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DISEO Y CONSTRUCCIN DE TNELES

DISEO DE TUNELES

La ingeniera es la solucin mecnica a un problema prctico. Es pura ingenuidad, y el hombre ha confiado en ella desde el principio de los tiempos. Por ejemplo cuando ha usado un palo para robar miel de un panal ubicado a mitad de altura de un rbol evitando as ser picado por las abejas, o cuando ha cargado una piedra de 50 toneladas sobre dos troncos de rbol que actuaban como ruedas.Un tnel es una obra de ingeniera que para su construccin, requiere de tcnicas, productos, equipos especiales y de anlisis geolgicos, geotcnicos e hidrulicos; este es realizado por especialistas, una vez que se ha definido el proyecto de construccin de un tnel. Se conoce las condiciones y caractersticas del lugar, eligiendo el proceso constructivo que conviene para su construccin. Segn las dimensiones del proyecto, se deben de considerar otros factores como son seguridad, economa y durabilidad de la obra.INTRODUCCIN

TUNELUntneles una obra subterrnea de carcter lineal, cuyo objetivo es la comunicacin de dos puntos, para realizar el transporte de personas, materiales entre otras cosas. Normalmente es artificial.Un tnel puede servir para peatones, aunque generalmente sirve para dar paso al trfico, paravehculos de motor, paraferrocarrilo para un canal. Algunos sonacueductos, construidos para el transporte de agua (para consumo, paraaprovechamiento hidroelctricoo para el saneamiento). Tambin hay tneles diseados para servicios detelecomunicaciones. Incluso existen tneles para el paso de ciertas especies de animales. Algunos conectan zonas en conflicto o tienen carcter estratgico, ya que sirven como refugio.En las grandes ciudades el transporte se realiza mediante una red de tneles donde se mueve elmetro. La posibilidad de soterrar ahorra espacio e impide el cruce al mismo nivel del tren con los peatones o los vehculos.

Los tneles son un medio de comunicacin artificial entre dos puntos separados por un suelo o roca. Su objetivo es el de permitir el paso de personas, ferrocarriles, vehculos, conducciones elctricas, de agua u otros. Debido a su utilizacin diversa elevan su importancia a medida que la sociedad avanza y son inevitables en grandes ncleos urbanos muy masificados por edificios para establecer lneas de metro; en la comunicacin de poblaciones separadas por una orografa pronunciada o incluso por mar, como es el tnel del Canal de la Mancha.IMPORTANCIA DE LOS TNELESMinera: aunque se suelen denominar galeras o pozos, dependiendo de la orientacin, su fin es unir dos puntos, en el caso, para acceder a una mineralizacin.

Tnel en mineraTnel para carrosTnel para peatonesTnel para ferrocarril

CRITERIOS PARA EL DISEO DE UN TNEL6

Investigacin GeotcnicaEs esencial que cualquier proyecto de tnel comience con una investigacin sobre las condiciones del terreno. Los resultados de la investigacin nos permitirn saber cul es lamaquinariay los mtodos deexcavacin y sostenimiento a realizar, y podrn reducir los riesgos de encontrar condiciones desconocidas. En los primeros estudios, las alineaciones horizontales y verticales sern optimizadas para aprovechar las mejores condiciones de agua y suelo.En el caso de los tneles en roca, dada la variabilidad de los distintos factores que intervienen en lamecnica de rocas, es frecuente abordar su estudio mediante las llamadas clasificaciones geomecnicas, entre las que destaca laclasificacin geomecnica RMR.

Mecanismos de inestabilidadDistribucin espacial de las discontinuidades, relacin entre su posicin (rumbo y buzamiento) con la direccin del tnel. Siendo este l ms importante a considerarse en el trazo de entrada y salida del tnel.

Presencia y naturaleza de los materiales de relleno de la discontinuidades.

Irregularidades en las superficies de las discontinuidades. Rotura y movimientos anteriores

Mtodos de clasificacin del macizo rocosoExisten muchos mtodos tiles para poder clasificar un macizo rocoso, entre ellos se puede escoger algunos mtodos elaborados por autores conocidos mundialmente en el campo de la mecnica de rocas que realiza anlisis especficos para el diseo de tneles entre estos podemos mencionar a Barton y Bieniawski,

Tamao de los Bloques de RocaResistencia al Corte o Cizalle Agua reduce la resistencia al corte Las zonas de cizalle generan tensionEsfuerzo Activo

Para la definicin del trazado de un tnel, deben considerarse diversas caractersticas geolgicas:Tipos de roca y sus propiedades.Orientacin de discontinuidades respecto al eje del tnel, influye en la dificultad para la de excavacin y sus condiciones de estabilidad.Condiciones favorables es que discontinuidades manteen hacia el sentido de avance de la excavacin.Presencia de fallas, su orientacin y espesor.Trazado del Tnel

Al perforar un tnel se puede encontrar tres tipos de condiciones naturales que dan lugar ala perdida de resistencia del macizo rocoso y, por lo tanto, a problemas de estabilidad:Orientacin desfavorable de discontinuidades.Orientacin desfavorable de las tensiones con respecto al eje del tnel.Flujo de agua hacia el interior de la excavacin a favor de fracturas, acuferos o rocas estratificadas.

Excavacin de TnelesEn suelo, excavacin es manual o mecnica, seguida rpidamente por soporte para mitigar las deformaciones y prevenir colapsos.En roca, se puede usar tronadura controlada, cortadores rotatorios o TBM

Tunnel Boring Machines (TBM)Grandes cabezas rotatorias de hasta 12 m de dimetro, armadas con discos o puntas, rotan a 2-10 rpm. Avance hasta 30 m/da.

Efectividad (y conveniencia econmica) de la TBM depende de las condiciones de la roca. Rocas de UCS > 150MPa tienden a ser muy problemticas. Abrasividad de la roca es importante ya que gasta rpidamente los discos. La abrasividad depende del contenido de cuarzo, tamao del grano, resistencia y porosidad de la roca. Niveles de stresses sobre la roca son comparables a las de tronaduras. Ventajas son la generacin de paredes suaves con poca sobre-excavacin, lo que reduce necesidades de soporte. TBM

Casos Especialesa) Cambio de roca a sueloEl paso del tnel de roca a suelo debe ser previsto y medidas especiales deben ser tomadas. Puede ser conveniente variar el trazado para evitar esta situacin.Cambio drstico en condiciones y mtodos de excavacin y soporte. Suelo puede estar saturado e inundar el tnel al pasar el contacto.El contacto usualmente es una superficie de erosin, generalmente irregular y por la tanto difcil de predecir en su localizacin exacta.

b) Tneles ParietalesExcavados subparalelos y a poca distancia de una pared o ladera rocosa en superficie. Falta de continuidad del macizo provoca anomalas en las condiciones de esfuerzos.Propiedades de la roca e inclinacin de la ladera inciden directamente en estabilidad del tnel. En algunos casos puede convenir reemplazar la roca con materiales artificiales en vez de soportarla.

ConstruccinLos tneles se construyen excavando en el terreno, manualmente o con mquinas. Los sistemas habituales de excavacin subterrnea son medios mecnicos, voladuras y manual:

Los medios mecnicos medianteminador puntual (rozadora), minador a seccin completa o TBM otuneladora (Tunnel Boring Machine) o con maquinaria convencional (martillo picador, excavadora...)Perforacin yvoladuramedianteexplosivos.Manual, mtodo derivado de la minera clsica del carbn, en el que los operarios pican con martillo neumtico la seccin a excavar y otra partida de obreros desescombran manual o semimanualmente.

Se disean para favorecer el paso fluyente, continuo, y seguro de vehculos motorizados, a travs de los obstculos topogrficos que impiden el trazado de una carretera cruzando montaas horadando macizos rocosos, con objeto de lograr un trazado cmodo y funcional.

Su diseo debe ser bsicamente seguro, funcional y hasta donde sea posible esttico.

Tneles carreteros

METODO AUSTRIACO

"El ingeniero que se enfrenta al proyecto y construccin de un tnel, debe considerar varios aspectos, todos ellos importantes, ya que cada uno por si slo, puede hacer fracasar el proyecto."

gracias