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TÚNELES CARRETEROS DISEÑO, DISEÑO CONSTRUCCIÓN Y SUPERVISIÓN

PANORÁMA GENERAL M en II. JOSÉ FRANCISCO SUÁREZ FINO M.

11 – 12 de octubre


Clasificación de los Túneles a. Según su servicio:

b. Según su localización: - Minería - Urbanos - Carreteros - Bajo el agua - Ferroviarios - De montaña -M Metro t - Acueductos y drenajes - Cavernas c. Según g entorno ggeológico: g - Túneles en roca - Túneles en suelos - Túneles con frentes mixtos

Octubre 26, 2006.

AMITOS


ETAPAS DEL PROYECTO 1. L 1 Levantamiento t i t Topográfico T áfi 2. Estudios Geológico y Geofísico 3 Proyecto Geométrico 3. 4. Integración Geotécnica 5 Análisis de Estabilidad de Taludes en los Tajos 5. 6. Análisis, Definición de Fases de Excavación y Diseño de Sostenimientos 7. Análisis y Diseño Estructural del Revestimiento 8. Obras Complementarias 9. Proyecto de Iluminación y Ventilación 10. Especificaciones de Construcción 11. Catálogo de Conceptos


PROYECTO

Topografía Proyecto Geométrico Estudio G fí i Geofísico

Modelo Geológico g Obras de Acceso

Estudio Geológico Clasificaciones Geomecánicas

Sondeos Ensayos de laboratorio

Propiedades Geomecánicas De los Materiales

Supervisión y Control Técnico Durante la obra

Modelo Geotécnico

Propiedades Geomecánicas Del Macizo

Construcción

Análisis A áli i y Diseño de las Excavaciones

Proyecto Ejecutivo


Incertidumbre

¿¡TÚNEL!?

Proyecto Exploración Estudios Ingeniero preocupado

Ingeniero ocupado


LA CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL SE AFRONTA SIEMPRE CON UN GRADO DE INDETERMINACIÓN DEBIDO A LAS DIFICULTADAS DE INVESTIGACIÓN Y RECONOCIMIENTO DEL TERRENO ANTES Y DURANTE LA EXCAVACIÓN. Ó POR ELLO ES IMPRESCINDIBLE REALIZAR UN CONTROL PERMANENTE DURANTE TODO EL PROCESO CONSTRUCTIVO.


EL

POSEER

AMPLIOS

CONOCIMIENTOS

GEOLÓGICOS Y GEOTÉCNICOS Y DISPONER DE

LAS

CÁLCULO

MEJORES CON

HERRAMIENTAS

LOS

PROGRAMAS

DE MÁS

AVANZADOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO, NO SON ELEMENTOS

SUFICIENTES

PARA

GARANTIZAR QUE SE ALCANCE EL OBJETIVO DE

LOGRAR

EL

DISEÑO Ñ

INTEGRADO,

COHERENTE Y CONSOLIDADO DE UN TÚNEL.


EN MÚLTIPLES CASOS, LOS DISEÑOS DE LOS TÚNELES SE COMPLETAN Y ADECUAN DURANTE TOMAR

EN

LA

CONSTRUCCIÓN

PARA

CUENTA SITUACIONES

NO

PREVISTAS O CONDICIONES DISTINTAS A LAS ANTICIPADAS EN LOS ESTUDIOS.


Estudios preliminares ▪ Levantamiento Topográfico ▪ Estudio Geológico ▪ Estudio Geofísico  ▪ Sondeos Exploratorios Directos ▪ Definición del Modelo Geológico Integrado


Topografía Levantamiento topográfico ▪ De detalle en los emboquilles  ▪ Altura y geometría de taludes: Replanteo del lugar  Altura y geometría de taludes: Replanteo del lugar de emportalamiento.  ▪ Condiciones topográficas del túnel   (cobertura)


1. Levantamiento Topogrรกfico


Portal Durango


Portal Mazatlรกn


Perfil y planta topográfica


Secciones topográficas


Geometría taludes de los tajos


2. Estudios Geológico y Geofísico

Métodos de Exploración Geológica Métodos Indirectos Fotogeológicos Métodos Geofísicos  Métodos Directos Levantamientos Geológicos g Pozos a cielo abierto y trincheras Túneles y socavones Sondeos exploratorios (perforaciones)


Literatura e información existente Fotografía aérea y topografía Fotografía aérea  y topografía

Principales accidentes  geomorfológicos y geológicos geomorfológicos y geológicos  (fallas, contactos, estructuras  regionales etc ) regionales, etc.)


Fotointerpretaci贸n geol贸gica


ESTUDIO GEOLÓGICO A DETALLE

 Tipo de materiales: Litología y composición, composición contactos litológicos, estratificación, estructuras sedimentarias.  Formaciones superficiales: Zonas de alteración, grado de meteorización; condiciones geomorfológicos, procesos y evolución morfológica del terreno.  Estructura Et t geológica ló i y contactos t t t tó i tectónicos: G d de Grado d fracturamiento, discontinuidades sistemáticas ((estratificación,, diaclasas,, foliación), ), discontinuidades singulares, (zonas de fallas y brechas), actividad tectónica y neotectónica.  Características í i d la de l roca matriz. i  Descripción del macizo rocoso.  Descripción D i ió de d las l discontinuidades. di ti id d  Propiedades del macizo rocoso.


        

Datos hidrogeológicos e hidrológicos. Situación del nivel freático. freático Inspección de pozos y manantiales. Localización de acuíferos, materiales permeables o impermeables, zonas de encharcamiento. Localización de zonas de recarga y drenaje. Zonas de inestabilidad del terreno. Indicios o señales de deslizamientos o desprendimientos. Áreas de erosión. Zonas afectadas por subsidencias, hundimientos y cavidades. id d


Descripción  con detalle  de tipo de junta, forma,  abertura, relleno,  persistencia, rugosidad,  it i id d alteración, presencia de  agua, etc.) g , )

Importante para: Importante para: ▪Clasificación geomecánica ▪Estabilidad de bloques en los taludes ▪Estabilidad de bloques en los taludes ▪Estabilidad de cuñas en el interior del túnel Diseño de refuerzo (anclaje) Diseño de refuerzo (anclaje)


Abundante flujo de agua

Toba lítica, color  rojo ocre de  rojo ocre de mayor resistencia.

35°

Toba lítica con  Toba lítica con arcilla muy  plástica poco  resistente

Bloques desprendidos del  frente por el gran flujo de  agua

768+954 TOBA LÍTICA

RMR=25


Transición entre  toba lítica y andesita

Zona de falla

Andesita

35 °


RELLENO ARCILLA PLASTICA

2 50 M 2.50 FLUJO DE AGUA

CONTACTO LITOLOGIC O

ANDESITA BLOQUES DE ROCA QUE SE HAN DESPRENDIDO DE LA CLAVE (TOBA LITICA)


2.50 M

CONTACTO LITOLOGIC O

RELLENO ARCILLA PLASTICA

ANDESITA


11 AGOSTO

768+953 RMR=25

CONTACTO LITOLOGIC O

2.50 M

FLUJO F UJO DE AGUA PUNTUAL

Enfilaje de 13 varillas de 3 m de longitud, con 1.5” 1 5” d de diametro di t

ANDESITA


13 AGOSTO


FLUJO DE AGUA


13 AGOSTO


Métodos geofísicos de exploración ▪ Métodos sísmicos ▪ Sísmica de refracción ▪ Sísmica de reflexión í i d fl ió ▪ Métodos eléctricos Métodos eléctricos ▪ Sondeos eléctricos verticales y de frecuencias  (SEV  y y SEF) ) ▪ Métodos eléctromagnéticos ▪ Georadar ▪ Métodos  gravimétricos Mét d i ét i


Objetivos de los estudios geofísicos 1. Conocer la distribución de los diferentes materiales t i l existentes i t t d l subsuelo del b l e inferir i f i algunas de sus características de f t fracturamiento, i t alteración lt ió y compacidad id d 2. Determinar los espesores de los diferentes materiales t i l que constituyen tit ell macizo i rocoso 3. Espesor del material de baja calidad o d descomprimido i id (zona ( d portales) de t l ) 4. Correlacionar datos geofísicos con características t í ti lit ló i litológicas y geotécnicas té i


Sondeos electromagnĂŠticos por frecuencias


Perfiles GeosĂ­smicos


Sondeos exploratorios directores ▪

EEquipo ligero Winkie modelo GW‐15 de  i li Wi ki d l GW 15 d JKS. Testigo de 36 mm P Permitió llegar a zonas de difícil acceso i ió ll d difí il

Equipo pesado (Difícil traslado) Equipo pesado (Difícil traslado) Testigo de 50 mm


SECRETARIA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES

TUNEL PICACHOS I

S4-T3

TUNE EL

1 DE 1

FIN DEL SONDEO (25.05 metros)

NOTAS:

FIGURA 9 PERFIL ESTRATIGRAFICO DEL SONDEO EXPLORATORIO S4-T3. PORTAL DE SALIDA (MAZATLAN) DEL TUNEL ARROYO SECO (TUNEL 3). AUTOPISTA DURANGO-MAZATLAN. TRAMO EL SALTO-RIO BALUARTE, DGO.


Planta y Perfil Geol贸gico


Modelo geológico integrado


3. Proyecto Geométrico Aspectos funcionales que influyen en la definición de la sección transversal de los túneles carreteros a) Tipo y calidad de roca. roca b) Alineamiento horizontal y vertical, ancho de corona ( (carriles y acotamientos). ) c) Gálibo y características del trazo d) Sistemas de Iluminación y ventilación e)) Instalaciones I t l i d seguridad de id d y de d emergencia i


Sección Transversal

El diseño de la geometría de la sección suele obedecer más a aspectos propios del

túnel

(geología,

procedimiento

geotecnia, constructivo,

instalaciones, etc.), que a características propias i de d la l carretera. t


Terracerías

Puentes

Túneles

C. Acceso

C. Fed. 40


4. Integración Geotécnica Análisis á de muestras y ensayos de laboratorio


Ensayos de laboratorio compresión simple

Tensión indirecta o brasileño

compresión triaxial


Probetas preparadas


Probetas ensayadas


Caracterización Geotécnica Clasificaciones Geomecánicas

Tiene como finalidad obtener parámetros geomecánicos para su empleo en el diseño, proyecto y construcción de las obras subterráneas. a) Rock Mass Rating o sistema RMR de Bieniawski.

b) Sistema Q, del Instituto Geotécnico Noruego, desarrollado por Barton, Lien y Lunde.


Parámetros RMR Rock Mass Rating • • • • • •

Q Índice de calidad del macizo • RQD = Índice de calidad Resistencia a la de la roca compresión simple • Jn = Número de sistemas Índice de calidad de la de jjuntas roca RQD • Jr = Índice de la rugosidad Separación entre de las fisuras discontinuidades • Ja = Número de la alteración de las fisuras Estado de las • Jw = Factor de reducción discontinuidades Presencia de agua por la presencia de agua en Corrección por las juntas orientación i t ió de d la l • SRF = Factor F t de d reducción d ió discontinuidad por esfuerzos


Calidad del macizo rocoso con base en el Ă­ndice RMR de Bieniawski

Calidad del macizo rocoso segĂşn la Q de Barton Q E n t r e 0 .0 0 1 y 0 .0 1 E n t r e 0 .0 1 y 0 .1 E n t r e 0 .1 y 1 .0 E n tre 1 y 4 E n tre 4 y 1 0 E n tre 1 0 y 4 0 E n tre 4 0 y 1 0 0 E n tre 1 0 0 y 4 0 0 E n tre 4 0 0 y 1 0 0 0

C A L ID A D R o c a e x c e p c io n a lm e n t e m a la R o c a e x tr e m a d a m e n te m a la R o c a m u y m a la R o c a m a la R o c a m e d ia R oca buen a R oca m uy buena R o c a e x tre m a d a m e n te b u e n a R o c a e x c e p c io n a lm e n te b u e n a


GEOT GEOTÉ ÉCNICO PlantaPERFIL y perfil Geotécnico


Planta y perfil GeotĂŠcnico


PERFILgeomecánicos GEOTÉCNICO GEOTÉ Modelos


5. AnĂĄlisis de estabilidad en los cortes j de acceso de los tajos Consideraciones: a) Tipo y calidad de roca b) GeometrĂ­a (pendiente y altura) c) VolumetrĂ­a d) Estabilidad e) Tratamientos


6. Análisis, Definición de Fases de Excavación y Diseño de Sostenimientos

Tipos de falla analizadas: 1 Falla por esfuerzos: ocurre cuando los esfuerzos 1. actuantes (inducidos por la excavación), superan los esfuerzos resistentes propios de la roca. La roca se plastifica alrededor de la excavación.


2. Falla Estructural: ocurre por la intersección de discontinuidades formando bloques, proclives a caer hacía el interior del túnel. La falla puede ser plana l o en cuña. ñ


Análisis, Definición de Fases de Excavación y Diseño de Sostenimientos

Malla de elementos finitos para la sección 668+520

Etapas de excavación


D Desplazamientos l i t horizontales h i t l y verticales ti l

Puntos pl谩sticos alrededor de la excavaci贸n


MARZO 2011


Perfiles OMEGA (THN)


Perfiles OMEGA (THN)


Tipos de Uniones

• Tipo G Tipo G • Union Tipo Auxi

• Tipo Abarcon


Tipos de Arriostramiento


Chapa Bernold o Poligonal • La chapa Poligonal, se comenzó a usar para la ejecución de túneles, como cimbra perdida, el sistema mas utilizado fue el Bernold, del cual tomo el nombre nomb e y es como actualmente act almente se la conoce.


Emportalamientos protegidos


Malla de elementos finitos y etapas de excavaci贸n

Malla de elementos finitos y etapas de excavaci贸n


Análisis de estabilidad de cuñas en el interior del túnel


Análisis de estabilidad de cuñas en el interior del túnel


Funcionamiento 


Instalaci贸n


Malla de elementos finitos y etapas de excavaci贸n,


ENFILAJE EJECUTADO  CON JUMBO


Enfilaje atuperforante


TUNEL DE PIEDRA COLORADA TUNEL DE PIEDRA COLORADA


7. AnĂĄlisis y DiseĂąo Estructural del Revestimiento Tipo de carga: Presiones de aflojamiento


CONSIDERACIONES ESTÁTICAS Y SIMULACIÓN


CONSIDERACIONES ESTÁTICAS Y SIMULACIÓN


8. Obras Complementarias


Túneles falsos

CHARCAS

LAS PALOMAS

COPALA  II 

COPALA  I 

COPALA  III 


8. Obras Complementarias Impermeabilizaci贸n del t煤nel


INSTALACIÓN DE LA GEOMEMBRANA


Drenaje


Pavimento


Sistemas de Iluminaci贸n


Sistema de ventilaci贸n


Sistemas de Ventilaci贸n


Sistemas de Seguridad y Señalamiento  SISTEMA DE SEGURIDAD Caseta de Control


Sistemas de Seguridad y Señalamiento  Caseta de Control


TÚNELES CARRETEROS DISEÑO, DISEÑO CONSTRUCCIÓN Y SUPERVISIÓN

PANORÁMA GENERAL M en II. JOSÉ FRANCISCO SUÁREZ FINO M.

11 – 12 de octubre


1 Presentacion Panorama general