado es que está diseñado para ayudar a los ingenieros a utilizar las herramientas de análisis bidimensionales disponibles para diseñar un soporte de túnel realista, que tenga en cuenta el entorno de tensión tridimensional en la región de instalación de soporte. El enfoque aunque simple, permite a los diseñadores de túneles al menos obtener un buen punto de sugerido, partida para diseñar el soporte. 5.2. Diseño de sistemas sistemas de soporte soporte de túnel túnel D. U. Deere, R. B. Peck, and H. W. Parker, J. E. Monsees, A. A. Mathews, B. Schmidt, James P. realizaron la investigación “Diseño de sistemas de soporte de túnel” donde indican que del sistema de soporte son solo dos de los muchos factores interrelacionados en el diseño general de un túnel útil y económico. El tipo de soporte, el método de excavación y el carácter del terreno son son cons consid ider erac acio ione ness inse insepa para rabl bles es.. Si la ruta ruta está está di dise seña ñada da para para enco encont ntra rarr las las peor peores es características geológicas en lugar de las mejores, o si el método de construcción no es adecuado para la geología, ninguna cantidad de refinamiento del revestimiento puede influir  apreciablemente en la economía del trabajo. Sin embargo, para cada diseño de túnel y cada método de construcción, algunos tipos de revestimiento son preferibles a otros. El soporte inicial durante la construcción y elsesoporte finalmejor durante delsoporte. túnel plantean requisitos separados; a veces ambos satisfacen conlaunvida solofuncional sistema de El diseño racional presupone el conocimiento de las demandas de los sistemas de soporte, el criterio para un desempeño exitoso, la familiaridad, con las capacidades de los sistemas disponibles y los métodos de análisis verificados por la experiencia. Es probable que una práctica prácti ca mejorada en el futuro tenga sus raíce raícess en una compr comprensión ensión clara de las deficienci deficiencias as y requisitos de las prácticas actuales. Este documento resume varios estudios actuales sobre los diversos aspectos del diseño de los sistemas de soporte para túneles de transporte. El futuro del túnel de alta velocidad promete muchos cambios interesantes en los sistemas de soporte. Es probable que las innovaciones se dividan en dos grandes categorías: (a) mejoras en los materiales o técnicas de instalación para los sistemas de soporte existentes y (b) métodos de soporte radicalmente diferentes. Se impondrán requisitos adicionales a los sistemas de soporte si se utilizan métodos como el chorro de llama o el rayo láser para la excavación. Si alguno de estos métodos novedosos de rotura de rocas logra alcanzar el estado de producción, se deberán

 

de desa sarr rrol ollar lar sist sistem emas as de sopo soportrtee que que sean sean comp compat atib ible less con con el mé méto todo do de cons constrtruc ucci ción ón radicalmente diferente. 5.3. Construcción de túneles: túneles: terreno blando y roca dura William Harris , realiza la investigación “Construcción de túneles: terreno blando y roca dura” donde indica que los trabajadores generalmente usan dos técnicas básicas para avanzar un túnel. En el método de cara completa, excavan todo el diámetro del túnel al mismo tiempo. Esto es más adecuado paratécnica, túnelesque quesepasan por en terrenos fuertesa continuación, o para construir pequeños. La segunda muestra el diagrama es eltúneles métodomás de encabezado y banco superior. En esta técnica, los trabajadores cavan un túnel más pequeño conocido como rumbo. Una vez que el encabezado superior ha avanzado un poco en la roca, los trabajadores comienzan a excavar inmediatamente debajo del piso del encabezado superior; Este es un banco. Una ventaja del método de encabezado y banco superior es que los ingenieros pueden usar el túnel de rumbo para medir la estabilidad de la roca antes de seguir  adelante con el proyecto. Los trabajadores cavan túneles de suelo blando a través de arcilla, limo, arena, grava o barro. En este tipo de túnel, el tiempo de reposo (cuánto tiempo se mantendrá el terreno de forma segura en el punto de excavación) es de suma importancia. Debido a que el tiempo de espera es generalment gener almentee corto cuando se hace un túnel a través de un terre terreno no blando, los derru derrumbes mbes son una amenaza constante. Para evitar que esto suceda, los ingenieros usan un equipo especial llamado escudo. Un escudo es un cilindro de hierro o acerola literalmente empujado al suelo blando. Talla un agujero perfectamente redondo y sostiene tierra circundante mientras los trabajadores quitan los escombros e instalan un revestimiento permanente de hierro fundido o concreto prefabricado. Cuando los trabajadores completan una sección, los gatos empujan el escudo hacia adelante y repiten el proceso. 5.4. Diseño de Brunel al construir un escudo circular forrado con segmentos de hierro fundido Peter M. Barlow y James Henry Greathe Greathead ad ( 874), mejoraron el diseño de Brunel al construir un escudo circular forrado con segmentos de hierro fundido. Primero utilizaron el escudo de nuevo diseño para excavar un segundo túnel debajo del Támesis para el tráfico de peatones. Luego, en 1874, el escudo se usó para ayudar a excavar el metro de Londres, el primer metro del mundo. Greathead refinó aún más el diseño del escudo al agregar presión de aire comprimido dentro del túnel. Cuando la presión del aire dentro del túnel excedió la presión del agua afuera, el agua permaneció fuera. Pronto, los ingenieros de Nueva York, Boston, Budapest y París adoptaron el escudo Greathead para construir sus propios subterráneos. 5.5. Diseño de de soporte soporte de túnel N.Barton, E. Grimstad and A.Palmstrøm ( 995) realizan 995)  realizan las investigaciones de “Diseño de soporte de túnel” donde concluyeron que la y realizaron diseños para el soporte del túnel como que la filosofía de diseño de soporte del nuevo método de túnel austriaco (NATM) se ha utilizado en numerosas ocasiones para la construcción de túneles débiles, en general con gran éxito. NATM, que es el más apropiado para terreno débil, se basa en una clasificación descriptiva del terreno conductista (a menudo involucra aproximadamente 6 clases), la selección apropiada de soporte temporal basado en estas clases de terreno, el monitoreo de la deformación y la aplicación de soporte adicional cuando sea necesario deformaciones medidas la solidez de un enfoque de diseño activo, a veces llamado diseño según el uso (o más correctamente, diseño

 

como monitor), ha sido demostrado por grandes ahorros de costos en comparación con los enfoques de diseño inflexibles convencionales. Sin embargo, sería injusto para el concepto NATM, e incorrecto, referirse a todos los túneles que tienen hormigón proyectado y pernos de roca como "impulsados por NATM", como parece estar ocurriendo en algunos sectores. Un concepto más nuevo, el NMT (Método Noruego de Túneles) Túneles),, que es el más apropi apropiado ado para túneles de perforación y voladura en roca articulada que tiende a romperse, se basa con frecuencia en una clasificación cuantitativa (numérica) de la masa de roca, como el sistema Q (Barton al., 1974),proyectado el uso apropiado del refuerzo temporal de refuerzo, comosuplementario el empernado de de roca y elethormigón reforzado con fibra, y el refuerzo y soporte acuerdoo con el diseño de base permane acuerd permanente nte Q. Porta Portable ble del geólo geólogo go de ingeni ingeniería. ería. El tramo del túnel y el propósito de la excavación también figuran en esta selección de soporte final. A pesar del éxito de NATM en muchos túneles subterráneos, claramente no puede ser el mejor o más barato método para túneles en masas de roca más duras y articuladas que se perforan y explotan (a diferencia de las excavadas a máquina). La sobrecarga extensa con frecuencia hace que las vigas de hormigón armado y de celosía reforzadas con malla sean poco prácticas, titulantes, posiblemente inseguras e inviten a la corrosión. Dichos métodos también pueden causar un uso innecesario de hormigón. Por esta razón, las tuneladoras noruegas estaban demasiado listos para dejar de usar refuerzo de malla y costillas de acero a los pocos años de desarrollar el método de hormigón proyectado reforzado con fibra de acero. Aplicación comercial de hormigón proyectado reforzado con fibra de proceso húmedo en Noruega por 1978 (Opsahl, ISAZ) causó gradualmente gradualmente que el hormigón proyectado reforza reforzado do con malla dejara de usarse usarse__ alrededor de 1984. El uso de este revolucionario método de refuerzo inicial y soporte final desde t978 ha aumentado a un nivel de 60,000 a 70,000 m3 por año en Noruega, cerca del uso más alto en el mundo en la actualidad, a pesar de la pequeña población de Noruega. Aplicación robótica de 10 a 20 metros por encima, al lado o frente al operador, la producción es de 70 a 25 m3l de hora, niveles bajos de polvo (rebote de 5 a 10%), condiciones de atornillado de roca aseguradas en terreno inestable y sin problemas con perfiles desiguales y sobre brisas, han provocado una revolución en las tasas de conducción y los costos de los túneles. Las secciones forradas de hormigón colado para el soporte permanente de las zonas de falla y las rocas que contienen arcilla están desapareciendo debido a sus limitaciones de costo y tiempo en comparación con el hormigón proyectado reforzado con fibra. El hormigón proyectado reforzado con costillas (barras de refuerzo) con hormigón proyectado y atornillado ahora se utilizan como soporte permanente en túneles o cavernas en rocas blandas articuladas y en arcillas fisuradas demasiado consolidadas, como la arcilla de Londres. En el pasado, se han informado intentos de combinar el sistema Q con NATM. Ciertamente, una descripción más cuantitativa de las seis o siete clases de roca NATM, usando el sistema Q, o usando el método RMR de Bieniawski (1989), es intrínsecamente atractivo. Recientemente se ha propuesto una combinación interesante de principios NMT y NATM para un túnel principal en roca parcialmente blanda y parcialmente dura. La predicción inicial de las necesidades de soporte utilizando el sistema Q, el soporte temporal cerca de la cara, el monitoreo del rendimiento resultante y el ajuste de la clase de soporte (si es necesario) para la aplicación del soporte final muy por detrás de la cara de avance parece ser una combinación ideal de tres técnicas bien probadas. 5.6. Sopor Soporte te de túnel en roca roca débil Ever Hoek ( 998), realizó 998), realizó la investigación sobre el “Soporte de túnel en roca débil” donde concluye que el diseño de soporte para túneles en roca débil es un problema complejo. En algunos casos, el enfoque aparentemente lógico de instalar más y más soporte para resistir las

 

presiones de compresión es, de hecho, el enfoque equivocado. Los sistemas de soporte flexibles, flexib les, con el uso de paraguas delanter delanteros os o de elementos de cebad cebadoo cuando sea necesario necesario,, generalmente darán como resultado un sistema de soporte que sea efectivo y económico. No ha sido posible explorar todas las opciones disponibles para el diseñador de túnel de roca dé débi bil.l. Mu Much chos os de los los conc concep epto toss descr descrititos os en este este docu docume ment ntoo no se han han desa desarr rrol olla lado do completamente y, en algunos casos, se pueden encontrar mejores alternativas. Hay muchas oportunidades, para aquellos interesados en la investigación de ingeniería de rocas, para llevar  estas ideasdemás alládébiles. y desarrollar una metodol metodología ogía lógica para el diseño de soporte de túnele túneless en masas rocas 5.7. Diseño y construcción construcción de una excavación profunda profunda en suelos blandos blandos adyacentes adyacentes a los túneles del metro de Shanghai Z.F. Hu, Z.Q. Yue, J. Zhou, and L.G. Tham (2003) realizaron (2003)  realizaron el estudio “Diseño y construcción de una excavación profunda en suelos blandos adyacentes a los túneles del metro de Shanghai” donde presenta el diseño y la construcción de la excavación profunda de un edificio comercial muy cerca y al lado de los túneles del metro Shangai. De los estudios, sacó las siguientes conclusiones: Para excavaciones profundas en suelos blandos saturados y muy adyacentes a los túne túnele less geme gemelo loss del del me metrtro, o, es mu muyy im impo portrtan ante te adop adopta tarr me medi dida dass de dise diseño ño y construcción basadas en el control de la deformación. 

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Para la excavación profunda discutida en este documento, las medidas combinadas de diseño y construcción han tenido éxito en mantener las deformaciones medidas dentro de los criterios requeridos para controlar la deformación de los túneles metropolitanos operat ope rativo ivos. s. Est Estas as med medida idass incluye incluyenn las par parede edess del dia diafra fragma gma con mie miembr mbros os de refuerzo, la consolidación de bombeo para suelos arcillosos blandos saturados debajo de la excavación, pilas de mezcla de cemento y tierra detrás de las paredes del diafragma y alrededor de los túneles gemelos, y procedimientos de excavación racional para reducir la deformación inmediata del suelo. Los esfuerzos combinados de la consolidación de bombeo, las pilas de mezcla de cemento y suelo y los procedimientos racionales de excavación condujeron a una reducción del desplazamiento máximo horizontal de la pared del diafragma de 28.5 mm a aproximadamente 14.2 mm y una reducción del asentamiento máximo vertical del suelo de un pronóstico 23,1 mm a aproximadamente 7 mm. Tales reducciones en el desplazamiento fueron efectivas y útiles para proteger el funcionamiento normal de los túneles gemelos del metro. El asentamiento y el desplazamiento horizontal de los túneles se controlaron dentro de 5.0 y 9.0 mm, respectivamente. Las curvaturas de las curvas de deformación longitudinal de los túneles gemelos fueron inferiores a 1/15000. El desplazamiento horizontal de las paredes del diafragma reforzado fue inferior al 0,12% de la profundidad total de excavación. Se propuso un método teórico simplificado para estimar el aumento de la resistencia al corte sin drenar en arcilla blanda saturada con permeabilidad anisotrópica cruzada debido a la consolidación del bombeo. Este método se utilizó en el diseño de los pozos de desagüe y el sistema de bombeo. El aumento previsto en la resistencia al corte no drenado es cercano al medido en el campo. Se utilizaron métodos de elementos finitos para el análisis elástico de la deformación del sistema de suelo y concreto que rodea los túneles operativos debido a excavaciones profundas en los pozos de cimentación este y oeste. El sistema de suelo y concreto incluyóó suelos in situ, bombe incluy bombeoo de arcilla consolidad consolidada, a, pilotes de mezcla de cemento y

 

suelo, pared de diafragma y estructura de concreto con revestimiento de túnel. Los resultados de este análisis elástico estuvieron muy cerca de los desplazamientos o asentamientos medidos en la pared del diafragma o en las coronas internas del túnel. Tales predicciones teóricas mejoraron las medidas de diseño y construcción de la excavación profunda en suelos blandos que rodean los túneles del Metro, que estaban en pleno funcionamiento durante la excavación. También fue crítico seleccionar valores correc cor rectos tos par paraa los par paráme ámetro tross mec mecáni ánicos cos en las pre predic diccio ciones nes teó teóric ricas. as. El bue buenn

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conocimiento de los las valores condiciones locales del suelo blando fueron activosyenla laexperiencia selección de de losy propiedades parámetros para la predicción. La capa de arcilla blanda 4 muestra una alta anisotropía cruzada en la permeabilidad del suelo. Dicha anisotropía anisotropía cruzada se examinó y se tuvo en cuenta en el anális análisis is del incremento increm ento de la resistencia al cizalla cizallamient mientoo no drenado debido a la consolidaci consolidación ón del dumping. Sería útil e interesante examinar más a fondo la anisotropía cruzada en la resistencia al cizallamiento y el módulo del suelo y su efecto sobre la deformación del suelo debido a la excavación profunda, aunque tal efecto podría no ser importante. Por último, se observa que la excavación profunda y otras actividades de construcción de edificios se han completado durante más de 3 años y que tanto los edificios comerciales como los túneles del Metro continúan funcionando bien.

5.8. Efect Efectos os ambientales ambientales de la excava excavación ción de túneles en terrenos blandos blandos y poco profu profundos ndos con EPBM: el caso de Estambul Ibrahim Ocak (2009) reali realizaron zaron el estudi estudioo “Efe “Efectos ctos ambientale ambientaless de la excava excavación ción de túnele túneless en terrenos blandos y poco profundos con EPBM: el caso de Estambul” donde el control de los asentamientos superficiales mediante túneles en áreas urbanizadas es muy importante para preven pre venirir cua cualqu lquier ier dañ dañoo a los edi edifici ficios os e infrae infraestr struct uctura urass existe existente ntes. s. En este este estudi estudio, o, se examinaron examin aron los asentamient asentamientos os de la superficie en busca de túneles gemelos que se excavaron entre las estaciones Otogar y Kirazlı 1 de la Línea de Metro de Estambul. Los túneles, con 6,5 m de diámetro externo y 14 m de distancia entre sus centros, fueron excavados por EPBM. La estructura geológica del área puede clasificarse como suelo blando. La profundidad del túnel en áreas críticas es de 14 a 23 m. El método de excava excavación ción óptimo para terrenos blandos y poco profundo profundoss es EPBM. El método NATM es demasiado difícil de aplicar en este tipo de terreno y también los valores de asentamiento ocurren demasiado. Pero, este estudio muestra que incluso con el método de excavación EPBM, especialmente a poca profundidad, el daño causado al medio ambiente aumentó los costos del proyecto hasta un 15,8% más. Además, las condiciones del túnel suave y poco profundo aumentaron el cronograma del proyecto a 29.3%. 5.9. Tecnología de excavación de túneles de escudos en terreno mixto Heifei 230022 (20 2) realizó el estudio de “Tecnología de excavación de túneles de escudos en terreno mixto” donde se discute la tecnología del túnel de metro de intervalo excavado por el método de túnel de escudo en terreno mixto. Las siguientes son las principales conclusiones: La investigación de la distribución geológica debe llevarse a cabo cuidadosamente durante el túnel de escudos en condiciones de terreno mixto. Esto determinará el diseño del túnel y ayudará a minimizar los riesgos de inestabilidad del túnel y la modificación del entorno circundante. El modo de túnel, la optimización de los parámetros de excavación y el cambio de la fresa se determinan en función de las características de la roca o el suelo.

 

El for fortal taleci ecimie miento nto de la org organi anizac zación ión y la ges gestió tiónn de la con constr strucc ucción ión pue puede de gar garant antiza izarr la seguridad del túnel de escudos y la excavación exitosa. 5. 0. 0. Unaa nuev Un nuevaa ecua ecuaci ción ón pa para est estim imar ar el el asen asenta tami mien ento to máx máxim imoo de la supe superf rfic icie ie sob sobre re túneles excavados en terreno blando Hamid Chakeri, Bahtiyar Unver (20 4) realizaron el estudio de “Una nueva ecuación para estimar  el asentamiento máximo de la superficie sobre túneles excavados en terreno blando” donde debido al es efecto parámetros, la la predicción del de asentamiento máximoExisten de la superficie uno de de diferentes los problemas críticos en excavación túneles de metro. algunos métodos empíricos para predecir el valor máximo de asentamiento de superficie. En esos métodos, varios factores importantes importantes son influyente influyentes. s. La investigaci investigación ón del efecto de cada factor puede ser útil para comprender y aplicar estos métodos a diferentes condiciones. Para este propósito, se utilizan un análisis de diferencias finitas y algunos métodos empíricos para la investigación paramétrica para identificar factores potencialmente significativos que afectan la predicción del asentamiento máximo de la superficie. En este estudio, los resultados de los métodos empíricos y numéricos se comparan con los datos observados. Luego se presenta una ecuación nueva y precisa para estimar el valor máximo de asentamiento de superficie. Las principales conclusiones que podrían derivarse de este estudio se enumeran a continuación: - Los resultados medidos después de la tunelización se comparan con el resultado del método 3D-FD. Esto indica que se encontró que las predicciones numéricas cumplen con los resultados de monitoreo de asentamiento de superficie realizados en los campos. - Los resultados muestran que los factores importantes en el asentamiento máximo de la superficie de importancia son el diámetro del túnel, el módulo de Young, la relación de Poisson, la profundidad del túnel, el ángulo de fricción interna, la cohesión, la presión de soporte facial, el recargo superficial y el peso unitario - Considerando los resultados numéricos, podemos obtener una relación más precisa para estimar el asentamiento máximo de la superficie (Smax):

-Los resultados indican que los valores máximos de asentamiento de superficie obtenidos de la nueva ecuación tienen un buen acuerdo con los resultados reales. Esto sugiere que las relaciones anteriores presentadas para la estimación del punto de inflexión pueden reemplazarse de manera confiable con la nueva ecuación. “Investigación numérica en 3D sobre la interacción entre túneles gemelos mecanizados en terreno blando”, 5. . Inve In vest stig igac ació iónn num numér éric icaa en en 3D 3D sob sobre re la in inte tera racc cció iónn ent entre re tú túne nele less gem gemel elos os me meca cani niza zado doss en terreno blando Daniel Dias (20 5), realiz realizóó la “Inve “Investigac stigación ión numérica en 3D sobre la interacción entre túneles gemelos mecanizados en terreno blando”, donde ese estudio, se ha llevado a cabo una investigación numérica en 3D de túneles gemelos mecanizados que ha permitido resaltar el efecto efe cto de la distan distancia cia del tún túnel el ent entre re dos tún túnele eless hor horizo izonta ntales les sob sobre re su com compor portam tamien iento to estructural y sobre el campo de desplazamiento que rodea los túneles. Se ha introducido una modificación del método de superposición introducido por Suwansawat y Einstein (2007). Los

 

resultado result adoss ind indica icann que que,, par paraa los cas casos os estudi estudiado adoss en este este doc docume umento nto,, el pro proced cedimi imient entoo modificado da una buena predicción del canal de asentamiento de la superficie desarrollado sobre túneles horizontales gemelos. Sobre la base de análisis numéricos 3D, es posible sacar  las siguientes conclusiones: El método de superposición se puede utilizar para obtener una estimación preliminar de las curvas de asentamiento sobre túneles gemelos horizontales; El perfil de liquidación es asimétrico sobre la línea central del pilar; 

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El túnel existente se ve afectado en gran medida por la construcción del segundo túnel. sin embargo, el el túnel existente solo causa un ligero impacto en el nuevo túnel. El comportamiento del nuevo túnel es similar al de un solo túnel; La distancia crítica entre los dos túneles horizontales estudiados en este caso es aproximadamente el diámetro de un túnel; La fuerza normal máxima en el caso B = 0.5D es mayor que la obtenida en el caso B = 0.25D, lo que resalta la necesidad de utilizar una simulación 3D para estimar la interacción entre túneles.

5. 2. Clasi Cla sififica caci ción ón pr prop opue uest staa del del su suel eloo bas basad adaa en en las las ex expe peririen enci cias as de tú túne nele less de de sue suelo lo bl blan ando do en Irán Aras Arashh Ha Hash shem emne neja jad, d, Jafa Jafarr Ha Hassa ssanp npou ourr (20 (20 7) 7),, don donde de rea realiz lizan an el estudi estudioo “Clasi “Clasific ficaci ación ón propuesta del suelo basada en las experiencias de túneles de suelo blando en Irán” donde presentaron un sistema simple de clasificación de suelos basado en experiencias de túneles de suelo blando en Irán. Con este método, los suelos se clasifican en función de dos parámetros principales: princi pales: distri distribución bución de granos del suelo y el índice de consistencia estim estimado ado a parti partirr de los límites de Atterberg. Las experiencias de tunelización han demostrado que el tamaño de grano y el índice de consistencia controlan diferentes comportamientos del suelo y propiedades físicomecánicas. Por ejemplo, los granos más grandes exhiben un módulo de elasticidad más alto que los granos más pequeños similares. La fluctuación del agua subterránea y la abrasividad del suelo también son más altas en suelos con granos más grandes versus más pequeños. La obstrucción y la abrasión aumentan a medida que aumenta el índice de consistencia. En este trabajo, hemos clasificado los suelos en diez grupos basados en estas dos propiedades, y cada grupo exhibe un comportamiento diferente durante el aburrimiento. También identificamos nueve comportamientos diferentes o escenarios de peligro, que incluyen adherencia y obstrucción de suelos, abrasividad del suelo, suelos con bajo contenido fino, granos de gran tamaño, colapso e inestabilidad de túneles, fluctuación de aguas subterráneas, condiciones de cara mixta, licuefacción y movimientos del suelo. A continuación, se resumen algunos de los comportamientos o riesgos geológicos más importantes. En la construcción subterránea, la obstrucción de la maquinaria por suelos arcillosos y la ad adhe hesió siónn de las las arci arcillllas as a la supe superfrfici iciee de acer aceroo de la ma maqu quin inar aria ia pued pueden en re redu ducir  cir  significativamente la eficiencia de la máquina. La obstrucción generalmente está presente en las clases C y D. La abrasividad abrasividad de las partícul partículas as de suelo a lo largo de la alinea alineación ción de un túnel desem desempeña peña un papel clave en muchas de las decisiones importantes involucradas en la planificación, diseño diseño,, fab fabric ricaci ación ón y exc excava avació ciónn en tún túnele eless EPB EPB-TB -TBM. M. Los estudi estudios os y obs observ ervaci acione oness sugieren que la abrasión se asocia principalmente con las clases de suelo A y B. 

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Las clases A y B introducidas en este trabajo son excelentes ejemplos de suelos con bajo contenido fino. Controlar la presión de la cara durante la excavación es el principal problema en estos tipos de suelo. Los granos de gran tamaño (adoquines y cantos rodados) pueden plantear problemas importantes para los TBM de cara completa en términos de tasas de avance más bajas, daños en el cortador y desgaste abrasivo. Los resultados de este estudio indican que este potencial de peligro es mayor en las clases de suelo A y B. Se obse observ rvóó cola colaps psoo y asen asenta tami mien ento to en suel suelos os de baja baja cohe cohesi sión ón.. El riries esgo go de esta esta característica es alto en las clases de suelo A y B en condiciones apropiadas de agua subterránea. La fluctuación del agua subterránea es más probable que ocurra en las clases de suelo A y B, y a veces se observa en suelos C1. La presión de la cabeza y la cara del agua es problemática para estas clases. Las condiciones de cara mixta involucran en gran medida el contacto entre los tipos de suelo A y B. El asentamiento y el daño de la máquina son los principales problemas de aburrimiento en estas áreas. La licuefacción es un fenómeno por el cual el suelo pierde su resistencia al corte. Según los resultados de este estudio, este potencial de peligro es mayor en las clases de suelo B y C (en condiciones apropiadas). Los estudios muestran que las diferencias de comportamiento entre los tipos de suelo se basaron en el tamaño de grano, la densidad y los límites de Atterberg.

5. 33.. Cara Ca ract cter erís ístitica cass de def defor orma maci ción ón ext extre rema ma y con contrtram amed edid idas as par paraa un tún túnel el en en terr terren enos os difíciles en el sur de Shaanxi, China Jinxing Lai, Xiuling Wang, Junling Qiu, Jianxun Chen, Zhinan Hu, Hao Wang (20 8) 8) realizaron  realizaron el estudio “Características de deformación extrema y contramedidas para un túnel en terrenos difíciles en el sur de Shaanxi, China” donde se discutieron y estudiaron las características geológicas, así como las propiedades de ingeniería geotécnica en la región montañosa QB en la región sur de Shaanxi. Además, se proporcionó un estudio de caso que involucra un túnel de roca blanda y se estudió en términos del estudio geológico, es decir, características de deformación extrema y contramedidas efectivas. La racionalidad y validez de las contramedidas se verificaron sobre la base del monitoreo del túnel in situ. Las características de deformación, así como los métodos de contro controll confia confiables bles aún requie requieren ren mayor invest investigació igación. n. La experiencia exitosa de este caso puede proporcionar una referencia significativa a proyectos similares en el futuro y, según la experiencia, se pueden extraer las siguientes conclusiones: La región montañosa de QB en el sur de Shaanxi se caracteriza por una gran cantidad de zonas fuertemente compresivas y fracturas con pliegues apretados, en los que las rocas blandas están ampliamente distribuidas. Cuando se construye un túnel en esta región, pueden producirse múltiples múltip les riesgos geológ geológicos icos potenciale potenciales, s, como una deform deformación ación extrema o inclus inclusoo un colapso parcia par cial,l, deb debido ido a la activi actividad dad de con condic dicion iones es geo geológ lógica icass com comple plejas jas.. La pizarr pizarra, a, una roc rocaa metamórfica típica, con una estructura pobre y juntas bien desarrolladas, es un desafío para construir túneles. La deformación en el túnel Yingfeng se caracterizó por el hundimiento severo de la bóveda, la inestabilidad y la falla de compresión de la pared lateral, así como un colapso parcial en La masa rocosa del túnel. La velocidad máxima de desplazamiento y deformación de la región del túnel80-130 estudiada fue de 62.5 cm yde34.18 mm / día,total respectivamente. Tomó aproximadamente días completar el 90% la deformación antes del tratamiento,

 

mientras que fue aproximadamente 40-50 días después del tratamiento, la masa de roca tendió a ser esencialmente estable. La deformación deformación que ocurr ocurrió ió en el túnel de pizarr pizarraa fue notabl notable, e, como una gran deformaci deformación ón con una larga duración. En el túnel Yingfeng, la característica suave de la pizarra fue la causa principal de la deformación extrema. Mientras tanto, la acción del agua subterránea y la compleja estructura de la masa rocosa también jugaron un papel importante en la intensificación de la deformación de la masa rocosa. Las contramedidas propuestas incluyen principalmente lo siguiente: (1) refuerzo paraguasprevio; de tubería anticipada; presupuesto de Después tubería anticipada; pernolas de cartucho de y (4) perno de(2)bloqueo del pie. de llevar(3) a cabo contramedidas, la cantidad de deformación máxima y la duración de la estabilidad en la masa de roca disminuyeron significativamente, los cuales fueron aproximadamente 1 / 3–1 / 4 de los val valore oress ant antes es del tratam tratamien iento. to. Esp Especí ecífic ficame amente nte,, la con conver vergen gencia cia hor horizo izonta ntall máx máxima ima y el hundimiento de la bóveda fueron de 18.5 cm y 12.3 cm, respectivamente. Los resultados obtenidos confirmaron que las contramedidas propuestas pueden disminuir notablemente la cantidad de desplazamiento, así como la velocidad de deformación, verificando la efectividad de las contramedidas propuestas en función de las características geológicas. 5. 4. Sist Si stem emaa de de apo apoyo yo par paraa la co cons nstrtruc ucci ción ón de de tún túnel eles es en en el ár área ea de de com compr pres esió iónn del del área área montañosa de Qingling-Daba: un estudio de caso de los túneles de roca blanda Xiuling Wang, Jinxing Lai, Rodney Sheldon Garnes, Garnes, and Yanbin Luo (20 9) realizaron el estudio “Sistema de apoyo para la construcción de túneles en el área de compresión del área montañosa de Qingling-Daba: un estudio de caso de los túneles de roca blanda” donde la amplia distribución de roca blanda y estructura geológica activa en el área montañosa de Qingling-Daba trae desafíos y problemas al diseño y construcción de túneles en esta región. En este artículo se estudian cuatro túneles construidos en terreno de compresión, y se pueden sacar las siguientes conclusiones: Se estudiaron los modos de daño de la estructura y los factores que afectan a cuatro túneles de compresión con el fin de mejorar la estabilidad de un túnel excavado en asas de roca mediante el desarrollo de un sistema de soporte. Se establecen cuatro categorías de daños para la estructura de soporte a partir de las experiencias previas de los cuatro túneles del caso, es decir, caída de bloque, grieta de estructura, falla de estructura y elevación invertida. Los principales factores que afectan el daño de la estructura se identifican como la estructura de la roca, la resistencia de la roca y las condiciones del agua subterránea, que es un componente clave para el diseño de un sistema de apoyo viable y eficiente. Para el sistem sistemaa de sopor soporte te propu propuesto, esto, son neces necesarias arias medidas de soport soportee temporales para un túnel excavado en un terreno de compresión; Además, el uso de técnicas clave como medidas de soporte fuertes, FRB y una gran deformación reservada ayuda a reducir los riesgos de daños de la estructura de soporte para un túnel en terreno apretado. La eficacia del sistema de apoyo propuesto se había verificado mediante retroalimentaciones in situ y resultados de pruebas de campo presentados en el documento, que proporcionarán información útil y orientación para proyectos similares. 

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6.

COMPARACION DE 6 LAS NORMAS 6. . NOR NORMA MA PER PERUAN UANAA 1. Di Dise seño ño de So Sost sten enim imie ient nto o

 

El anil anillo lo de ro roca ca que que ro rode deaa al ú úne nell es el pr prin inci cipa pall el elem emen eno o que que pr prop opor orcio ciona na esabilidad a la excavación, por lo que el sosenimieno endrá como primera misión eviar que el erreno pierda propiedades por eeco del proceso consructvo, o incluso que las mejore. En segundo lugar, se siúa la capacidad resisene por sí misma del sosenimieno, que es muy pequeña comparada con las grandes ensiones que pueden existr en el inerior de los macizos rocosos, debido al enorme peso de las coberuras de roca habiuales. Los elemen elemenos os genera generalme lmene ne usados usados para para el sosen sosenimi imien eno o de las excava excavacio ciones nes suberráneas en roca son dos: El Concreo proyecado, simple o armado Los pernos de anclaje Ad Adem emás ás de eso esoss do doss ele eleme men nos os se usan usan o oro ross en al algu guna nass ci circ rcun uns san anci cias as,, especialmene cuando se raa de aravesar zonas de roca de mala calidad: c alidad: las cerchas meálicas, los paraguas o enflajes, chapas tpo Bernold, oros raamienos especiales: inyecciones, drenajes, ec. A contnuación, de orma resumida, se señalan las acciones más imporanes de cada uno de los elemenos esrucurales del sosenimieno de los úneles  

   

1.1. Concreto Concreto proye proyectado ctado..

El concreo proyecado tene dos eecos principales: 



Sella la superfcie de la roca, cerrando las junas, eviando la descompresión y la aleración de la roca. De ese modo el erreno puede manener, en una mayor medida, sus caracerístcas iniciales. El anillo de concreo proyecado, desarrolla una resisencia y puede rabajar como lámina, resistendo las cargas que le ransmie la roca al deormarse. También resise la carga punual ejercida por pequeñas cuñas o bloques de roca, que descansan sobre la capa de concreo. c oncreo.

1.2.. Pernos 1.2 Pernos de de Anclaj Anclaje e

Los pernos de anclaje tenen igualmene dos eecos básicos sobre la roca: Los pernos de anclaje cosen las junas de la roca, impidiendo que cuñas y bloques puedan deslizar a avor de las racuras. Generalmene la roura de un macizo rocoso se produce siempre a avor de las junas. Por ora pare, los pernos de anclaje tenen un eeco de confnamieno de la roca, acuando del mismo modo que las armaduras lo hacen denro del concre con creo. o. Gracias Gracias a ese ese eeco eeco se consig consigue ue absorb absorber er las raccio racciones nes que aparecen en el erreno, e impedir la ormación de zonas descomprimidas 



1.3. 1.3. Ce Cerc rcha hass

La cercha tene una unción resisene rabajando como un arco y colaborando con el concreo proyecado. Tiene la venaja sobre ése que su resisencia inicial ya es la defnitva, mienras que en el concreo las resisencias se desarrollan con el tempo. Ora unción de las cerchas es defnir claramene la geomería del únel, lo que ayuda

 

a conseg conseguir uir los espeso espesores res adecuad adecuados os de concre concreo o proye proyecad cado o y a eviar eviar sobre sobre excavaciones o zonas denro de gálibo. 1. 1.4. 4. Dove Dovela lass

Uno de los méodos méodos más utlizados utlizados en los últmos años en la consrucc consrucción ión de úneles úneles en suelos blandos (que no son auosoporanes), es el escudo o máquina uneladora. La venaja de esa écnica consructva es que permie ir excavando el únel mienras es colocado un revestmieno primario ormado por dovelas preabricadas que sirve como sosenimieno emporal o defnitvo a la excavación. Eso ha permitdo excavar úneles cada vez con mayor; diámero, proundidad, velocidad y precisión. Las dovelas son generalmene de concreo reorzado y se colocan gracias a una máquina peroradora que ambién se encarga de la excavación del únel. En dicha máquin máq uina, a, un elevad elevador or levan levanaa las dovela dovelass por succión succión,, que poser poserior iormen mene e son llevadas al monador, el cual a medida que avanza la uneladora va colocando las dovelas ormando así los anillos. Enre dovela y dovela se localizan junas, así como enre anillo y anillo. Cabe decir que a medida que la ecnología de las uneladoras ha ido evolucionando el sosenimieno, a ravés de las dovelas ha seguido un camino paralelo como inegrane de esa ecnología. Se inena abarcar odo tpo de siuaciones, pero en la práctca, cada únel es dierene (diámero, erreno, longiud, TBM) que hace que cada tpo de únel enga su propio sosenimieno y por lo ano un tpo dierene de dovela Podríamos defnir el sosenimieno-revestmieno de un únel ejecuado con TBM, como la yuxaposición de anillos, conormados a su vez por dovelas, que en número variable orman el perímero de la excavación 1.5. Formas Formas de Dove Dovelas las

Dependiendo direcamene de la confguración del anillo se pueden describir res tpos dierenes de dovelas, en relación a su disposición denro del anillo: 

Dovela de solera: generalmene igual que las oras, pero que por su

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disposición puede incorporar bases para la rodadura del carro del escudo y un dispositvo de desagüe. Dove Do vela la de co con nra rallllav ave: e: dove dovela la adya adyace cen nee a la de llllav ave, e, y que que debe debe adaparse por lo ano a ella, generalmene rapezoidal. Dovela de llave: aquella cuyo propósio es cerrar el anillo



1.6. 1.6. Parag Paragua uass

Los paraguas o enflajes son elemenos lineales de reuerzo previo, colocados paralelamene al únel, por delane del rene y siuados por encima de la línea de excavación. Mediane la acción de los paraguas, se puede conseguir aravesar una zona de mala calidad de roca, sin que se produzcan desprendimienos en la clave. 1.7. Chapas Chapas Bern Bernold old

Ese tpo de chapas ranuradas se usan como encorado perdido para rellenar huecos, zonas donde ha habido un desprendimieno, ec. Su buena adherencia

 

al concreo hace que puedan acuar como elemeno resisene juno con ése, además de servir de encorado perdido 1.8. Tratamiento Tratamientoss especiales especiales

Los raamienos especiales son de muchos tpos, y se utlizan para aravesar zonas de mala calidad del erreno. Enre los principales esán los siguienes: drenaj dre najes es del rene rene,, machon machones es en el ren rene, e, inyecc inyeccion iones es conven convencio cional nales, es, inyecciones mediane je-groutng, anclajes ensados, congelación, pernos de anclaje del rene, ec

6.2. NORMA AMERI AMERICANA CANA CAPITULO 7 – TUNELES EN SUELO BLANDO 7.2. COMPORTAMIENTO TERRESTRE 7.2.1. Clasifcación del Suelo Blando

Terzaghi (1950) defnió por primera vez el comporamieno del erreno blando en los úneles de erreno mediane la clasifcación Tunnelman (Tabla 7-1). También se puede di disc scut utrr en érm érmin inos os de iden identf tfca caci ción ón del del suel suelo o (p (por or a ama maño ño de par parcu cula la)) y considerando el comporamieno por encima y por debajo de la capa reátca como se resume a contnuación. Su Suel elos os cohe cohesi sivo voss y aren arena a lim limos osa a so sobr bre e la capa capa r reá eác ca a  Los suelos suelos cohesi cohesivos vos (arcillosos) se comporan como un maerial plástco dúctl que se mueve hacia el únel de una manera eóricamene uniorme. Siguiendo el ejemplo de Peck (1969) para maeriales cohesivos (arcilla) o maeriales con sufciene cohesión o cemenación para muesrear y probar la resisencia a la compresión no confnada, se puede obener una estmación del comporamieno del suelo en úneles a partr de ecuación:

Donde Ncri es el acor de esabilidad, P z es la presión de sobrecarga en la línea cenral del únel, Pa  es el presión presión inerior uniorme uniorme equivalene equivalene aplicada a la cara (como por senos o aire comprimido), y S u es el resisencia al cizallamieno no drenada (defnida para ese propósio como la miad de la resisencia a la compresión no confnada).

 

7.2.2. Cambios de Equilibrio durante la Construcción

La excavación de una aberura de únel de suelo blando y la poserior consrucción de sopores cambian las condiciones de ensión para el únel y el medio circundane. Esos cambios pueden ser contnuos o en eapas. Una comprensión de las deormaciones asociadas con esos cambios es necesaria para comprender el comporamieno de los sopores de únel. El esado del medio anes de la excavación de un únel esá equilibrio en un campo de gravedad. El proceso de unelización evoca nuevas condiciones de equilibrio que cambiarán durane las diversas eapas de la consrucción de úneles y sopores hasa que se alcance un equilibrio fnal. En ese quilibrio fnal, odos los cambios en la ensión y la ensión alrededor de la aberura del únel cesan y se esablece una nueva condición de equilibrio. 7.2.3. La inuencia del sistema de soportes en condiciones de equilibrio

La mayoría de las aberuras de úneles son compatbles en alguna eapa de la consrucción. El comporamieno de la aperura de un únel y un sisema de sopore depende del tempo y la orma de la colocación del sopore y sus caracerístcas de deormación. Las razones para brindar apoyo son múltples. Algunas veces se requiere sopore para la capacidad de aperura inmediaa de la aberura. Puede suminisrarse incluso anes de la excavación, por ejemplo, mediane presión de aire, embutción o mejoras en el suelo. En esas circunsancias, la ineracción enre el medio y el agene de sopore comienza durane o anes de la excavación. Cuando se usa un escudo para sopore inmediao, se erige un revestmieno denro del escudo, y el vacío anular despejado por el empuje del escudo se llena al menos parcialmene con gravilla y / o lechada. El revestmieno puede ser un sopore permanene que consise, por ejemplo, en segmenos de hormigón preabricado. Alernatvamene, puede ser uno relatv relatvame amene ne exib exible le en el que poser poserior iormen mene e se consr consruir uiráá un revest revestmie mieno no permanene más rígido. En ese caso, se deben considerar al menos res condiciones de equilibrio dierenes.

 

Los procedimienos para el análisis y el diseño de los sopores de úneles se simplifcan necesariamene, pero deben basarse en las consideraciones de equilibrio y deormaciones resumi res umidas das aneri aneriorm ormen ene. e. Además Además,, una serie serie de acor acores es que no esán esán dir direc ecame amene ne relacionados con la ineracción enre un sisema de sopore y el medio son signifcatvos en el diseño real de los sopores. Tales acores, que se raan en la siguiene sección, a veces incluso anulan las consideraciones de ineracción esrucural”. (Después de Deere, 1969). 7.3. METODOS DE EXCAVACION 7.3.1. Tunelización con escudo En general, los túneles de suelo blando no se hicieron viables hasta la introducción del escudo esc udo del túnel túnel  (acred (acredia iado do por Sir Marc Marc Brunel Brunel), ), a excepc excepción ión de pequeñ pequeñas as aberu aberuras ras

excavadas a mano en errenos blandos y algo más grandes en rocas suaves. Brunel escribió: " The grea desideráum” (sic) consise, por lo ano, en enconrar medios efcaces para abrir el suelo de al manera que no se exravíe más terra de la que debe llenar el caparazón o el cuerpo del únel y que el rabajo será eecuado con cereza” (Copperhwaie, 1906). En oras palabras, nunca se abra más de lo necesario, se puede excavar rápidamene y se puede soporar rápidamene. Brunel paenó un escudo circular (Figura 7-1) en 1818 que ue descrio por Copperhwaie (1906) como cubriendo "cada desarrollo poserior en la consrucción y uncionamieno de escudos de úneles".

A partr de fnales de los años 60 y principios de los 70, comenzó la incorporación de las máquinas excavadoras denro de los escudos circulares, de ahí el érmino escudo excavador (Figuras 7-2 y 7-3).

 

 

Figure 7-2 Digger Shield wih Hydraulically Operaed Breastng Plaes on Periphery o Top Heading o Shield used o Consruc Transi Tunnel. Sin embargo, las máquinas de proección de excavadoras con demasiada recuencia uvieron malos resulados y generalmene no ueron satsacoria.

  Figure 7-3 Cross-section of Digger Shield 7.3.2 Máquinas peroradoras de túneles para el equilibrio de la presión de la erra y la pantalla acial

Como puno de inexión en el desarrollo global de equipos de úneles, se exporaron a Japón escudos de úneles de suelo blando equipados con excavadoras de ruedas. El desarrollo adicional de las máquinas de úneles de suelo blando ue plano en los EE. UU. Durane muchos años, sin embargo, Japón omó una buena idea, invirtó ueremene en el desarrollo de equipos y en una década más o menos exporó méodos de úneles muy mejorados a los EE. UU. uneladoras de cara a presión. Así, a medida que el únel de suelo blando en los EE. UU. se fjó con el únel de escudo radic ra dicion ional, al, los japone japoneses ses,, los europe europeos os (leyer (leyeron on que los aleman alemanes) es),, los bri brián ánico icoss y los canadienses desarrollaron dos máquinas "modernas": la earh pressure balance machine (EPB) y la Slurry Face Machine (SFM) que ambién se resumen en la Tabla 7-4 (ambién Figura 7-4 a Figura 7-7).

Figure 7-4 Earh Pressure Balance Tunnel Boring Machine (EPB) (Lova).

 

Figure 7-7 Simplifed Cross-secton o Slurry Face Tunnel Boring Machine (SFM) (rom Herrenknech).

 

7.3.3 Elección entre máquinas: Earth Pressure Balance Machines y Slurry Tunneling Machines

La elección del tpo de máquina de únel de cara cerrada y sus insalaciones es una decisión crítca en un proyeco de únel de erreno blando. Esa decisión se guiará por una evaluación exhaustva de los tpos y condiciones del erreno que se enconrarán y por muchos oros aspecos. Oros aspecos que inuirán en la elección incluyen la experiencia partcular del conratsa del proyeco, la logístca y la confguración de las obras, y los requisios del conrao como un medio para garantzar que se cumplan las especifcaciones mínimas del cliene. La elección inicial se guía por reerencia a la envolvene de nivelación de los suelos a ser excavados. Dado que es probable que la geología caiga en más de un sobre, la elección fnal puede requerir un ciero grado de compromiso o desarrollo de un sisema TBM de modo abiero / cerrado de modo dual o un sisema de suspensión doble / EPB. Revisión de los tpos de terra En muchas unidades de únel, las condiciones enconradas a lo largo de la rua pueden variar signifcatvamene con la consiguiene necesidad de especifcar un sisema capaz de manejar manejar el rango compleo compleo de condiciones condiciones esperadas. esperadas. Las máquinas de úneles de cara cerrada se pueden diseñar y abricar para hacer rene a una variedad de condiciones del erreno. Algunas máquinas son capaces de manejar muchas o odas esas condiciones antcipadas con un grado limiado o reconfguración para una operación efciene. Ha habido varios inenos de clasifcar el rango naural de las caracerístcas del erreno blando desde des de la perspe perspectv ctvaa del uneli unelizad zador. or. Ese Ese rabaj rabajo o ue resumi resumido do más recien recienem emen enee por Whiaker y Frih (1990) y la siguiene caegorización se basa en pare en su rabajo. Consise en ocho caegorías de comporamieno sico del erreno que pueden observarse denro del rango de excavación del únel de erreno blando. Las caracerístcas se resumen en la Tabla 75. Cada uno de esos puede esar asociado con c on tpos partculares de suelos. Crierios de selección basados en la disribución del amaño de parcula y la plastcidad Un SFM es ideal en suelos granulares suelos con capacidad de agua que se separan ácilmene en la plana de separación. Por el conrario, los SFM tenen problemas para lidiar con arcillas y algunos limos. Si la cantdad de fnos (parculas menores de 60 mm o que pueden pasar a ravés de un amiz de 200) esEn superior al 20%, enonces el uso dedeunseparar SFM seelvuelve aunque no en se descara. esa siuación, será la difculad bon cuestonable, excavado de la lechada, lugar de la operación de la TBM, lo que probablemene aece de manera crítca el programa del conrao y el coso operatvo. Un EPBM uncionará mejor donde el suelo es limoso y tene un alo porcenaje de fnos, lo que ayudará a la ormación de un apón en el ransporador de ornillo y conrolará las enradas de agua suberrán suberránea. ea. Un conenido conenido de fnos inerior inerior al 10% puede ser desavora desavorable ble para la aplicación de EPBM. Para un EPBM, los cosos de raar con un suelo pobremene califcado o sin fnos fnos se utliza utlizarán rán en mayor mayor medida medida con acondi acondicion cionado adores res y posibl posibleme emene ne,, en caso caso exremo, el uso de dispositvos de desplazamieno positvo, como alimenadores roatvos o descargadores de pisón, en el puno de descarga del ransporador de ornillo para manener las presiones EPB. Las arcillas de con"bola" un índice de plastcidad (PI) en más ("arcillas adhesivas") provocar problemas y mayores problemas la alo plana de separación parapueden SFM. Del mismo

 

modo, esos maeriales pueden ser problemátcos para EPBM donde se requiere aención en la selección de los agenes acondicionadores más apropiados.

 

6.3.

NOR NO RMA BR BRASILERA

1. Di Dise seño ño de So Sost sten enim imie ient nto o

Los úneles en los macizos rocosos generalmene se diseñan utlizando méodos NATM y NMT, enre oros Los úneles en rocas blandas o masas de suelo generalmene se consruyen utlizando méo mé odo doss co cons nsr ruc ucci ción ón parc parcia iall o excav excavac ació ión n por por ase ases, s, y se cu cubr bren en co con n horm hormigó igón n proyecado. En Brasil, ese méodo ambién se llama NATM, pero puede recibir oras nomenclauras como SCL o SEM. El méodo de consrucción esá ueremene, inuenciado por las dimensiones del únel, las dimensiones del equipo, el mecanismo de ranserencia de carga de la esrucura y el comporamieno y la esabilidad del macizo al rene de la excavación Por lo ano, los esudios deben ener en cuena los diversos eecos y mecanismos que ocurren en el rene de excavación, como Equilibrio de la esrucura, sopore, para cada ase de consrucción, hasa que se complee. Formación de echos locales y mecanismos ronales Formación de mecanismos globales Eecos ridimensionales de las ases de consrucción Eecos ridimensionales de la deormación y disribución de la carga del macizo debido a la desviación del rene y el eeco de arquear el macizo Variación en el módulo de rigidez y resisencia del hormigón proyecado a bajas edades Ciclos de servicio ejecutvo debido al desarrollo de resisencia y rigidez de los maeriales 

  







2. Método Método Con Constr struc ucvo vo de Túnele Túneles. s. 2.1. Nuevo mét método odo Austriaco Austriaco de construcción construcción de túneles túneles -NATM

La so soci cied edad ad de inge ingeni nier ería ía aus ausri riaca aca defn defnee el érm érmin ino o NATM NATM co como mo:: méo méodo do de consrucción de úneles en el que el macizo alrededor del únel se inegra en el sopore, ormando un gran anillo cerrado y, por lo ano, ormando pare de la esrucura de sopore. En la comunidad écnica, el érmino NATM se usa comúnmene para identfcar úneles ejecuados en eapas con revestmieno de hormigón proyecado. 2.2. Métod Método o Noruego Noruego de Túneles-NMT Túneles-NMT

Término utlizado para identfcar el méodo de ejecución, diseño y desarrollo noruego para úneles excavados en macizos rocosos. En ese méodo, se considera que la esrucura ormada por el macizo y los lazos para los bloques esabilizadores es defnitva. 2.3. Reves Revesmiento miento de hormigón hormigón proyectado proyectado (SCL) o método de excavación secuencial secuencial (SEM)

Término propueso por auores inernacionales para nombrar los úneles ejecuados con sopore o recubrimieno en hormigón proyecado en macizos sólidos

 

3. Soporte, Soporte, tratamiento tratamiento y servicios servicios técni técnicos cos auxiliar auxiliares. es.

Lo Loss so sopo por res es esá esán n compu compues eso oss por por un co conj njun uno o de el elem emen eno oss esr esruc ucu ura rale less o consructvos, que se aplican anes o inmediaamene después de las excavaciones y que mantenen la cavidad del únel abiera hasa que se realiza el recubrimieno fnal. Enre los elemenos que generalmene se utlizan para soporar macizos con tempo de espera sufciene para su aplicación se encuenran:     

Revestmieno de primera ase en hormigón proyecado Cigüeñal Malla de alambre Pernos de anclaje de roca Elevadores de roca sólida

Como la ejecución del sopore, en general, requiere un ciero inervalo de tempo para su aplicación y para la adquisición de resisencia, es necesario que el macizo recién excavado e eng ngaa un temp tempo o de so sopo por ree co comp mpat atbl ble. e. Cu Cuan ando do la auo auosu sufc fcie ienc ncia ia del del maci macizo zo es insufciene, el sopore debe complemenarse con raamienos previos del macizo Enre los maeriales y elemenos utlizados para el ramaieno del macizo, solos o junos, se encuenran: Ganchos delaneros 





Inyecciones químicas en el macizo Consolidaciones macizas

Enre los sisemas écnicos auxiliares esa: Reducir el nivel reatco Drenajes subhorizonales.  

6.4. NORMA MEXIC MEXICANA ANA 2. Si Sist stem ema ad de e Sos Soste teni nimi mien ento to 2.1. Generalidad Generalidades es y Defni Defniciones ciones 2.1.1. Generalidad Generalidades es

Se entende como sosenimieno el conjuno de elemenos esrucurales que se colocan durane la excavación de una obra suberránea y que tene como objetvo conribuir al equilibrio del enorno cercano a la cavidad. Juno con la excavación, a la que va esrechamene ligado, el sosenimieno orma la “espina dorsal” de una obra suberránea, y de ambos dependen de manera sobresaliene la seguridad y la economía. Es imporane señalar que el sosenimieno puede esar íntmamene relacionado con el acabado fnal, ya que, en ocasiones se le concibe como pare del revestmieno defnitvo, el cual se expone en el capíulo 9, de orma que se recomienda que en el pres presen ene e capí capíu ulo lo se co cons nsid ider eree la posi posibi bililida dad d de di dise seña ñarl rlo o co como mo un si sis sem emaa esrucural permanene. 2.1.2. Defnicione Defnicioness

Para eviar los errores picos que se comenen en la redacción de proyecos y durane la consrucción de úneles, en ese aparado se incluyen algunas defniciones

 

de ales elemenos, así como de las acciones undamenales relacionadas con esos rabajos. Soportar: so (de abajo) + porare (porar, llevar). Recibir, cargar, entbar, apunalar, ademar, ec., el erreno, roca o suelo que circunda una excavación suberránea. Sostener: sus (desde arriba) + enire (asir, sujear, prender). No colapsarse, no caer, permanecer en su sito; en reerencia ambién a la roca o suelo que circunda la excavación. Estable se aplica al erreno en orno al únel cuando ése ya no se deorma, ni se

agriea ni mucho menos se colapsa, o cuando sus velocidades de deormación son despreciables. Estabilizar: propiciar que se esablezca el equilibrio, usualmene mediane acciones de consolidación y drenaje. Consolidar: Dar frmeza y solidez al erreno. Reorzamiento:  acción y eeco de reorzar; es la acción de inroducir elemenos es esr ruc ucu ura rale less en el err erren eno, o, ale aless que, que, rab rabaj ajan ando do en in ine era racci cción ón co con n él él,, le proporcionen una mayor rigidez y capacidad de carga. 2.2. Tipos y Clasifca Clasifcación ción de Sostenim Sostenimiento iento 2.2.1. Concepto de auto-sostenimiento o auto-soporte

Al hacerse el proyeco proyeco de un únel, y al esudiarse esudiarse las condicione condicioness de la excavación excavación (dimensiones, propiedades, nauraleza, medio, ec.), es primordial deerminar, para la economía de la obra, si el erreno alrededor de una excavación suberránea es capaz de desarrollar, gradualmene y de orma auógena, su propio equilibrio. Por ora pare, si las condiciones de la obra y su seguridad no permien esperar a que eso ocurra, el desarrollo de la esabilidad de la excavación deberá ser proporcionada por las medidas adopadas por el proyectsa y el consrucor a ravés de écnicas de es esa abi bililiza zaci ción ón (o co cons nsol olid idaci ación ón), ), so sopo por ree o reo reorz rzam amie ien no, o, modi modifca fcand ndo o y complemenando la capacidad naural del erreno para avorecer el equilibrio y por ende la seguridad. 2.2.2. Tipos de Sostenim Sostenimiento iento

Esabiliz Esabi lizar ar (conso (consolid lidar) ar) y reorz reorzar ar son accion acciones es di diere erene nes, s, aunque aunque con eec eecos os parecidos, parec idos, que recuene recuenemen menee se raslapan raslapan y habiualme habiualmene ne llegan llegan a conundirs conundirse. e. Cuando se esabiliza o consolida el enorno de una excavación, se acúa por medios artfciales (inyecciones, presuerzo, drenaje, congelamieno, concreo lanzado, ec.) que de alguna orma modifcan ano las propiedades como el esado de esuerzos del erreno; es decir, aumenan su rigidez y su resisencia, modifcan avorablemene el campo campo ensio ensional nal y avore avorecen cen el conac conaco o enre enre discon discontnu tnuida idades des exise exisene nes; s; mienras que cuando se reuerza el enorno, sólo se agregan al erreno elemenos resisenes de sosenimieno. Los elemenos elemenos más comunes de sos sosenimi enimieno, eno, y que se esudian esudian en los siguienes siguienes aparados, son: • Concreo lanzado. • Anclas comunes de ricción. • Barras de acero de reuerzo adheridas. • Pernos de sujeción de grandes bloques. • Marcos meálicos. • Marcos de celosía (marcos noruegos).

 

• Sisemas de enflaje ronal. • Barras de fbra de vidrio. Esos elemenos, que no modifcan las propiedades ni el esado de esuerzos del erreno, solamene acúan cuando el medio que circunda la excavación tende a deormarse o cuando bloques o masas de roca aojadas tenden a separarse y caer. 2.2.3. Clasifcación Clasifcación de Sostenimiento Sostenimiento

Co Con n la ine inenc nció ión n de incl inclui uirr la mayo mayorí ríaa de lo loss si sis sem emas as de so sos sen enim imie ien no o que que comúnm com únmen enee son utliza utlizados dos en excava excavacio ciones nes suber suberrán ráneas eas,, y para para cubrir cubrir en su oalidad las unciones de cada uno, se propone la siguiene clasifcación: • Sopore convencional o esrucural. Se refere a anillos, marcos, dovelas, ecéera. • Sosenimieno inducido por esabilización o consolidación. Incluye las inyecciones, la congelación, concreo lanzado, ec. • Sosenimieno pasivo o por reorzamieno de la masa. Tales como anclas comunes de ricción, barras adheridas, concreo lanzado, segmenos de marcos, marcos de celosía (noruegos), ec. El concreo lanzado es un sisema muy versátl. Puede cumplir las unciones ano de un si sis sem emaa esa esabi bililiza zado dor, r, como como de uno uno de reo reorz rzam amie ien no o y, en co cond ndici icion ones es partculares, las de un sopore esrucural. Exisen oros sisemas que ambién tenen la capacidad de cumplir simuláneamene con las uncion unciones es de esabi esabiliz lizaci ación ón y reorz reorzami amien eno. o. Como Como ejempl ejemplo o podemo podemoss mencionar el de los denominados marchiavant, en sus diversas modalidades, que abarcan desde simples barras o perfles laminados en caliene coros que se colocan anes de un avance, con los que se orma una corona proecora, hasa ubos perorados largos, que se colocan en posición similar y se inyecan para esabilizar el erreno y crear una visera proecora para varios avances consecutvos. Ese sisema ambién es conocido con el nombre de enflaje ronal o “paraguas”. 2.3.. Concre 2.3 Concreto to Lanzad Lanzado o 2.3.1. Generalidad Generalidades es

Según el ACI (American Concree Instue), el concreo lanzado es aquel que se ransp ra nspor oraa a ravés ravés de una mangue manguera ra y es proye proyecad cado o neumát neumátcam camen enee a ala ala velocidad sobre una superfcie. Dicha superfcie puede ser concreo, piedra, erreno naural, mamposería, acero, madera, poliestreno, ec. A dierencia del concreo convencional, que se coloca y luego se compaca (vibrado) en una segunda operación, el concreo lanzado se coloca y se compaca al mismo tempo, debido a la uerza con que se proyeca desde la boquilla. La mezcla podrá conener los aditvos que sean necesarios. 2.3.1.1.. Concreto 2.3.1.1 Concreto lanzad lanzado o reorzado reorzado con malla electrosoldad electrosoldada a

Cuando el concreo lanzado, reorzado con malla elecrosoldada, se somee a esuerzos de ensión o de core imporanes, ése se fsura o se rompe. Sin embargo, la liga que exise enre el concreo sin fsurar y el acero permie que haya una ransmisión de cargas gracias a los eecos de la adherencia. De manera que la capacidad para resistr esuerzos de ensión y de core aumena considerablemene. 2.3.1.2.. Concreto 2.3.1.2 Concreto lan lanzado zado reorzad reorzado o con fbras fbras

 

a) Consideraci Consideraciones ones generales generales para para la selecció selección n de fbras

En un concr creeo armado con con fbras, ésas se disribuyen uniormemene en la masa y conribuyen a repartr y ransmitr los esuerzos provocados por las deormaciones cuando el concreo se agriea, de manera que las fbras solo son útles si se presena agrieamie agrie amieno no en el concreo. concreo. Sin embargo, embargo, el agrieamien agrieamieno o puede puede presen pre senar arse se en el concre concreo o en di diere erene ness eapas eapas de la vida vida del maerial. Se pueden presenar desde los primeros momenos, juso después del colado, hasa en edades muy avanzadas. las fbras sinétcas tpo micro son efcienes como reuerzo durane la conracción plástca del concreo y como reuerzo para eviar desprendimienos de secciones de concreo en caso de incendios. Las fbras de polipropileno tpo macro, son recomendables como reuerzo del concreo rene a los eecos de la emperaura, durane la ransporación y el manejo del concreo resco, y como reuerzo de elemenos no poranes. Además, pueden utlizarse en sosenimi sos enimienos enos emporales emporales que permian permian grandes grandes deormacion deormaciones. es. Por su pare, las fbras meálicas, además de ener las caracerístcas paraa dar las mismas par mismas presa presacio ciones nes que las fbras fbras sinét sinétcas cas,, son ef efci cien ene ess para para el con conr rol ol del del ag agri rie eam amie ien no o y co como mo reu reuer erzo zo esrucural, además de mejorar la capacidad del maerial rene a los eecos de atga e impaco. b) Fibr Fibras as metá metáli lica cass

La presencia de esos elemenos meálicos en la concrea mejora sus pr prop opie ied dad ades es mecán ecániicas, cas, di dissminu minuyyend ndo o su ra ragi gillid idad ad y su permeabilidad, a la vez que aumena su ductlidad, su resisencia al impaco y su durabilidad. La dosis de fbras meálicas varía según el caso y en el proyeco deberá justfcarse con una noa écnica. Se recomienda que esé enre los 20 y los 60 kg/m3, siendo habiuales cantdades en orno a los 30 o 40 kg/m3. En lo reerene a la puesa en obra, en érminos práctcos, solo se recomienda usar fbras meálicas cuando se utlice la écn écnic icaa de la vía vía húme húmeda da,, ya que que la di difc fcul ula ad d para para mezc mezcla larr adecuadamene las fbras en la vía seca puede provocar un eeco de reboe reb oe excesi excesivo. vo. Cuando Cuando se utlice utlice esa esa écnic écnica, a, deberá deberá ener enerse se cuidado con el conrol de la orma, el espesor de las capas y la calidad fnal de la consrucción. Se recomienda ener en cuena en los cosos de ejecución el aumeno en el gaso de mangueras, boquillas, ec., ya que suelen surir mayor desgase. Para el diseño esrucural la resisencia a la compresión simple del concreo lanzado reorzado con fbras será muy cercana a la del concreo lanzado simple. c) Fib Fibra rass sin sinté téca cass

Tienen la virud de mezclarse ácilmene con la pasa del concreo y no quedan suspendidas en el aire durane el lanzado, al incluirlas en la mezc mezcla la las las pr prop opie ieda dade dess de dell co conc ncre reo o mejo mejora ran n ren rene e al agrie agr ieami amien eno. o. Ora Ora cualid cualidad ad que orece orece la presen presencia cia de fbras fbras sin sinét étca cass en el co concr ncre eo o es que que resu resul lan an bené benéfc fcas as en ca caso so de

 

incendio. Cuando las fbras se derrien aumena la porosidad en el concreo gracias a los vacíos que esas dejan, lo que avorece su resisenci resis enciaa rene rene al uego. uego. Asimismo, Asimismo, las fbras de polipropile polipropileno no no suren sur en proceso de oxidación oxidación y orecen orecen buena esabilidad esabilidad rene a la mayoría de los aaques químicos conocidos. Así, con su utlización, se mejora de manera eectva la durabilidad del elemeno. 2.3.2. Ventajas del concreto concreto lanzado y requerimientos de diseño diseño 2. 2.3.2 3.2.1 .1.. Ve Vent ntaja ajass

• Es un maerial que, en espesores imporanes, puede adquirir caracerístcas esrucurales y usarse como sisema de sopore defnitvo. • Puede ser aplicado cómo y cuándo sea necesario y en casi cualquier perfl o superfcie de excavación. • Cuando se proyeca, su exura es suave pero rápidamene adquiere rigidez y resisencia, dándole al erreno una esabilidad superfcial (resisencia de “piel”) que va mejorando con el tempo. Eso ayuda a conrolar las deormaciones, pero a la vez permie la redisribución ensional en el cuerpo de la excavación. • Exise la posibilidad de mecanizar el proceso de lanzado, con el que se aumena la seguridad durane la ejecución de los rabajos. 2.3.2.2.. Requerimie 2.3.2.2 Requerimientos ntos de diseño

Por oro lado, la composición de la mezcla de concreo deberá esar diseñada para que: • Pueda ser ransporada hacia la boquilla de la manguera y proyecada con el mínimo esuerzo. • Se adhiera a la superfcie excavada, sopore su peso propio y las cargas del erreno mienras se endurece. • Alcance los requerimienos de resisencia y durabilidad para los que ue diseñado en un plazo de mediano a largo. Se recomienda que los espesores de cada capa esén comprendidos enre los 5 y 10 cm, para eviar problemas de adherencia y que, en caso de ser concebido como revestmieno defnitvo, su espesor oal no sea inerior a los 10 cm ni supere los 40 cm. 2.3.3. Sistemas Sistemas de Aplica Aplicación ción

Exisen dos sisemas para proyecar el concreo: a) La vía seca,  que es un sisema en el que los componenes de la mezcla (agregados y cemeno) se mezclan previamene mienras que el agua y el aditvo acelerane de raguado se incorporan en la boquilla de salida en el momeno de la proyección. b) La vía húmeda, que es un sisema de proyección del concreo en el que odos los compones de la mezcla han sido amasados previamene (agregados, cemeno, agua, aditvos superplastfcanes, ec.). Únicam Úni camen ene, e, el aditvo aditvo aceleran acelerane e de ragua raguado do se incorp incorpora ora a la mezcla mezcla en el disribuidor. 2.3.4. Propiedade Propiedadess de los materiales materiales 2.3.4.1 2.3. 4.1.. La mezcl mezcla a de con concre creto to

 

Las propiedades y caracerístcas del concreo deberán seguir los lineamienos de las Normas Normas Técnica Técnicass Comple Compleme mena naria riass Para Para Diseño Diseño y Cons Consruc rucción ción de Esrucuras de Concreo (NTC-RCDF) y de la N-CMT-2-02-005/04. En esas normas se menciona que el concreo de resisencia normal empleado para fnes esrucurales, de acuerdo con su unción, puede ser de dos clases: Clase 1, con peso volumérico en esado resco comprendido enre los 21.6 kN/m kN/m³³ (2 (2.2 .2 / /m³ m³)) y lo loss 23 23.5 .5 kN/m kN/m³³ (2.4 (2.4 / /m³ m³), ), co con n una una resi resis sen encia cia a la compresión, ’c, de por lo menos 25.5 N/mm2 (250 kg/cm2). Clase 2, con peso volumérico en esado resco comprendido enre 18.6 y 21.6 kN/m³ (1.9 y 2.2 /m³), con una resisencia a la compresión inerior a ’c= 25.5 N/mm2 (250 kg/cm2) pero no menor de ’c= 20.4 N/mm2 (200 kg/cm2). 2.3.4.2 2.3. 4.2.. Malla Malla ele electr ctroso osoldad ldada a

La malla elecrosoldada deberá cumplir con las normas NMX-B-253, NMX-B290, ASTM A-185 y ASTM A-496. Según la NMX-B-253, el maerial se debe apegar a los requisios de ensión indicados en la Tabla 1.1, basados en el área nominal del alambre.

Tabla 1.1. Caracerístcas mecánicas de malla elecrosoldada.

2.3.4.3 2.3. 4.3.. Fibras Fibras de acer acero o

Según algunas normatvas inernacionales, como la ASTM A820 y la EHE-08, las fbras de acero de reuerzo para concreo hidráulico se clasifcan en relación a su proceso de abricación: • Tipo I: Conormadas en río (reflado) • Tipo II: Fabricadas en base a especifcaciones partculares defnidas en un documeno de cálculo (deberá ser aprobado por la SCT). • Tipo III: Exruidas en caliene. • Tipo IV: Rebabas produco del maquinado de piezas de acero. • Tipo V: Conormadas en rio y modifcadas. Según el ACI 544.1R-96, Sae o he Ar Repor on Fiber Reinorced Concree, las caracerístcas más imporanes que una fbra de acero debe ener son: resisencia, rigidez y adherencia con el concreo. con creo. En la ASTM A 820, Sandard Specifcaton or Seel Fibers or Fiber-Reinorced Concree, se esablecen la resisencia mínima a la racción y los requerimienos que deben cumplir las fbras de acero sujeas a esuerzos de exión, así como las olerancias de longiud, diámero (o diámero equivalene) y relación de esbelez según el tpo de fbra. Además, las fbras deberán cumplir con la ASTM C 1116 (Tipo I). 2.3.4.4 2.3. 4.4.. Fibras Fibras Sint Sintéc écas as

Las fbras sinétcas de uso más generalizado son las de polipropileno. Las propiedades mecánicas de ese polímero ermoplástco varían en unción del abricane, pero oscilan enre los valores que se muesran en la Tabla 1.2.

 

Tabla 1.2. Propiedades mecánicas de las fbras de polipropileno virgen (homopolímero). Diversas uenes.

2. 2.3.4 3.4.5 .5.. Adi Adivo voss

Se recomienda ener en cuena aspecos clave que son específcos de cada obra, como son la disancia y el tempo de ranspore de la mezcla hasa los dierenes renes de excavación, o el rango de emperauras a considerar durane el curso de los rabajos. Algunos de los aditvos más comunes son: • Superuidicante:  Uno de los aditvos más imporanes en la mezcla de concreo lanzado es el superuidifcane o superplastfcane. Su unción es reducir la cantdad de agua de la mezcla y rerasar el raguado para que esa enga una consisencia adecuada al momeno de su colocación. • La microsilica mejora la calidad del concreo lanzado. Por ora pare, su uso requiere de mayor demanda de agua, o de aditvos plastfcanes, o de ambos, en la mezcla. • Acelerantes: Se recomienda el uso de aceleranes libres de álcalis, ya que se ha demosrado que los aditvos aceleranes que contenen alos niveles de ese compue com pues so o químic químico o resul resulan an conra conrapro produc ducen enes es para para la resis resisenc encia ia del co conc ncre reo o a larg largo o plaz plazo. o. Ademá Ademáss de lo ane aneri rior or,, lo loss ál álca caliliss resu resul lan an muy muy peligrosos y dañinos a la salud de los rabajadores. • Lignosulatos: Es imporane ener especial cuidado con el uso de aditvos plastfcanes basados en lignosulonao ya que, aunque se utlice en pequeñas cantdades, cuando se combina con oros aditvos puede provocar un reraso en el raguado de la mezcla por su incompatbilidad con los aceleranes. 2.3.5. Dosifcaciones picas para el concreto lanzado

Las dosifcaciones de los concreos tenen la fnalidad de enconrar las proporciones en las que hay que mezclar el cemeno, los agregados, el agua y los aditvos para obener oben er mezclas mezclas con deerminadas deerminadas caracerístcas caracerístcas de consisen consisencia, cia, compacidad, compacidad, resisencia, durabilidad, ec. Según la publicación Túneles y Obras Suberráneas (2010) de la empresa Sika, la relación agua/ cemeno de los concreos lanzados se rige por las mismas leyes que para los concreos radicionales (0,36-0,55), y esá ueremene relacionada con las variaciones del módulo de fnura de los agregados (2,49 para agregados fnos a 3,26 para los gruesos). En el caso de la aplicación de la mezcla por la vía húmeda, se recomienda una relación agua/cemeno menor de 0,45 para que los aditvos aceleranes de raguado uncionen correcamene. La relación agua/cemeno por peso (A/C) es uno de los parámeros más imporanes de diseño del concreo lanzado. A contnuación, se muesra a modo orienatvo un rango de valores.

 

Tabla 1.3. Relación agua/cemeno rene a resisencia. Túneles y Obras Suberráneas, Sika, 2010.

2.3.6. Equipos Equipos de lanzado lanzado 2.3.6.1.. Aplica 2.3.6.1 Aplicació ción n manu manual al

En la selección de los equipos, deberán considerarse ambién las capacidades de los dispositvos complemenarios según el caso. Esos suelen ser: • Mangueras y conexiones. • Dosifcadoras de mezclas. • Bandas ransporadoras para la alimenación del equipo de lanzado. • Plana de abricación de concreo insalada in siu, camiones revolvedora o revolvedoras manuales de pequeñas dimensiones. • Brazos elescópicos y sus vehículos poradores. • Andamios y/o plaaorma de elevación. • Equipo Equipo de seguri seguridad dad:: casco, casco, lenes lenes,, boas, boas, mascar mascarill illa, a, guane guanes, s, arnés, arnés, proección auditva. • Ac Acce ceso sori rios os y he herr rram amie ien nas as:: acer acero o de re reu uer erzo zo co como mo va vari rill lla, a, mal alla la elecrosoldada o fbras, anclajes, reglas para emparejar y corar, alambre, llanas, planas, cucharas, ec. 2.3.6.2 2.3. 6.2.. Robots Robots de de lanzad lanzado o

El uso de robos no necesariamene irá ligado a un incremeno en la calidad de los rabajos de lanzado. Es por eso que, para garantzar la calidad del produco colocado, se debe conar con operarios capaciados. Sin embargo, las venajas que orece orecen n esos esos equipo equiposs son de consid considera eració ción. n. Enre Enre ellas ellas se pueden pueden mencionar: un mayor rendimieno en la colocación de concreo; ahorro en mano de obra; eliminación de plaaormas y andamios durane los rabajos de lanzado (ya que el alcance del brazo robotzado es mayor); disminución del reboe y un imporane incremeno en la seguridad de los rabajadores ya que el operario puede dirigir la maquinaria desde una posición segura. 2.4. Anclas Anclas Tensadas Tensadas y Anclas Anclas de Fricción Fricción 2.4.1. Introducció Introducción n

Las barras de reorzamieno no ensadas y adheridas al erreno en oda su longiud, para fnes de ese Manual, a partr de ahora se denominarán “anclas de ricción”1 o “anclas pasivas” y a las ensadas “anclas actvas”. Las anclas (ensadas o de ricción), pueden disponerse en la excavación en res modali mod alidad dades; es; en una se coloca colocan n barras barras punua punuales les de acuerd acuerdo o con neces necesida idades des específcas de sosenimieno de bloques aislados que tendan a caer; en ora, el espaciamieno y la dirección se fjan de acuerdo con la orienación de planos de di disc scon ontn tnui uida dad d a r rav avés és de lo loss cu cual ales es pudi pudier eran an desl desliz izar ar cu cuña ñass o bl bloq oque uess poencia en cialme lmene ne inesa inesable bles; s; en la ercer erceraa se sig siguen uen paron parones es de espacia espaciamie mieno noss preesablecidos en las dos direcciones (generalmene al resbolillo) y se les oriena en dirección perpendicular a la superfcie excavada y (Figura 1.1).

 

Figura 1.1. Distnos esquemas de anclaje: a) punual: b) orienado; c) radial.

2.4.2. Ventajas Ventajas de ulización ulización

• La ineracción enre el erreno o macizos rocosos y los anclajes es mucho más rá rápi pida da y dire direc caa qu quee la ine inera racc cció ión n en enr ree el err erren eno o y o oro ross si sis sem emas as de sosenimieno. • Durane la obra, los procedimienos de peroración, colocación y, cuando aplique, de inyección de los anclajes y lechadas, se pueden mecanizar y hasa auomatzar. • Con ese sisema de sosenimieno la sobre-excavación tene menor impaco. • Represenan un sisema seguro ane el deslizamieno y caída de bloques siempre y cuando las soliciaciones de carga no excedan su límie de resisencia. 2.4.3. Sistemas Sistemas de anclaje por ric ricción ción 2.4.3.1.. Elemen 2.4.3.1 Elementos tos de Anclaje Anclaje

Los anclajes anclajes pasivo pasivoss más comunes comunes son los que se abric abrican an con varill varillas as corrug cor rugada adass de acero acero de grado grado 40. Los diáme diámero ross más emple empleado adoss esán esán comprendidos enre los 19 mm (3/4”) y los 31.75 mm (1 1/4”). El exremo de la barra que queda al exerior de la peroración se máquina para darle rosca. Una vez inroducido el anclaje, se coloca una placa de disribución que se sujea con una uerca para fjarla conra el erreno. Exise oro tpo de anclaje muy similar al descrio en el párrao anerior, abricado en fbra de vidrio en lugar de acero de grado 40. 2.4.3.2 2.4. 3.2.. Tipos Tipos de de fj fjació ación n a) Fijació Fijación n qu quími ímica ca m medi ediant ante e morte mortero ro

Los anclajes de fjación química son los que, para solidarizar la barra con el erreno utlizan un produco que se inyeca en esado líquido y luego se endurece creando una conexión sica o superfcie de conaco adherene enre el anclaje y el erreno. b) Fija Fijaci ción ón qu quím ímic icaa En los anclajes de ricción pasivos que se fjan mecánicamene la ransmisión de carg cargas as al err erren eno o se lo logra gra medi median ane e ex expa pans nsió ión n hi hidr dráu áulilica ca,, Ex Exis ise en n básicamene dos tpos de anclajes expansivos: los tpos Swellex y los tpos Spli-Se. En ambos casos, los anclajes son ubos meálicos huecos y no barras como en el caso anerior, o como en el caso de anclajes con fjación por medios químicos. 2.4.4. Sistemas Sistemas de Anclaj Anclaje e acvo

Los anclajes actvos más comunes esán ormados por una cabeza expansiva, un cono que produce la expansión, un asa, una barra lisa, placa de sujeción y ornillo. La

 

cabeza se coloca en el exremo proundo de la barra y el conjuno se inroduce en la peroración hecha previamene. Se recomienda que la longiud del barreno sea de al menos 10 cm más largo que la longiud de la barra de anclaje para eviar que el asa se comprima. Una vez en posición, se aplica un orque a la barra para que la cabeza se expanda conra las paredes de la peroración hasa lograr una presión que garantce la ransmisión de las cargas de proyeco. En caso de que los anclajes expans exp ansivo ivoss sean sean defnit defnitvos vos,, deber deberáá inyec inyecars arsee una lechad lechadaa de cemen cemeno o como como proección conra la corrosión y la oxidación. Sin embargo, ya que el principio de rabajo de ese sisema no es el de adherencia en oda su longiud, las caracerístcas resisenes de la lechada no deben ser muy rigurosas y basa con que se asegure su durabilidad y sea sufcienemene bombeable (aunque no demasiado líquida); una relación agua/ cemeno de 0.4 a 0.5 sería adecuada (Hoek, 2000). Si las anclas son emporales la inyección de lechada no será necesaria. 2.4.5. Propiedade Propiedadess de los materiales materiales 2. 2.4.5 4.5.1 .1.. Gene Genera rale less

Las propiedades de la lechada de cemeno y las barras de acero corrugado c orrugado de gr grad ado o 40 se pu pued eden en co cons nsul ula arr en lo loss apar apara ado doss 1.7. 1.7.1. 1.1 1 y 1.7. 1.7.1. 1.2, 2, respectvamene. 2.4.5.2 2.4. 5.2.. Barras Barras de fbra fbra de vidri vidrio o

Las caracerístcas mecánicas de las barras de reuerzo de fbra de vidrio podrán apegarse a lo que se menciona en las normatvas ASTM D 792 y ASTM D 3916. Según esas normatvas, las propiedades mecánicas de ese maerial deberán ser las que se muesran en la Tabla 1.4.

Tabla 1.4. Distnos esquemas de anclaje: a) punual: b) orienado; c) radial.

2. 2.4.5 4.5.3 .3.. Resi Resina nass

Las resinas deben conar con caracerístcas básicas como son: • que no conenga disolvenes. • que sea utlizable a bajas emperauras. • que el raguado se produzca sin reracción. • que cuene con ala resisencia mecánica y de adherencia. • que sea dura pero no rágil. • que propo proporci rcione one proecció proección n conra conra la oxidac oxidación ión y la corros corrosión ión de los anclajes. 2.4.5.4.. Anclas 2.4.5.4 Anclas auto-pero auto-perorante rantess

Las caracerístcas de las barras auo-peroranes esán comprendidas enre los siguienes valores:

Tabla 1.5. Caracerístcas mecánicas de barras auoperoranes.

2.4.5.5 2.4. 5.5.. Pernos Pernos po po Swelle Swellex x

 

Las caracerístcas mecánicas de los aceros en los que se abrican los pernos tpo Swellex son:

Ta Tabl bla a 1. 1.6. 6. Carac Caracerístc erístcas as mecánicas de los pernos tpo Swellex. Tomadas de la Insru Insrucción cción EAE, del

Miniserio de Fomeno, España.

2.4.5.6 2.4. 5.6.. Pernos Pernos po po Split-Se Split-Sett

Los Los pern pernos os tpo tpo Spli Spli-S -Se e so son n de ac acer ero o esr esruc ucu ura rall de gr grad ado o 60 y sus sus caracerístcas mecánicas deberán apegarse a lo que se menciona en las normatvas ASTM A 607 y ASTM A 1011. Las propiedades mecánicas de esos pernos deberán ser las que se muesran en la Tabla 1.8.

Tabla 1.7. Propiedades del acero para los pernos Spli-se.

2.5.. Marcos 2.5 Marcos Me Metáli tálicos cos 2.5.1. Introducció Introducción n

Generalmene se utlizan en úneles de dimensiones medias que normalmene son de sección herradura o poral, excavados en roca poco compeene, o en suelos más o menos menos duros. duros. Pueden Pueden utlizars utlizarsee como como sosen sosenimi imien eno o duran duranee los rabaj rabajos os de excavación o como pare del reuerzo defnitvo. 2.5.2. Tipologías Tipologías y consideraciones consideraciones de diseño 2.5.2.1.. Perfles 2.5.2.1 Perfles estructura estructurales les tradicion tradicionales ales

Deben ser esrucuras abieras, sin punales que unan las bases de las columnas en sentdo ransversal a la excavación, para eviar obsruir la circulación de la maquinaria y de los rabajadores con el correspondiene riesgo de accidenes. Para ser congruenes con la clasifcación del aparado 1.2.3, y con la orma en que se diseñan, debe considerarse que los marcos sí tenen la unción de un verdad ver dadero ero sopor soporee esruc esrucur ural; al; por lo ano, ano, es impor imporan anee analiz analizar ar las siuac siuacion iones es inconv inconveni enien enes es que suelen suelen presen presenar arse se y que limia limian n esa esa unción: a) Debe eviar eviarse se el uso de perfles perfles I Esánda Esándarr (IE) ya que que poseen poseen una rigidez rigidez en el sentdo longiudinal (EIy) considerablemene menor a la del plano ransversal al eje del únel (EIx), lo cual los hace muy susceptbles al pandeo laeral; en los perfles I Recangular o IR esa caracerístca es menos marcada y por ano tenen un mejor mejor desempeñ desempeño; o; acualmen acualmene, e, en México, comienzan a abricarse de orma comercial perfles tpo H para úneles, que cuenan con la misma rigidez en ambos sentdos. b) En ocasion ocasiones, es, los marcos marcos ya colocado colocadoss no se encuen encuenran ran conen conenido idoss en un plano, debido a los alabeos laerales que ocurren en el ranspore o durane el rolado para dar la orma en curva de la excavación; o bien se alojan en planos que no son vertcales por defciencias de colocación; en cualquier caso, resula mermada su capacidad de sopore ane cargas vertcales. c) En un buen buen número número de casos casos,, lo loss marcos marcos ya coloca colocado doss no lo logra gran n un conaco adecuado con el erreno (partcularmene en la clave), y en

 

oros casos carecen de un apoyo bueno en las paas que les permia ransmitr las cargas vertcales al piso, con lo que su acción como sopore se desvirúa. d) Gene Genera ralm lmen ene e los marcos marcos cuen cuena an n co con n un apoyo apoyo en el piso piso que que no constuye un emporamieno, y en ocasiones ni siquiera un apoyo fjo, lo que ocasiona que lleguen a ener una capacidad muy limiada o nula para resistr uerzas horizonales. e) La co colo loca caci ción ón de lo loss marco arcoss, en al algu gun nas oca cassio ione nes, s, se real realiz izaa exemporáneamene, cuando ya ocurrió el aojamieno del erreno, por lo que su unción esrucural llega a ser nula, sólo proporcionando un eeco psicológico de seguridad. ) Se ignora ignora o se minimiza minimiza la impor imporanc ancia ia de la inercon inerconexi exión ón esruc esrucur ural al enre marcos en el sentdo longiudinal, y eso llega a conducir a que se fjen espaciamienos que resulan inefcienes; se pierde de visa que algu alguna nass de las las pr prin inci cipa pale less ca carg rgas as qu quee de debe ben n re resi sist strr so son n la lass de aojamieno de la bóveda o las debidas a alguna cuña o bloque inesable, que se generan ano ransversal como longiudinalmene al eje del únel y que, por ano, los espaciamienos enre marcos mayores de un ciero límie impiden una unción esrucural acepable. Asimismo, la unión enre marcos contguos colocados a separaciones razonables ayuda a mejorar el comporamieno de los perfles esrucurales de los marcos ya que al reducir la longiud de pandeo del pan a compresión se aumena la capacidad a exión, reduciendo el perale necesario de la sección y, por lo ano, su peso. 2. 2.5.2 5.2.2 .2.. Perf Perfle less TH

Se raa de perfles cuya sección resisene se asemeja a la lera griega W , por lo que ambién son conocidos bajo el nombre de Marcos Omega. El nombre “TH” se debe a los ingenieros Toussain y Heinzmann quienes los invenaron en 1932 como pare de las ecnologías que en aquel enonces de desarrolla desa rrollaban ban para soporar soporar úneles úneles sometdos sometdos a grandes grandes deormacion deormaciones es dieridas die ridas en el tempo (uencia lena o sque squeezing) ezing).. En aquel enonces enonces ya se ení eníaa clar claraa la idea idea,, al meno menoss co como mo pr prin inci cipi pio, o, qu quee ane ane ese ese tpo tpo de enó enóme meno nos, s, resu resul lab abaa meno menoss co cos sos oso o perm permit itrr cier cieraa ce cede denci nciaa de lo loss elemenos de sopore, que preender conener las deormaciones mediane elemenos muy rígidos. Años más arde se acuñarían los érminos “principio de cedencia” (yielding principle) y su conrapare, el “principio de resisencia” (resisance principle) y oda una colección de crierios y méodos de diseño para ambos concepos. 2.5.2.3 2.5. 2.3.. Marcos Marcos d de e Ce Celosí losía a

Los marcos de celosía esán compuesos por armaduras ridimensionales normalmene constuidas por res o cuaro barras principales conecadas por elemenos rigidizadores. Han sido empleadas en el mundo desde fnales de los años 70’s y en algunos países incluso han desplazado a los marcos meálicos en un buen número de casos, cuando las condiciones de la roca no son muy desavorables. Las principales venajas de ese sisema son: • Insalación sencilla y rápida • Facilidad para ser insaladas muy cerca del rene

 

• Ala capacidad para rabajar a exión • Las dimensiones y caracerístcas pueden ser ajusadas por el abricane de acuerdo con las especifcaciones del proyeco • Reducen de manera imporane la cantdad de acero para sopore mienras que proporcionan un nivel adecuado de esabilidad, en condiciones de roca no muy desavorables • Su ransporaci ransporación ón es mucho más sencilla sencilla y baraa baraa que la de los marcos de acero • En los casos en los que la sección de excavación es muy grande y los marcos meálicos convencionales dejan de ser una opción viable, pueden constuir una solución ineresane. 2.5.3. Otras pologías pologías

Un nuevo desarrollo de marcos meálicos ubulares recienemene esá omando augee en Europa aug Europa y según según sus promo promoore ores, s, ha propor proporcio cionad nado o nuevas nuevas opcion opciones es es esr ruc ucu ura ralm lmeene ne sats atsac acor oria iass para ara el sop opor ore e de ú ún nele eles exc xcav avaado doss convencionalmene, ya que permie una buena exibilidad en el diseño y orece una ineresane renabilidad en la consrucción, eliminando al mismo tempo la mayor pare de los inconvenienes práctcos que eran propios de los radicionales marcos meálicos conormados con perfles laminados (Perri y Zent, 2012). 2.5.4. Propiedade Propiedadess de los materiales materiales 2.5.4.1 2.5. 4.1.. Perfle Perfless estruc estructur turale aless

Según el Manual AHMSA, el acero ASTM A-36 (NOM-B-254) ha sido, hasa hace poco tempo en México, el principal tpo de acero para esrucuras. Tiene un esuerzo de uencia mínimo de 36 ksi (2530 kg/cm2), y un esuerzo de rupura en ensión de 58 ksi (4080kg/cm2). Una gran variedad de amaños y tpos de perfles laminados y placas esán disponibles en esa calidad de acero, aunque el esuerzo de uencia mínimo especifcado disminuye a 32 ksi (2250 kg/cm2) para placas hasa de 200mm (8 pulgadas) de espesor. Por su pare los marcos de celosía y los ubulares, no esán esandarizados ya que se raa de sisemas no esablecidos comercialmene en México, por lo que sus especifcaciones deberán obedecer a los maeriales seleccionados en cada caso. 2.5.4.2 2.5. 4.2.. Conexio Conexiones nes a) Gen Gener era alida lidade dess

Los elemenos elemenos componenes componenes se dimension dimensionan an de manera que su resisencia de diseño sea igual o mayor que la soliciación de diseño correspondiene, deerminada: • Por medio de un análisis de la esrucura bajo cargas de diseño • Como un porcenaje especifcado de la resisencia de diseño de los miembros conecados. b) Soldaduras

Según la sección 5.2.2. NTC-RCDF, se usará el elecrodo, o la combinación combi nación de elecrodo elecrodo y undene, undene, adecuados adecuados al maerial maerial base que se esé soldando, eniendo especial cuidado en aceros con alos conenidos de carbón u oros elemenos aleados, y de acuerdo con la posición en que se deposie la soldadura. Se segu seguir irán án las las ins insru rucc ccio ione ness de dell abr abric ican ane e re resp spec eco o a lo loss parámeros que conrolan el proceso de soldadura, como son

 

volaje, amperaje, polaridad y tpo de corriene. La resisencia del maerial mae rial deposiado deposiado con el elecrodo será compatble compatble con la del meal base. Para las uniones de esrucuras meálicas se consideran cuaro tpos de soldadura: • Soldaduras de flee: Se obtenen deposiando un cordón de meal de aporación en el ángulo diedro ormado por dos piezas. Su sección ransversal es aproximadamene riangular. • Soldaduras de peneración: Se obtenen deposiando meal de aporación enre dos placas que pueden, o no, esar alineadas en un mismo plano. Pueden ser de peneración complea o parcial, según que la usión de la soldadura y el meal base abarque odo o pare del espesor de las placas, o de la más delgada de ellas. • Soldaduras de apón y ranura: Se hacen en placas raslapadas, rellenando por compleo, con meal de aporación, un agujero, circular o alargado, hecho en una de ellas, cuyo ondo esá constuido por la ora. Ese manual sugiere que se utlicen los meales de aporación y undenes para soldadura que se mencionan en el aparado 1.3.4 de las las Norm Normas as Té Técn cnic icas as Co Comp mple leme men nar aria iass pa para ra Dise Diseño ño y Consrucción de Esrucuras Meálicas para el Reglameno de Consrucciones del Disrio Federal. Se cian a contnuación: • H-77 (AWS A5.1) Elecrodos de acero al carbono, recubieros, para soldadura por arco elécrico. • H-86 H-86 (AWS (AWS A5 A5.5 .5)) El Elec ecro rodo doss de ac acer ero o de baja baja al alea eació ción, n, recubieros, para soldadura por arco elécrico. • H-108 (AWS A5.17) Elecrodos desnudos de acero al carbono y undenes para soldadura por arco elécrico sumergido. • H-97 (AWS A5.18) Meales de apore de acero al carbono para soldadura por arco elécrico proegido con gas. • H-99 (AWS A5.20) Elecrodos de acero al carbono para el proceso de soldadura por arco elécrico con elecrodo ubular contnuo. c)

Tornillos

En el caso de que las conexiones sean aornilladas, se aconseja ambién la utlización de los ornillos que se mencionan en el aparado 1.3.3 de las NTC-RCDF. Esos son: • H-118 (ASTM A307) Sujeadores de acero al carbono con rosca esándar exerior (Fu= 414 MPa; 4 220 kg/cm²). • HH-12 124 4 (AST (ASTM M A3 A325 25)) Torn Tornil illo loss de al ala a re resi sis sen enci ciaa pa para ra conexiones enre elemenos de acero esrucural [Fu = 830 MPa (8 440 kg/cm²) para diámeros de 13 a 25 mm ( 1/2 a 1 pulg.), Fu = 725 MPa (7 380 kg/cm²) para diámeros de 29 y 38 mm (1 1/8 y 1 1/2 pulg.)]. • HH-12 123 3 (AST (ASTM M A4 A490 90)) To Torn rnil illo loss de ac acer ero o al alea eado do r ra aad ado o érm érmic icam amen ene e para para co cone nexio xione ness en enr ree el elem emen eno oss de ac acer ero o esrucural (Fu= 1 035MPa, 10 550 kg/cm²).

 

Las Las sepa separa raci cion ones es mí míni nima mass enr enree o orn rnilillo los, s, sean sean esá esánd ndar ar,, sobredimensionados o alargados, no será, en general, menor que res veces el diámero nominal del conecor; de ser necesario, esaa disan es disancia cia puede puede dismin disminuir uirse se a 2 2/3 veces veces el diáme diámero ro nominal. Para la deerminación de las resisencias de diseño a ensión, co cor ran ane e,, la co comb mbin inac ació ión n de ambo amboss esu esuer erzo zoss y de demá máss consideraciones de diseño, el proyectsa deberá ajusarse a lo recomendado en las NTC-RDF. 2.6. Sistema Sistema de Enflaj Enflaje e Frontal Frontal 2.6.1. Generalidad Generalidades es

Ese sisema orece varias venajas sobre oras écnicas de sosenimieno de úneles: • La ineracción enre las barras de anclaje y el erreno es rápida y coacciona el movimi mov imien eno o del del erren erreno o excava excavado, do, de manera manera que las propie propiedad dades es de ese ese se conservan mejor. • Puede Puede mecan mecaniza izarse rse oalm oalmen ene, e, y hasa hasa auoma auomatza tzarse rse,, la colocac colocación ión de los elemenos resisenes.

2.6.2. Tipologías Tipologías 2.6.2.1 2.6. 2.1.. Paragu Paraguas as ligero ligeross

Se utlizan en macizos macizos rocosos no excesivam excesivamene ene malos (RMR enre 35 y 40). Se orman con barras de acero de diámeros comprendidos enre los 25 y 32 mm y longiudes longiudes de enre 6 y 9 meros. meros. Se recomienda recomienda que el diámero de la peroración sea de 1.5 a 2.5 pulgadas (38.1 a 63.5 mm), lo que es igual a dos veces el diámero del redondo o la varilla. El espacio enre la barra y el erreno se rellena inyecando una lechada de cemeno, y ésas suelen raslaparse a un ercio de su longiud. La separación enre peroraciones varía enre 0.30 y 0.50 meros. 2.6.2.2 2.6. 2.2.. Paragu Paraguas as pesado pesadoss

Se utlizan en maeriales de mala o muy mala calidad, en rocas o suelos, especialmene cuando la sección de avance es de dimensiones considerables y la esabilidad del rene puede esar comprometda. También es muy común utlizarlos en obras de emporalamieno, en condiciones de roca mala a regular o en suelos. Esán Es án const constuid uidos os por microp micropilo iloes es de uberí uberíaa de acero acero esruc esrucur ural, al, con diámero exerior enre los 50 mm y los 140 mm y espesores enre los 3 y 8 mm. El diámero de peroración suele ser igual o superior a 1.5 veces el diámero del ubo. El inerior del ubo y el espacio enre el acero y el erreno se rellena con una inyección de lechada de cemeno. Esa inyección puede realizarse con una ciera presión. Las longiudes de los micropiloes suelen variar enre los 10 y los 20 meros. Cuando la longiud de los paraguas es inerior a 12 m se colocan en una sola pieza (aunque eso dependerá ambién del abricane). 2.6.2.3.. Paraguas 2.6.2.3 Paraguas de Jet-Grou Jet-Groung ng

El Je-Groutng es una écnica en la que se inyeca un maerial al erreno, que comúnm com únmen enee es una lechad lechadaa de cemen cemeno o o cemen cemenoo-ben benon onia ia,, a alas alas presiones por medio de un chorro o je, rompiendo o disgregando la esrucura

 

del erreno ormando un sólido de suelo-cemeno. El resulado es un sólido con caracerístcas ampliamene mejores que las del erreno original. Con la mejo me jora ra del del err erren eno o se ob obte tene nen n mejo mejore ress pr pres esa aci cion ones es de resi resis sen encia cia e impermeabilidad. 2.6.3. Propiedade Propiedadess de los materiales materiales 2.6.3.1 2.6. 3.1.. Lechad Lechadas as de cement cemento o

La lechada deberá ener las mismas caracerístcas que un concreo de clase 1 utlizado para cimenaciones, eniéndose en cuena el tpo de exposición y la agresividad del erreno. Se recomienda que a los siee (7) días de edad su resisencia sea igual o superior al seena por cieno (70%) de su resisencia a los veintocho (28) días. Asimismo, la lechada deberá ener la consisencia adecua ade cuada da para para que pueda pueda bombea bombearse rse ácilm ácilmen ene. e. Se recomi recomiend endaa que su relación agua/cemeno (a/c) esé comprendida enre 0.40-0.55. 2.6.3.2.. Barras 2.6.3.2 Barras de reuerzo reuerzo (varilla (varillas) s)

Las barras corrugadas que se utlicen como reuerzo en los paraguas ligeros deberán ajusarse a las normas NMX-C-407-ONNCCE, NMX-B-294 o NMX-B457; asimismo, deberán cumplir con la norma ASTM-A-615. Se deberán omar en cuena las recomendaciones y limiaciones de uso de los aceros incluidos en las normas ciadas. 2.6.3.3 2.6. 3.3.. Microp Micropilot ilotes es

Se distnguen dos tpos de acero en los que esos perfles esán disponibles: • Aceros convencionales: De uso habiual en esrucuras meálicas, abricados en perfles y uberías. Siguen las especifcaciones NOM y ASTM. A STM. • Aceros reutlizados de la indusria perolera: Se raa de aceros normalizados por por el Amer Americ ican an Per Perol oleu eum m In Inst stu ue e (API) (API).. Aunq Aunque ue sean sean reut reutliliza zado dos, s, cual cualqu quie iera ra de ello elloss te tene ne mayo mayorr ca capa paci cida dad d mecá mecáni nica ca qu quee lo loss ac acer eros os convencionales. 2.7. Concreto Concreto Colado In Situ Situ 2.7.1. Generalidad Generalidades es

El concreo colado in siu suele ser utlizado como revestmieno defnitvo en úneles y por lo general es colocado una vez que la excavación ha sido esabilizada por compleo. compl eo. Sin embargo, embargo, en ocasiones ocasiones puede ser empleado como sos sosenimi enimieno eno complemenario al previamene ejecuado durane el proceso de excavación (marcos meálicos, concreo lanzado, anclas de ricción, ec.), especialmene en errenos muy diciles. 2.7.2. Propiedade Propiedadess de los materiales materiales 2. 2.7.2 7.2.1 .1.. Co Conc ncre reto to

Según las NTC-RCDF, El concreo de resisencia normal empleado para fnes esrucurales puede ser de dos clases: clase 1, con peso volumérico en esado resco superior a 22 kN/m³ (2.2 /m³) y clase 2 con peso volumérico en esado resco comprendido enre 19 y 22 kN/m³ (1.9 y 2.2 /m³). En úneles se recomienda que el concreo sea de clase 1. En la abricación de los concreos, se empleará cualquier tpo de cemeno que sea congru congruen enee con la fnalid fnalidad ad y carac caracerí erístc stcas as de la esruc esrucur ura, a, clase clase resisene 30 o 40, que cumpla con los requisios especifcados en la norma NMXC-414-ONNCCE. Los agregados péreos deberán cumplir con los requisios de la norma NMX-C-111 con las modifcaciones y adiciones esablecidas en la sección 14.3.1. de las NTC-RCDF.

 

2.7.2.2 2.7. 2.2.. Acero Acero de reu reuerz erzo o

Las barras corrugadas que se utlicen como reuerzo deberán ajusarse a las normas NMX-C-407- ONNCCE, NMX-B-294 o NMX-B-457; asimismo, deberán cump cumpli lirr co con n la no norm rmaa AS ASTM TM-A -A-6 -615 15.. Se de debe berá rán n o oma marr en cu cuen ena a la lass recomendaciones y limiaciones de uso de los aceros incluidos en las normas ciadas. Los requisios de resisencia de la malla elecrosoldada se pueden consular en la Tabla 8.1 del aparado 8.3.4.2. El módulo de elastcidad del acero de reuerzo ordinario, Es, se supondrá igual a 2×105 MPa (2×106 kg/cm²). En el cálcul cál culo o de resis resisenc encias ias se usarán usarán los esue esuerzo rzoss de uenci uenciaa mínimo mínimos, s, y, esablecidos en las normas ciadas.

6.5. NORMA JAPON JAPONESA ESA 1. Método Método de constr construcc ucción ión de túne túneles les

En Japón, exisen res tpos de especifcaciones de uso general para la consrucción de úneles. Esos son únel de roca, únel de escudo, únel de core y cubiera. Esos méodos de consrucción esán esrechamene relacionados con las condiciones de ubicación del únel. Por esa razón, exise una endencia a que el únel de roca se seleccione para úneles consruidos en áreas monañosas, y el únel de proección o únel de core y cubiera se selecciona para úneles de ciudad consruidos en erreno plano. Sin embargo, dependiendo de la opograa y las condiciones geológicas, hay casos en los que se adopa el méodo de core y coberura en el poral del únel de monaña, y el únel de roca se adopa en el únel urbano. Por lo ano, el límie no es necesariamene claro. La Sociedad de Ingenieros Civiles de Japón desarrolla respectvamene la Especifcación Esándar para Túneles para el únel de roca, únel de proección, únel de core y cubiera. El objetvo de esa guía es el únel de roca. 2. NATM en JJA APON PON

NATM (Nuevo méodo ausraliano de úneles) es uno de los méodos de consrucción de úneles propuesos por el geólogo ausríaco Dr. Rabcewicz en 1964. NATM se inrodujo en Japón en 1977 en un únel erroviario, y desde 1978 se convirtó en un méodo de consrucción esándar en úneles erroviarios. También en el únel de carreera, NATM se inrodujo en 1978NATM y se convirtó en eldierene méodo de esándar en Japón, como el únel erroviario. es basane delconsrucción méodo convencional y se puede decir que el méodo de consrucción hace un uso máximo de la olerancia que posee el suelo porque el sopore esá en conaco cercano con el suelo. 2.1. Conce Concepto pto del del NATM NATM en Japón Japón

La dierencia undamenal de NATM con respeco al méodo de consrucción convencional es que NATM muesra el concepo y los méodos necesarios para el diseño y consrucción de úneles utlizando la uerza del erreno ano como sea posible. Su flosoa básica es "hacer el únel lo más posible en el suelo". En oras palabras, es la idea de que el únel debe ser reenido lo más posible por la resisencia al core del suelo y el sopore es una esrucura auxiliar que apuna a reorzar el suelo 2.2. Carac Caracterís teríscas cas del NATM NATM en Japón Japón

Las caracerístcas de NATM en Japón se muesran a contnuación.

 

a) La esrucur esrucuraa de sopore sopore principal principal es la combinaci combinación ón de hormigón hormigón proyecad proyecado, o, perno de roca y sopore de acero. La esrucura de sopore es relatvamene delgada y permie poco desplazamieno. Esa esrucura "blanda" utliza la uerza del erreno para soporar el únel. b) El diseño diseño cuantatvo cuantatvo se se realiza realiza en base a medicion mediciones es esadíst esadístcas cas como la presió presión n sobre el suelo, el esuerzo de sopore y la deormación del suelo y el sopore. c) Dado que que es una esrucu esrucura ra de sopore sopore de pared pared relatvam relatvamene ene delgada delgada,, se puede puede realizar un revestmieno que ahorre recursos, lo cual es venajoso para la economía. d) Dado que que la esrucura esrucura de de sopore sopore es exible, exible, es posibl posiblee lidiar incluso incluso con rocas rocas inesables, y el grado de liberad de correspondencia del suelo es alo. e) La superfcie superfcie del del sopore sopore es lisa, la la insalación insalación de la la lámina imperme impermeable able se vuelve vuelve ácil y se puede consruir la esrucura con c on ala resisencia al agua   ) Como la sección del del espacio inerior es amplia y se puede utlizar de manera eectva, se mejora la seguridad y la efciencia en el rabajo. Además, es ácil cambiar la sección ransversal 3. Dise Diseño ño de Tú Tún nel

Dado que los úneles son esrucuras en línea consruidas bajo terra, su diseño difere mucho de oras esrucuras. esrucuras. En el diseño general de una esrucura, la seguridad ssee eval evalúa úa de acue acuerd rdo o co con n la ens ensió ión n calcu calcula lada da por por el cá cálc lcul ulo o esr esruc ucu ura rall y la lass caracerístcas que posee el maerial con la asunción de una uerza exerna que acúa sobre la esrucura. En general, el méodo de consrucción se examina para consruir es esr ruc ucu ura rass basa basada dass en el dise diseño ño.. Po Porr o oro ro la lado do,, en el ca caso so de esr esruc ucu ura rass suberráneas como úneles, es dicil estmar correcamene la carga que acúa sobre el únel en la eapa de diseño. Da Dado do que que la ine inera racci cción ón en enr ree el suel suelo o y el so sopo por ree es co comp mplilica cada da,, el cálcu cálculo lo esrucural es limiado. Además, es dicil proporcionar sufciene inormación sobre los méodos de reconocimieno geológico y su precisión para diseñar; ambién es dicil diseñar con precisión a lo largo de oda la longiud del únel. Además, en el caso de un únel, únel, el compor comporam amien ieno o del únel y el erre erreno no cir circun cundan dane e duran duranee la excavación es dierene dependiendo del méodo de consrucción. Por lo ano, el diseño del rabajo de sopore debe hacerse eniendo debidamene en cuena el méodo de consrucción. 3.1. Esque Esquema ma de los los méto métodos dos de diseño

El diseño del únel se basa en el diseño inicial (diseño básico) y el diseño del únel (diseño básico), que los diseños apoyan a los miembros esrucurales como shocree, perno de roca, sopore de acero y revestmieno, basado en resulados limiados de reconocimieno de terra de anemano. En la eapa de consrucción, se realiza una modif mo difcaci cación ón del diseño diseño para para cambia cambiarr las esruc esrucur uras as de sopor soporee basada basadass en la

 

observación de la superfcie de revestmieno que se llevará a cabo en el momeno de la excavación y los resulados de medición y similares. Hay los res tpos siguienes de méodos de diseño utlizados en el diseño inicial. a) Aplica Aplicació ción n del del diseño diseño esan esandar dar Cuando las secciones ransversales esándar se deciden como carreeras y únele ún eless errov erroviar iarios ios,, se utliza utlizan n diseño diseñoss esán esándar dar genera generales les,, excep excepo o en co cond ndic icio ione ness espe especi cial ales es.. En ese ese méo méodo do,, lo loss pa par ron ones es de so sopo por ree represenatvos para shocree, pernos de roca, sopore de acero, orro, ec. se esablecen de anemano para cada clase de grado y se aplican. Los grados de monaña mona ña erresre erresress se basan en la abla de clasifcación clasifcación geoécnica geoécnica evaluada por la clasifcación de la era de generación de la monaña, la esrucura geológica, la siuación de inemperie / deerioro, el esado de la superfcie discontnua, la inuencia de las aguas suberráneas y las oras condiciones geológicas b) Aplicación Aplicación del del diseño diseño basado basado en condiciones condiciones similares similares Si hay un únel exisene en la proximidad del únel de destno y se puede obener el resulado de la consrucción, se hace posible un diseño inicial más razonable eniendo en cuena los resulados reales del únel consruido. Al dise diseña ñarr lo loss dos dos ú úne nele less cerc cercan anos os,, lo loss dao daoss de medi medici ción ón de lo loss ú úne nele less perorados al principio serán efcaces en el diseño del parón de sopore y el méodo de consrucción del únel que se excavará más adelane. En los casos en que las condiciones del suelo y las condiciones de diseño, ales como la sección ransversal del únel, se juzgan como casi las mismas, es posible aplicar el diseño del únel exisene a oros después de considerar la similiud incluso si el únel exisene se encuenra lejos del únel de destno c) Ap Aplilica caci ción ón del del diseñ diseño o anal analít ítco co El diseño de úneles mediane el méodo de análisis se adopa para úneles especiales (por ejemplo, grandes úneles de sección ransversal y úneles paralelos) paral elos),, monañas especiales especiales (por ejemplo. ejemplo. errenos errenos no reconsruidos reconsruidos y errenos erre nos expansivos expansivos)) y condiciones condiciones especiales especiales (por ejemplo, ejemplo, proximidad proximidad a zonas urbanas y esrucuras exisenes). Los méodos de análisis picos son el méo mé odo do de anál anális isis is eór eórico ico,, el méo méodo do de anál anális isis is FEM FEM (Fini (Finie e El Elem emen en Mehod), el análisis de la esrucura del marco, ec. 3.2. Conce Concepto pto de de diseño diseño modifcad modifcado o

Dado que el únel es una esrucura lineal, se enconrará con varias esrucuras geológicas. Sin embargo, es dicil comprender de anemano las caracerístcas del erreno en dealle. Por lo ano, el diseño inicial solo se basa en inormación limiada. A contnuación, la consrucción real modifcará el diseño según sea necesario mienras se evalúan evalúan los resulados resulados de la medición in siu, siu, ec. Por lo ano, es imporane imporane

 

identfcar el desplazamieno y la ensión del suelo, el desplazamieno y el esrés del sopore con ala precisión durane la consrucción. 3.3. Conce Concepto pto de diseño diseño modifcado modifcado de construcción construcción

En el méodo de consrucción del únel de roca, es imporane "hacer el máximo uso de la uerza de la monaña sin deeriorarla". Además, con el fn de esabilizar por la ineracción enre el suelo y el sopore, la ojedad se produce como se muesra en la fgura, causando un cambio. La holgura se produce dependiendo de la resisencia del suelo, la rigidez del sopore y el tempo de insalación. Por esa razón, varias encuesas y mediciones en el tempo de consrucción. Además, se evalúa la validez del diseño del suelo y el correspondiene diseño inicial, confrmando el comporamieno del suelo y el eeco del sopore que acompaña a la excavación mediane medición, ec. Es impor imp oran anee hacer hacer correc correccio ciones nes y reexi reexiona onarr rápida rápidamen mene e sobre sobre el diseño diseño y la consrucción.

6.6.

NORMA ESPAÑOLA

1. Defn Defnic ició ión n del Sos Soste teni nimi mien ento to 1.1. Caracterís Caracteríscas cas del del terreno terreno

Deben esudiarse: La liología, las discontnuidades esrucurales, las obras o labores próximas, la posible presencia de agua en el erreno circundane y la inuencia de la exploación. 1.2.Diseño del Sostenimiento

El diseño del sosenimieno debe realizarse eniendo en cuena las caracerístcas del erreno, las dimensiones de la labor, las condiciones impuesas por la exploación y las posibles inuencias de exploaciones próximas. Debe enerse en cuena la inuencia de la exploación para defnir el reuerzo necesario del sosenimieno al paso del aller, en cualquier caso, el sosenimieno diseñado debe ser capaz de conrolar y manener la esabilidad de la excavación durane el tempo de servicio previso. 1.3.Métodos Construcvos

Con carácer general, en las galerías en capa, el sosenimieno debe colocarse lo más cerca posible del rene. En los casos en que, por las caracerístcas de los hastales y de la capa, no sea necesario colocar el sosenimieno en el rene, debe defnirse con precisión la disancia a que ha de colocarse ése, que debe ser adecuadamene justfcada. 2. Proy Proyec ecto to de de sost sosten enim imie ient nto o 2.1.Caracteríscas del terreno

El erreno que, como mínimo, debe ser caracerizado geomecánicamene, ha de esar comprendido en un paralelepípedo cuyo eje es el de la excavación previsa, y su sección debe ener una anchura y alura seis veces mayores que las de la excavación proyecada.

 

Como resulado de la caracerización del erreno, debe defnirse un perfl geoécnico en el que se conemplen, a lo largo de oda la excavación, los ramos de erreno que engan caracerístcas homogéneas, especifcando sus caracerístcas geoécnicas. 2.2.Diseño del Sostenimiento

El diseño del sosenimieno debe realizarse eniendo en cuena las caracerístcas del erreno, las dimensiones de la obra, las condiciones impuesas por la utlización de la obra y la lass posi posibl bles es inu inuen enci cias as de exca excava vacio cione ness pr próx óxim imas as.. De Debe be di dist stng ngui uirs rsee en enr ree el sosenimieno o revestmieno, cuando ése sea necesario. El sosenimieno debe ser capaz de conrolar y manener la esabilidad de la excavación, así como de las labores e insalaciones próximas durane odas las eapas consructvas a lo largo de la utlización de la obra, si no se prevé colocar un revestmieno. Como resulado de los rabajos de diseño han de defnirse los elemenos esrucurales de sosenimieno, en calidad y cantdad, así como el proceso de su colocación, en cada sección dierenciada de la obra. Debe razarse un perfl consructvo por ramos, a lo largo de oda la obra, defniendo las zonas en las que debe aplicarse cada tpo de sosenimieno y las secciones de excavación que resulen al ener en cuena el eeco de la convergencia, para que la sección fnal sea la requerida según los gálibos del proyeco. 2.3.Método Construcvo

Deben especifcarse odas las ases que componen el ciclo de avance, esableciendo la maquinaria y procedimienos previsos en cada una de ellas, así como las condiciones de su utlización y las exigencias a respear en la colocación del sosenimieno, ano por lo que se refere a la meodología de colocación de los elemenos de sosenimieno, como a las disancias máximas a que puede colocarse cada elemeno de sosenimieno del rene.

7.

ANALISIS CUADROS COMPARATIVOS DE LAS NORMAS Las normas que se lograron analizar son las siguienes: peruana, mexicana, española,  japonesa, americana y brasileña. brasileña. Ver anexo N°01 – Cuadro Cuadro Comparatvo

8.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

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Todos los méodos de sosenimieno, provienen de una prounda investgación en dierenes países, conorme la indusrialización, se ueron incorporando máquinas uneladoras. La normatva peruana en lo reerene a la excavación de úneles en errenos blandos recomienda el uso de dovelas para el auososenimieno. La norma norma americana americana para el sosenimi sosenimieno, eno, menciona menciona el uso de maquinaria maquinaria para la unelización en errenos blandos, asimismo, incorpora la Earh Pressure Balance Machine para errenos arcillo limosos. El méodo japonés de unelización inicia con un diseño básico, en ejecución se realiza la modifcación del diseño para cambiar las esrucuras de sopore basado en las observación de la superfcie de revestmieno. En Brasil el méodo más común para la unelización es el méodo NATM. La normatva española, se basa en el razo un perfl consructvo por ramos, a lo largo de oda la obra, defniendo las zonas en las que debe aplicarse cada tpo de

 

sosenimieno y las secciones de excavación que resulen al ener en cuena el eeco de la convergencia, para que la sección fnal sea la requerida según los gálibos del proyeco.

9.

REREFENCIAS BIBLIOGRAFICAS 

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10. ANEXOS Y MISCELANEOS Se adjunan archivos digiales.