Túneles

1. UNIDAD III: TUNELES.
INTRODUCCION:
Es necesaria la construcción de túneles para carreteras, ferrocarriles y canales,
cuando se hace imposible la ejecución de cortes para pasar una montaña o cuando
resulta demasiado costosa la excavación de un corte comparativamente con la
construcción del túnel.
Las obras hidroeléctricas necesitan de la ejecución de túneles de aducción o de
descargas de las aguas requeridas en las centrales hidroeléctricas.
En obras urbanas los túneles se ocupan principalmente para alcantarillas,
galerías para cables o tuberías, ferrocarril metropolitano, refugios contra bombardeos
aéreos o atómicos. Las soluciones a los problemas relacionados con los métodos de
construcción o ataque y equipos a utilizar dependen especialmente de la naturaleza del
terreno, de su resistencia y de la posible presencia de agua.
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2. 3.1.- TIPOLOGIA DE LOS TUNELES:
Para clasificar los túneles, debemos tener presente varios aspectos a considerar.
a.- Uso o destino del túnel:
De acuerdo a su uso o destino, podemos clasificar los túneles en:
• Alcantarillas, acueductos, galerías hidráulicas
• Vías férreas
• Túneles para carreteras
• Túneles para cables o tuberías
b.- Forma del túnel
De acuerdo a su forma es una clasificación que también tiene que ver con el tipo
de terreno en el cual se construirá el túnel
• Circular
• De herradura
• Ovoidal
• Muros verticales
• Bóvedas
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3. • Aplanados
c.- Dependiendo de su perfil transversal
• Galería hidráulica, acueducto
• Alcantarilla
• Vía férrea en terreno bueno, medio o malo
• Carreteras, una, dos o más pistas
Para definir o clasificar los distintos tipos de túneles, se debe empezar por
definir el perfil transversal asociado a cada uno.
Perfil Transversal:
El perfil transversal depende de la función de la obra, que es lo que condiciona
las dimensiones del Galibo libre interior y de la naturaleza del terreno que es el que
determina el revestimiento necesario para proteger el vacío interior.
De esta manera podemos entonces esbozar una tipología de túneles de acuerdo a
las condiciones que presenta el perfil transversal.
Tipología de túneles según su perfil transversal:
a.- Alcantarillas, acueductos y galerías hidráulicas.
Para este tipo de túneles, se adopta generalmente la forma circular, la cual da el
máximo caudal de agua. Es también la forma que entrega una resistencia óptima a los
empujes del terreno, con el revestimiento más delgado. A menudo se adopta la forma de
herradura por cuestiones de comodidad de ejecución.
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4. b.- Vías férreas:
Los perfiles transversales para vías férreas, difieren según el terreno.
• Para un buen terreno ( roca ) se utilizan muros verticales y bóvedas de medio
punto.
• Para un terreno menos resistente se utilizan seccione más aproximadas a la
forma ovoidal, ensanchándolas, inclinando los muros y añadiendo una solera
inferior
• En un terreno malo, se puede utilizar la forma ovoidal, con una solera
inferior mucho más amplia y con revestimientos de mayor espesor.
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5. c.- Túneles de carreteras:
Existen diversos tipos de perfiles transversales para túneles carreteros,
utilizándose los mismos que para vías férreas, a excepción de cuando deben dar paso a
más de dos vías de circulación, donde será necesario ensancharlos, dándoles un perfil
transversal aplanado
3.2.- CARACTERISTICAS DE LOS TUNELES, SUS COMPONENTES:
Las características de un túnel, van a depender de las dimensiones del galibo
libre interior, de la naturaleza del terreno, de los tipos de aguas presentes y del perfil
longitudinal del mismo
Es así entonces, que se verá algunos pasos previos que siempre se tienen que
considerar en la construcción de un túnel.
a.- Estudios preliminares
a.1.- Estudio geológico del terreno:
El primer trabajo que se debe realizar es el estudio geológico del terreno
mediante el mapa geológico. El estudio debe ser realizado a la totalidad del trazado
proyectado y a sus posibles variantes para poder decidir con pleno conocimiento de
causa las características que se le imprimirán a cada túnel.
Según la situación de las capas subterráneas que permite conocer este estudio, se
determinará con cierta precisión la naturaleza de los terrenos encontrados, su dureza, su
repartición a lo largo del trazado.
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6. Se debe tener la mayor precaución con las zonas en que se presentan accidentes
geológicos (como fallas o regiones de dislocación), que corresponde a rocas aplastadas
o fisuradas.
Se debe de prever las zonas en que se producen afloramientos de aguas o napas
subterráneas, así como las que correspondan a terrenos muy malos que exigen siempre
el empleo de métodos especiales de ejecución.
Los informes que pueden obtenerse de este estudio, aunque de gran valor,
contienen datos de orden general y pueden ser insuficientes en determinadas zonas. En
particular la determinación de la potencia de los afloramientos de aguas es muy
insegura. Toda galería provoca drenajes, cuyo efecto es difícil precisar, por lo cual se
imponen sondeos y la construcción de galerías de reconocimiento.
a.2.- Sondeos:
Para precisar la naturaleza de las capas subterráneas, su estado físico, su
consistencia y su grado de humedad, es exigido siempre en el estudio de un túnel la
ejecución de sondeos, los cuales se realizan mediante pozos de reconocimiento o por
perforaciones tipo sondajes.
Los sondeos por pozos son los más instructivos, pues permiten una inspección
ocular del terreno. Generalmente se ejecuta, como mínimo, un pozo en cada acceso y si
es posible en el intermedio del trazado del túnel. Entre los pozos se completa el
reconocimiento del subsuelo mediante perforaciones verticales, para las que ofrecen una
excelente solución las ondas rotativas que permiten retirar testigos intactos. Debe
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7. tenerse presente que la obtención de los testigos y de la información referente a la
perforación como velocidad, nivel de aguas, son el único objetivo de los sondajes.
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8. a.3.- Galerías de reconocimiento:
Son excavaciones a lo largo del eje, lo que nos entrega informes exactos sobre la
naturaleza del terreno, dureza, comportamiento, etc…
Solamente en terrenos rocosos la ejecución de galerías de reconocimiento es útil,
para prever la velocidad de avance, el comportamiento de la roca y determinar los
precios, ya que cuando se trabaja en terrenos sueltos y permeables, la galería tiene el
inconveniente de producir drenaje, lo que trae como consecuencia una saturación del
terreno vecino y pronto difiere del que se encontró al perforar la galería de
reconocimiento.
No hay que olvidar que los estudios geológicos no nos entregan más que
probabilidades y no certezas y que no permiten prescindir de la mayor prudencia en el
curso de las obras.
b.- Trazado y Perfil Longitudinal.
b.1.- Túneles para carreteras y vías férreas:
El trazado y el perfil longitudinal son función esencialmente de la Topografía
del terreno, pero dependen de las condiciones de ejecución de la obra.
Los túneles largos para carreteras se atacan a la vez, siempre por ambos
extremos, para ello se adopta preferentemente el trazado en línea recta, que es el más
económico y exacto en cuanto se refiere a la coincidencia entre ambos ataques. Sin
embargo no es así para los túneles de ferrocarril en terrenos montañosos, en los que en
algunos casos, el trazado exige pasar por puntos obligados, en que si se trazara en línea
recta la pendiente fuera mayor a la admisible. En consecuencia se debe adoptar el
trazado en curva llegando hasta el trazado helicoidal.
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9. En los túneles de carreteras y vías férreas, debe conservarse una pendiente en
general ascendente en el sentido del valle, se adopta generalmente una pendiente única
que es la de la carretera mientras que para la vía férrea, la pendiente se reduce entre un
10 y un 20 %, compensando esta pendiente por la reducción de adherencia que produce
la atmósfera húmeda del túnel, así por ejemplo, en un túnel de tracción eléctrica la
pendiente de la línea es de 4,3 % en el interior y de un 3,4 % en el exterior.
La pendiente mínima de un túnel es de un 2/1000, lo que corresponde a la
fluencia crítica de las aguas.
b.2.- Túneles para galerías hidráulicas:
En estos túneles no existen las limitaciones de curvas y pendientes que existen
en los túneles de carreteras y vías férreas.
El trazado de las galerías hidráulicas se compone de alineaciones rectas que
conviene sean lo más largas posibles y curvas de acuerdo al uso de trazados quebrados o
curvos que se aproximen a gargantas convenientemente elegidas en los que es posible
establecer ventanas de ataque intermedias.
En cuanto al perfil longitudinal esta constituido también por secciones de
inclinación variable, que pueden llegar hasta la vertical, existiendo frecuentemente entre
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10. ambos extremos de una galería hidráulica, diferencias de nivel de varios centenares de
metros.
b.3.- Perfil transversal:
Como ya se explicó el perfil transversal depende de la función de la obra y esta
condicionado por las dimensiones de los galibos libres interiores y por la naturaleza del
terreno
En principio y salvo en terrenos rocosos y compactos de excelente
comportamiento, los túneles deben revestirse siempre, incluso en estos terrenos puede
convenir revestir las galerías hidráulicas para disminuir la pérdida de carga debido a la
rugosidad de la pared rocosa. El revestimiento debe ser de hormigón, excepto en los
túneles sub fluviales que son de metal.
En los terrenos malos con fuertes empujes, el revestimiento debe ser completo,
aproximándose a la forma circular que es la de máxima resistencia. En terrenos
normales se aplica el revestimiento sobre el hueco a proteger ( bóveda ) y en los muros
laterales. En los terrenos muy buenos pueden suprimirse los muros laterales si se
encuentra roca franca, luego aquí se limita a revestir la bóveda. Por último en las rocas
excepcionalmente compactas puede suprimirse también el revestimiento de la bóveda.
La naturaleza de los terrenos condiciona también el espesor del revestimiento
que debe ser tanto mayor cuanto empuja el terreno y mayor la sección del túnel.
c.- Tipos de rocas:
Como parte del estudio geológico, será necesario conocer el tipo de material que
deberá atravesar el túnel.
Desde el punto de vista de los explosivos, las rocas pueden dividirse en dos
grandes grupos.
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11. c.1.- Rocas Igneas o Metamórficas:
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12. Estas rocas son usualmente las más difíciles de barrenar y explotar: Son de
origen volcánico o plutónico, están asociadas con disturbios tectónicos y aparecen
frecuentemente distorsionadas o contorsionadas. Su estructura granular varía entre
amplios límites y no presentan planos de fisuras, pudiendo ser consideradas bajo dos
subdivisiones.
c.1.1.- Rocas de grano extrafino y cuyas propiedades elásticas tienden a absorber el
choque causado por la explosión, antes que a quebrarse, por ejemplo los esquistos, las
micas y el gneiss de granito.
c.1.2.- Rocas de grano grande, como el granito, cuarcita y diorita. A veces son rocas
difíciles de taladrar por su contenido de sílice, pero usualmente se quiebran rapidamente
con la explosión.
c.2.- Sedimentarias:
Estas rocas son producto de la disgregación de rocas preexistentes y
consolidación de este material, o por la decadencia de vegetación y vida animal y
aparecen invariablemente en estratos
El espesor de las capas varía con arreglo al tiempo y naturaleza.
Cuanto más maciza sea la roca y el estrato, tanto más difícil será la voladura. La
facilidad del taladro dependerá de las propiedades abrasivas de la roca más que del
espesor.
Algunas piedras calizas y areniscas pueden dar lugar a problemas de voladuras
especiales.
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13. De acuerdo a lo anterior podríamos esbozar una clasificación de los suelos, de acuerdo a
las dificultades que presenta su excavación:
• Roca que exige el empleo de explosivos: esta categoría va desde la roca
dura e intacta que permite el ataque a gran sección sin entibación, hasta la
roca inestable que si necesita ser entibada.
• Buen terreno extraído sin explosivos : que permiten la ejecución de 1 a 3
metros de galería de sección adecuada sin entibaciones, entre las que
tenemos las arcillas duras, la tierra compactas, las areniscas, las arenas y las
gravas aglomeradas.
• Terreno medio o mediocre: es el que el techo de la galería de sección
adecuada puede mantenerse algunos minutos y los laterales y el frente una
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14. hora aproximadamente. Tal es el caso de las arcillas consistentes, la tierra
seca, la arena y grava aglomeradas y ciertas rocas dislocadas.
• Mal terreno: es el que el techo de las galerías de sección adecuada, debe
apuntalarse a medida que se avanza, resistiendo los laterales algunos
minutos. Tal es el caso de las arcillas blandas o que se expanden al aire, las
arenas húmedas, gravas o tierras vegetales sin gran cohesión, roca
descompuesta y gravas.
• Terrenos sueltos: como arenas o gravas secas en los que no se puede
progresar en sección pequeña más que al abrigo de blindaje continuo tanto en
el frente como en el techo y muros laterales, los que normalmente se deben
tratar con métodos especiales, como escudos o inyecciones.
3.4.- PLANIFICACION DE UN TUNEL
La construcción de túneles plantea una serie de problemas relacionados ya con
las disposiciones a adoptar en obras, ya con el método de ejecución de éstas y los
equipos que se utilizarán.
Como ya se ha planteado las soluciones dependerán de la naturaleza del terreno,
de su resistencia y de la posible presencia de agua, sin perder de vista que las obras
subterráneas son caras y que deben reducirse al mínimo.
En todo caso a continuación se darán a conocer algunas situaciones que se deben
considerar cuando se planea la construcción de un túnel y que tienen especial
importancia por su complejidad o por su alto costo.
a.- Determinación del método de construcción: dependiendo del tipo de terreno y del
uso que tendrá el túnel se debe determinar el método de construcción que se empleará.
De esta manera la construcción del túnel nos lleva a plantearnos la forma de
ejecutar la excavación y la ejecución de los revestimientos.
Si se trata de un túnel largo, lo normal es que se plantee su ataque por los dos
extremos. Si la altura del obstáculo sobre el túnel lo permite, pueden crearse ataques
intermedios descendiendo por pozo hasta la plataforma del túnel, avanzando en galerías
a uno y otro lado del fondo de estos pozos que se utilizarán para la evacuación de los
escombros y que pueden utilizase después como pozos de ventilación..
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15. Los túneles de sección pequeña, son los que más a menudo se atacan a plena
sección
b.- Instalación de faenas: una vez que se ha determinado el método de construcción, los
equipos requeridos para la ejecución de la obra, el programa de trabajo y control de
avance y el programa de operarios en trabajo, se procede a realizar la instalación de
faenas necesaria para el normal funcionamiento de ésta.
Algunos de los ítems que pueden estar presentes en una instalación de faenas son:
• Caminos de acceso a la obra y caminos interiores de la faena
• Plantas de aire comprimido, de hormigón y seleccionadoras de áridos
• Talleres, maestranzas, garage
• Puesto de abastecimiento y lubricación
• Polvorín
• Líneas de transmisión de energía eléctrica
• Red de aire comprimido, hidráulica ( industrial, potable )
• Patios de almacenamiento de material
• Oficinas, bodegas, laboratorios
• Sistemas de comunicación ( radio, teléfono, computación )
• Campamento para alojamiento, vestuario, baños
• Comedores, servicio médico, campos de deporte
• Casetas, control de calidad.
• Centrales de hormigón, centrales de enfierradura
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16. 3.5.- METODOS DE PERFORACION:
Existen distintos métodos de perforación para un túnel, los que varían
dependiendo del tipo de material o terreno en el cual se construirá.
3.5.1.- EXCAVACIONES ABIERTAS:
Todas las excavaciones deben ejecutarse de acuerdo a las líneas y pendientes
fijadas en los planos. Para ello en primer lugar debemos conocer los tipos de terrenos
donde se producirá la excavación, los que se sub clasifican en rocas y materiales
comunes.
• Excavación en roca: se define como roca aquel material que para ser
excavado requiere en forma imprescindible, sistemática y permanente el uso
de explosivos.
• Excavación en material común: se define como material común aquel que
no requiere usar en forma sistemática y permanente explosivos para su
excavación.
Todas las excavaciones de fundaciones para estructuras de hormigón que se
realicen en material común, deben efectuarse en seco y no se deben comenzar hasta
después de haber rebajado la napa freática.
Si eventualmente estuviésemos en presencia de aguas subterráneas, éstas
deberán ser secadas mediante métodos de agotamiento con bombas, pozos filtrantes
o sistema wellpoint ( que consiste en un conjunto de punteras hincadas ).
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17. Además se deben tomar todas las precauciones del caso a fin de que las
perturbaciones de la roca o del suelo, fuera de los límites de la excavación sean
mínimos.
Sobre excavaciones.
Toda la sobre excavación en rocas ejecutadas fuera de las líneas teóricas de la
excavación, para estructuras que deban estar en contacto con las rocas, deben
rellenarse con hormigón.
Las excavaciones en terreno común ejecutadas fuera de las líneas teóricas de la
excavación deben rellenarse alrededor de las estructuras con material compacto,
excepto en el caso que se haya especificado hormigón.
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18. Sólo en caso que se autorice en la faena, se realizarán excavaciones adicionales
fuera de los límites de excavación prescrita en los planos, para ser utilizadas como
accesos provisionales, caminos de acarreo o para otras instalaciones provisionales
de construcción y para ello se deben ejecutar los rellenos que sean necesarios por
este motivo y las modificaciones de las obras definitivas causadas por esas
excavaciones adicionales.
Estabilidad de los taludes excavados.
Para la estabilización de los taludes producidos por la excavación, se deberán
acuñar, peinar o reforzar mediante pernos de anclaje, tirantes postensados u
hormigón proyectado.
Además se debe realizar la desviación de las aguas superficiales y del
agotamiento de las excavaciones y la provisión y mantención de las instalaciones de
drenaje y bombeo que sean necesarias para asegurar la estabilidad de los taludes.
Inmediatamente después de ejecutada cualquier excavación en roca, se debe
acuñar los taludes con el objeto de remover las rocas sueltas, fracturadas o
potencialmente inestables, que puedan presentar peligro de desprendimiento,
después se deben inspeccionar periódicamente y volver a realizar su estabilización
las veces que sea necesario.
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19. Limpieza de superficies de apoyo.
Se debe limpiar la superficie de roca donde vaya a existir contacto directo con
hormigón o relleno, esta limpieza consiste en la eliminación de todo material
extraño al terreno natural y todo suelo o roca de calidad deficiente o que ha visto
alterada por los procedimientos de excavación utilizados.
La preparación de la superficie debe incluir el tratamiento de fallas y fracturas
utilizando el criterio que definiremos en excavaciones subterráneas.
Voladuras.
En general toda voladura debe ejecutarse de acuerdo a las prescripciones
generales para cada caso y deben controlarse con especial cuidado, a objeto de
reducir al mínimo las sobre excavaciones, preservar las rocas fuera de los límites de
la excavación teórica indicada en los planos y lograr superficies finales
relativamente lisas.
Se debe tener conocimiento sobre la estructura y fractura de todos los tipos de
rocas a excavar. La roca situada fuera de los límites de la excavación que haya sido
golpeada, aflojada o de alguna manera dañada por la voladura u otras causas, debe
ser removida hasta el grado que se indique en las especificaciones técnicas
particulares para la obra.
Las cargas de explosivos usadas en las voladuras, cerca de las estructuras
existentes o instalaciones, debe ser mínima o deben confinarse para limitar el efecto
de la explosión.
Precauciones al efectuar la voladura.
Se debe permitir efectuar voladuras solamente después que se hayan tomado
todas las medidas necesarias para la protección de personas, obras y bienes.
Se debe tener un plan completo y detallado de la forma como s llevarán a cabo
los trabajos, como diagramas de tiro, de corte, factor de carga, longitud de los
barrenos, tipo de explosivos, tip de red de detonación, carga de fondo, carga de
columna, taco y tamaño de la marina ( roca producto de la explosión ).
3.5.2.- EXCAVACIONES SUBTERRANEAS.
Llamaremos excavación subterránea a aquella ocupada en túneles, ventanas de
construcción, piques verticales, inclinados, cavernas y en general toda obra subterránea.
Los límites de la excavación se deberán considerar hasta las líneas y cotas que
se muestren en los planos del proyecto. Las líneas de excavación teóricas son aquellas
dentro de las cuales, no puede quedar ningún material sin excavar y ningún sistema de
sostenimiento, salvo los definitivos.
En las obras subterráneas se usan métodos de excavación que afecten al mínimo
la estabilidad de la roca y le permita obtener superficies relativamente regulares. Para
ello se debe controlar las voladuras usando técnicas apropiadas y determinar los valores
más convenientes para aquellos factores que tienen mayor importancia, como: distancia
a la cara libre, espaciamiento entre barrenos, distribución de las cargas, cantidad y tipo
de explosivos, secuencia de los retardos y carga máxima por retardo.
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20. Antes de iniciar la excavación de las obras subterráneas y cada vez que se vaya a
modificar el método de excavación se debe poseer detalles completos de los diagramas
de perforación y disparos que se va a emplear, incluyendo croquis de los procedimientos
de perforación y voladura en que se indique el número, ubicación, profundidad de los
barrenos, cantidad y potencia de los explosivos en cada barreno y en cada disparo,
secuencia del encendido, carga y tiempo a usar en los casos de voladuras con retardo y
cualquier otra información que se considere conveniente para verificar las medidas
tomadas para lograr superficies excavadas, sanas y regulares y no producir daños en
estructuras vecinas.
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21. Inmediatamente después de cada voladura, se debe acuñar y remover todo el
material suelto de las superficies excavadas y se debe mantener permanentemente esas
superficies libres de rocas sueltas o peligrosas. Se debe acuñar cualquier superficie que
sea inestable o insegura y proceder a afirmar los trozos de roca por medio de cáncamos
y hormigón proyectado. Además se debe efectuar el acuñado y la remoción de
materiales sueltos o el afirmado de ellos, a pesar de que estos materiales se encuentren
fuera de los límites de la excavación. Por otra parte se deben instalar todos los sistemas
de sostenimiento que sean necesarios para la excavación subterránea, incluyendo los
sostenimientos provisionales, para lo cual se debe usar donde corresponda, pernos de
anclaje, hormigón proyectado o marcos metálicos.
Tratamiento de fallas.
Consiste en el retiro de los materiales que se encuentran fuera de las líneas de la
excavación teórica, localizadas en fallas que atraviesan más o menos normalmente la
excavación. Este tipo de tratamiento se ejecutará solamente en los lugares que indique el
jefe de excavación.
Los distintos tratamientos se hacen de acuerdo a la siguiente pauta general:
• Si el espesor “e” de las fallas, es menor a 0.15 m., se sacará el material
alterado, hasta una profundidad igual a “e” y se rellenará con hormigón
proyectado a alta presión.
• Si el espesor de “e” está comprendido entre 0.15 y 0.30 m., se debe sacar el
material alterado, hasta una profundidad de 0.20 m., rellenando luego con
hormigón proyectado y colocando una capa de este material que sobrepase
lateralmente a lo menos 0.25 m la zona alterada.
• Si el espesor “e” está comprendido entre 0.30 y 1.00 m., se debe sacar el
material hasta una profundidad de 0.50 m., rellenando luego con hormigón,
que se ligará a las capas de rocas adyacentes mediante cáncamos. Esta zona
se cubrirá de hormigón proyectado de 5 cms de espesor mínimo sobre puntas
de rocas, sobrepasando lateralmente a lo menos, 0.50 m la zona alterada.
• Si el espesor “e” es superior a 1.00 m, el refuerzo se definirá separadamente
para cada caso, mediante armadura metálica, cáncamos diagonales tipo
peineta, etc…
Las situaciones especiales que se presenten, serán definidas por una persona
calificada, particularmente en el caso de fallas aproximadamente paralelas al eje de la
excavación.
Si la excavación de la obra, cruzara zonas de fallas extensas, de poca capacidad
de soporte, zonas permeables con acuíferos potentes, podría ser necesario recurrir tanto
a sistemas de excavaciones como de sostenimiento especiales. En estos casos podría ser
necesario pedir informes geológicos nuevos, cambiar el trazado o ubicación de la obra,
cambiar forma y dimensión de la sección de excavación, agregar etapas de excavación,
efectuar perforaciones o galerías de drenaje, efectuar inyecciones de
impermeabilización o de consolidación, congelar el terreno, etc..
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22. Depósito para los materiales excavados.
La marina o saca proveniente de la excavación de los túneles, deberá ser llevada
a botaderos designados para tal efecto, de acuerdo a los planos y especificaciones del
contrato. Cabe señalar que las cantidades de material proveniente de las excavaciones
pueden llegar a ser un problema de gran envergadura si no se ha considerado con
antelación su depósito. De igual forma se debe considerar los costos involucrados en su
transporte.
Conservación de las excavaciones.
Las excavaciones deben mantener su sección y las condiciones de seguridad
necesarias, para este objeto se deben revisar periódicamente los lugares ya excavados,
efectuándose el retiro de los materiales que hubiesen caído y reforzando los elementos
de sostenimiento que muestren señales de estar soportando tensiones demasiado
elevadas, que se hayan deformado en exceso o que se hayan deteriorado.
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23. En los sectores que se observen empujes de gran magnitud, se deberá llevar un
registro cronológico de las deformaciones que se produzcan, para lo cual se debe
colocar la instrumentación adecuada.
Un ejemplo de ello es el Distomatic, que consiste en intercalar el instrumento en
dos puntos fijos, unidos con un hilo Invart. El instrumento recoge el extremo móvil en
un rango de 0 a 51,6 mm., traccionando la cuerda con una fuerza de 15 kilos.El valor
de dos controles consecutivos permite determinar la variación con una precisión de +/-
0.01 mm ( especie de deformímetro )
Informe de avances.
Se debe llevar informes exactos de todas las excavaciones de obras subterráneas
que se estén ejecutando y diariamente de deberá tener informes completos del día
anterior y del día en curso, en los que se anotará al menos lo siguiente:
a.- kilometraje y cota de la frente antes del disparo
b.- kilometraje y cota de la frente después del disparo
c.- diagrama de perforación incluyendo en Nº, ubicación, diámetros y longitudes de las
perforaciones
d.- tipo y cantidad de explosivos en cada disparo, el tipo y ubicación de los fulminantes
(estopines) y el diagrama de encendido de ellos.
e.- Nº, ubicación y tipo de los sostenimientos metálicos instalados y la cantidad y
ubicación de los encostillados colocados.
f.- cantidad, longitud, ubicación y tipo de refuerzos para roca instalados.
g.- Nº y clasificación del personal y de los equipos usados.
h.- tiempos ocupados en instalaciones, topografía, perforación, carguío y disparo,
ventilación, acuñadura, sostenimiento, extracción de marina, como también los tiempos
sin trabajo útil en la frente.
i.- hechos imprevisibles, caídas de roca, formaciones inestables o blandas y afluencia de
agua
Esta información se completará con cualquier otro dato adicional que sea
necesario.
Topografía para obras subterráneas.
La topografía para una excavación de túneles es de gran importancia, pues será
la que nos indique las líneas y cotas de la excavación, nos indicará el sentido y la
ubicación de cada una de las componentes del túnel y nos indicará los niveles,
movimientos de tierra, centros de avance, gradientes y pendientes, referencias,
kilometrajes que son necesarias para llevar a cabo una obra de gran envergadura.
Levantamientos preliminares.
Son aquellos levantamientos requeridos para obtener las características
topográficas en forma detallada de la superficie del terreno en que se ubica la entrada de
una ventana o túnel.
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24. Estos pueden ser levantamientos de áreas que corresponden a la proyección del
relieve sobre un plano horizontal o bien levantamientos de perfiles que corresponden a
la traza definida por la intersección del relieve con el plano vertical.
Usando cualquiera de los dos sistemas de levantamiento logramos obtener
antecedentes para el movimiento de tierra a ejecutar en la preparación de la plataforma
en que se ubicará el portal del túnel o ventana y la instalación de faenas necesaria para
la obra.
Triangulación puntos de entrada.
Debemos situar una estación primaria (monolito) próximo a cada portal del túnel
y en la proyección del eje de éste. Tendrá carácter permanente, por lo que se tomarán las
precauciones de construirse en terreno firme y fuera del perímetro de movimiento.
Estos monolitos se triangulan desde el vértice de la triangulación básica,
obteniendo con ello las coordenadas reales.
Instalado en este monolito se da y controla la dirección del túnel, de acuerdo al
azimut calculado y de proyecto.
Nivelación punto de entrada.
Con la triangulación de este punto obtenemos su posición, necesitamos conocer
también su cota y así poder establecer desde este punto, ejes y pendientes para la
excavación.
En la base del monolito colocamos un perno de cabeza redonda al cual daremos
cota mediante nivelación de precisión. La nivelación para este monolito o PR, se hace
desde la red de PR cuyas cotas se conocen con la aproximación de 1 mm. La cadena de
PR, así como la triangulación básica de los elementos dejados durante el estudio del
proyecto, serán antecedentes utilizados para el replanteo de la obra.
Conducción topográfica de un túnel.
La conducción topográfica de un túnel esta basada en un sistema de estaciones
que contendrán los valores para determinar o establecer las direcciones horizontales
(ejes) y las verticales (pendientes) del proyecto.
Estas estaciones están relacionadas por triangulación y nivelación con el
monolito de entrada o de superficie.
Para el avance diario es necesario contar con elementos prácticos como centro de
avance y gradientes, usados por los capataces para marcar la frente y posesionar el
diagrama de tiros.
Centros de avance.
El eje de un túnel se materializa en el avance, con tacos de madera colocados en
las perforaciones en la clave del túnel. En este taco se coloca un clavo con ranura del
cual penderá una plomada
Este sistema es normal cuando la calidad de la roca es buena, en los sectores
sonde se coloca entibación, los centros se materializan mediante ranura hecha con hoja
de sierra en los marcos.
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25. Gradientes.
Por definición gradiente es la pendiente de una recta, es decir su mayor o menor
inclinación sobre el horizonte.
Para efectos de túneles, llamaremos gradiente a elementos colocados en la caja
del túnel, que determinarán un plano paralelo a la pendiente del proyecto
Este plano se materializa en pares de tacos colocados en la caja del túnel a una
distancia entre si, de 5 o 6 metros y a una altura acordada de antemano, que
frecuentemente es de 1,5 metros sobre la cota teórica del piso de la excavación.
Con estos dos elementos mencionados y materializados en terreno: centros de
avance y gradientes, los capataces están en condiciones de marcar el eje y la gradiente
en la frente, para cada disparo.
Centros de alineación definitiva.
Para trasladar el eje dentro del túnel es necesario contar con monolitos
permanentes, que se construyan en terreno firme, entre las vías si se ocupa equipos
sobre rieles y no debiendo salir más de 5 cms. sobre la superficie y si se ocupan equipos
neumáticos, los monolitos irán bajo la superficie de tránsito y protegidos por una caja de
fierro con tapa. En ambos casos el monolito en su superficie tiene una placa de hierro
para marcar el eje respectivo mediante un punto.
Para prolongar el eje se espera la perforación de un tramo y se coloca otro
monolito. La equidistancia entre ellos la debe establecer el topógrafo para su
conveniencia ( 200 – 250 metros ), considerando visibilidad y tiempo que ocupe en
medir con precisión este tramo.
Si no fuera posible construir monolitos en el centro, el eje se puede llevar
desplazado en forma paralela y a una distancia que debe ser constante. También se
puede llevar por la clave, materializando en piezas especiales para tener una buena
visual o para el posesionamiento del instrumento.
Kilometraje.
El kilometraje en los túneles es necesario marcarlos en la caja del túnel cada 10
metros, siempre manteniendo un orden, es decir, a un miso costado y a una altura
constante, mediante balizado.
En faenas tuneleras el kilometraje es una referencia de uso constante. En el se
apoya el topógrafo para dar gradientes, el informe de avance diario, avances mensuales,
determinar longitudes efectivas de cada disparo, ubicación de perfiles transversales,
situar zonas de entibación, controles de fallas, etc.
Las marcas de kilometrajes deben llevarse cerca de la frente en el avance y
mantenerlas durante toda la obra, porque posteriormente se usarán para medir avances
de concretadura, radier, soleras y bóveda.
3.5.3.- PERFORACION O BARRENADO.
Una vez marcado el diagrama de tiro de la frente, se procede a realizar la etapa
de perforación, de gran importancia, debido a que del buen resultado del disparo,
depende la buena ejecución del conjunto de perforaciones en la frente.
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26. Equipos para barrenar.
Para efectuar la perforación de la roca, existen distintos tipos de máquinas, las
que de acuerdo a la forma como desarrollan su trabajo, se dividen en ROTATIVAS y de
PERCUSION.
Las rotativas realizan la perforación por medio de una herramienta cortante
giratoria, en forma de corona, que puede estar revestida de materiales abrasivos, como
la sonda de diamante. El efecto cortante es determinado por la velocidad de rotación, el
poder abrasivo de la corona, la presión ejercida por el mecanismo de avance y el peso
del varillaje y de las herramientas. La naturaleza de la roca, además de los factores
señalados, determina la velocidad de avance.
Las máquinas de percusión realizan su trabajo por medio de un elemento
cortante o trépano, que golpea sobre el fondo de la perforación, los bordes agudos de la
herramienta cortan la roca y el mecanismo de rotación hace girar la broca a una nueva
posición por cada golpe.
Los factores que en este caso determinan la velocidad de avance, son el número
de golpes por minuto y la naturaleza de la roca.
Las máquinas rotativas se emplean preferentemente para efectuar sondajes y las
de percusión o perforadoras de martillo tienen un amplio campo de aplicación, en
romper pavimentos, en hinca de pilotes, en las construcciones de túneles y en las labores
mineras.
Algunos ejemplos de estas maquinarias son: Los Jack Legs o perforador para
empujador, máquina manual de fácil uso, Perforador montado sobre carro automático o
Jumbo, Vagón perforador o Vagon Drill, los martillos neumáticos, Truck Drill sobre
orugas y otros.
Funcionamiento de las máquinas perforadoras.
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27. 3.6.- TIPOS DE EXPLOSIVOS. PRECAUCIONES DE USO:
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28. 3.7.- REVESTIMIENTO DE PAREDES:
3.8.- LOSAS DE DESPLAZAMIENTO
3.9.- OBRAS DE VENTILACION
3.10.- PUESTA EN SERVICIO:
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