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TÚNELES CARRETEROS DISEÑO, DISEÑO CONSTRUCCIÓN Y SUPERVISIÓN

PROYECTO GEOMÉTRICO M en II. JOSÉ FRANCISCO SUÁREZ FINO M.

11 – 12 de octubre


PROYECTO DE TÚNELES CARRETEROS Topografía Proyecto Geométrico Estudio G fí i Geofísico

Modelo od o Geológico o óg o Obras de Acceso

Estudio Geológico

Clasificaciones Geomecánicas

Sondeos Ensayos de laboratorio Propiedades Geomecánicas De las Rocas

Supervisión y Control de Calidad

Modelo Geotécnico

Propiedades Geomecánicas Del Macizo

Construcción

Análisis A áli i y Diseño de las Excavaciones

Proyecto Ejecutivo


TÚNELES CARRETEROS Se diseñan para favorecer el paso fluyente, continuo, y seguro de vehículos í motorizados, a través de los obstáculos topográficos que impone ell trazado d de d una carretera cruzando d montañas ñ y horadando macizos rocosos, con objeto de lograr un trazado d cómodo ó d y funcional ffuncional. l. S Su d ñ diseño d b debe ser básicamente bá seguro, funcional y, hasta donde sea posible, estético. estético.


Requieren q características g geométricas p particulares que les son impuestas por las necesidades del vehicular.. tráfico vehicular Sus excavaciones, de entre 100 y 130 130m m² de área,, no son ni simples p ni son de la forma y dimensiones convencionales que suelen adoptar ), p por otros túneles,, ((hidráulicos,, ferroviarios), ejemplo, sección circular, sección portal o sección herradura herradura..


TRAZADO Y SECCIÓN TIPO L Los tú l túneles se caracterizan t i por su trazado t d y sección, definidos por criterios geométricos de gálibos, álib pendiente di t y radio di de d curvatura curvatura. t . El trazado en planta y perfil del túnel dependen del d l trazado t d del d l resto t de d la l carretera t y de d las l características de ésta, con la que tiene que mantener t una cierta i t homogeneidad, h id d y suele l ser más bien un parámetro de entrada al diseño del tú l que un resultado túnel lt d de d éste é t . éste.


161+059.00

160+790.00

160+659.00

VOL. CORTE 26,637 M3

VOL. TERRAPLEN 29,983 M3

LOSA DE 1 X 1 M LONG. 24.75 M

EXC. TÚNEL 73.20m

TUNEL LOS OTATES 107.57 m

161+220.00

T.L. Ø 3.51 M LONG. 105.0 M

VOL. TERRAPLEN 107,266 M3

TUNEL EL VARAL 763.77 m

A MAZATLÁN

PUENTE GUAMUCHIL II D. V. 269.00 m

161+167.57

T.L. Ø 1.52 M LONG. 67.0 M

TUNEL EL GUINEO 223.21 m

PUENTE GUAMUCHIL I 209.00 m

161+060.00

M.C.R. M.T.A.

159+242.23

EXC. TÚNEL 190.00m

T.L. Ø 1.22 M LONG. 169.52 M

EXC. TÚNEL 727 00m 727.00m

160+006.00

LOSA DE 3 X 2 M LONG 26.60 LONG. 26 60 M

159+207.21

VOL. CORTE 11,644 M3

158+960.95

VOL. CORTE 187,959 M3

158+984.00

PUENTE BALUARTE II 325.00 m

VOL. CORTE 69,341 M3

PUENTE KM. 158+900.00 126.60 m 158+834.35

158+418.32

VOL. CORTE 16,849 M3

160+450.00

IGUALDAD 158+176.900 AT. 158+180.000 AD.

A DURANGO 158+090.22

E PUENTE BALUARTE 1,124.00 m 158+080.00

VOL. CORTE 61,213 M3 VOL. CORTE 80,976 M3


TRANSICION 4C-2C KM 163+912

VOL. CORTE 44,669 M3

TUNEL MORILLOS 390.00 m

TUNEL EL CARRIZO I 149.00 m

163+912.00

163+790.00

163+731.00

163+473.50

163+329.00

108.00m

TÚNEL FALSO 134.50.00m

VENTANA EXC. TÚNEL EXC. TÚNEL 59.00m 95.00m 123.00m

VOL. TERRAPLEN 55,143 M3

TUNEL EL CARRIZO II 438.50 m

KM. 163+165

67.00m

162+100.0 00

161+988.0 00

98.00m

163+459.50

163+334.50

163+165.00

T.L. Ø 1.22 M LONG. 73.35 M

163+180.00

VOL. TERRAPLEN 53,367 M3

VENTANA EXC. TÚNEL

KM. 162+600

TUNEL GUAMUCHIL 280.00m

EXC. TÚNEL 154.00m

161+890.0 00

174.00m

161+710.0 00

96.00m

161+500.0 00

TÚNEL FALSO

VOL. CORTE 41,430 M3

PUENTE EL CARRIZO II 125.00 m

PUENTE EL CARRIZO D. V. 465.00 m 162+700.00

IGUALDAD 162+943.827 AT. 162+699.282 AD.

162+420.05

VOL. CORTE 196,078 M3

EXC. TÚNEL

EXC. TÚNEL 161+326..00

VOL. CORT 4,116 M3

VOL. CORTE 6,417 M3

VOL. TERRAPLEN 3,893 M3

161+220..00

162+335.95

161+665.80

161+514.20

RTE M3

162+105.00

PUENTE KM. 161+600.00 151.60 m

162+280.00

PUENTE PUENTE KM. MORILLOS 162+380.00 84 10 m 84.10 175 00 m 175.00

2.44 M 86.00 M

A MAZATLÁN A DURANGO


Ejemplo de trazo curvo con pendiente de 5 y 6%


Ejemplo de trazo curvo con pendiente de 5 y 6%


El trazado en planta generalmente viene determinado por la traza general de la carretera y normalmente no puede variarse de forma sustancial.. sustancial No responde a un planteamiento 煤nico, ya que depende de la longitud, longitud ubicaci贸n e incidencia en la ladera. ladera.


Ventana por escasa cobertura de roca


Ventana por escasa cobertura de roca


EJEMPLO DE SOPORTE EN LA VENTANA DEL TÚNEL LA LAGUNA III

FIG. 17


Consideraciones: Consideraciones: perdida de visibilidad a la salida: salida: el a)) Evitar p cambio de las condiciones de luz dificulta la percepción p p de la vía,, disminuyendo y de forma abrupta la velocidad. velocidad. b)) Coordinación entre la orientación del túnel y la iluminación.. iluminación El trazado de un túnel corto (longitud < 200 m), debe ser recto,, yya q que conviene ver la salida ((la percepción de la luz natural al otro lado ayuda a no tener deslumbramientos a la salida): salida):


Si el túnel es largo (1,000 a 1,500 m), es po a disponer d spo de curvas d u as en las as bo bocas, as, para pa a importante evitar el deslumbramiento facilitando una transición adecuada de las condiciones de luz luz.. Para túneles de más de 1,500 m,, se deben disponer curvas de radio amplio para no tener recta.. más de 1,500 m de recta Los radios deben ser amplios, p , p para facilitar una adecuada distancia de visibilidad. visibilidad. En general, no deben existir radios inferiores a 500 m.


ALINEAMIENTO HORIZONTAL


ALINEAMIENTO HORIZONTAL


Consideraciones para el trazado en perfil: perfil: a) Drenaje b) Pendiente longitudinal (entre 2 y 5 %): bidireccional;; unidireccional bidireccional ascendente (< (<2 2%); descendente (< (<5 5%) c) Evitar curvas verticales, tanto c贸ncavas como convexas d)) Ventilaci贸n e) Tipo de veh铆culos que circular谩n


ALINEAMIENTO VERTICAL


SECCIÓN TRANSVERSAL

El diseño di ñ de d la l geometría í de d la l sección ió suele obedecer más a aspectos propios del túnel (geología, geotecnia, procedimiento constructivo, instalaciones, etc. etc.), que a características propias de la carretera. carretera.


SECCIONES DE CARRETERA (4 CARRILES) EJE DE TRAZO Y PROYECTO L.V.D.

L.V.D.

CUERPO DE

TERRAPLEN

SECCION CONSTRUCTIVA DERECHO DE VIA TOTAL = 60.00 m


SECCIONES DE CONSTRUCCIÓN DE  TÚNELES (2 CARRILES) L.V.D.

L.V.D.

EJE DE TRAZO Y PROYECTO

CUERPO DE

TERRAPLEN

SECCION CONSTRUCTIVA DERECHO DE VIA TOTAL = 60.00 m


SECCIÓN TRANSVERSAL Consideraciones para su definición:

1. Tipo y calidad de roca roca:: procedimiento constructivo


Distribuci贸n de esfuerzos en el entorno de la excavaci贸n (variaci贸n gradual)


2. Alineamiento horizontal y vertical, ancho de corona (nĂşmero de carriles, acotamientos y sobreancho sobreancho), ), galibo lib y banquetas b t


Ancho de Calzada ď&#x192;ź El nĂşmero de carriles debe ser el mismo que en la carretera a cielo abierto


Ancho de Calzada ď&#x192;ź El ancho de los carriles generalmente es de 3.5 m ď&#x192;ź Generalmente se proyectan dos y tres carriles (bidireccionales)


 Los túneles carreteros se diseñan para operar como unidireccionales ó como bidireccionales


 El número de carriles en un túnel bidireccional será preferentemente de dos, aunque existen túneles bidireccionales de 3 carriles. carriles.


Es muy común que, para resolver la bidireccionalidad de las carreteras, sin caer en túneles de cuatro carriles, il se opte t por construir t i túneles tú l gemelos, l para 2 o 3 carriles cada uno uno..


Para el caso de t煤neles gemelos se debe cuidar el espaciamiento centro a centro, procurando una distancia tal que impida las interferencias en su construcci贸n y que evite que una excavaci贸n influya en el comportamiento deformacional de la otra.. otra


3. Sistema de iluminaci贸n y ventilaci贸n


4. Instalaciones de seguridad y emergencia


OBRAS DE ACCESO Y EMPORTALAMIENTO El definir los accesos a la boca de un túnel carretero es parte muy importante del diseño, ya que éstos pueden presentar serios problemas constructivos, en ocasiones tan importantes como los del túnel mismo. mismo. Un emportalamiento o emboquille plantea dos problemas:: problemas 1. Estabilidad E t bilid d de d los l taludes t l d 2. Construcción ó del túnel ú en sus primeros metros de avance


Portal Salina Cruz


Ambos problemas se plantean en las condiciones mĂĄs desfavorables y difĂ­ciles difĂ­ciles:: 1. Poca cobertura en los primero metros


Ambos problemas se plantean en las condiciones más desfavorables y difíciles difíciles:: 2. Baja calidad del terreno Portal Huatulco Granito de calidad geotécnica mala a regular Terraplén Carretera de Salina Cruz A Huatulco

Granito de calidad geotécnica muy mala

Zona de desprendimiento

Talud frontal

Acumulación de granito descompuesto

Talud lateral derecho

Berma


Cada boquilla en cada túnel, túnel representa un caso particular,, p

difícilmente

extrapolable p

a

otra

situación similar o incluso a otra boquilla del mismo túnel túnel..


ESTABILIDAD DE TALUDES tipología p g de los deslizamientos o La inestabilidades más habituales en los taludes corresponde p con los siguientes g tipos p de falla: falla: Desprendimientos:: Caída de bloques Desprendimientos


Deslizamiento de planos planos:: Masa de suelo o raca que desliza hacĂ­a el talud q


Rotura Semi Semi--circular o rotacional


Rotura Plana


Tob a

To Li (toba brechoide) Qmt Q Qmt Bloque

Avance 6 m


Media Secci贸n del t煤nel Avance 6 m


1


Rotura en Cu単a


Rotura en Cu単a


Rotura en Cu単a


Roturas por Volteo y/o Pandeo


Estabilidad en los taludes de los tajos de acceso C Consideraciones: id i a)) Tipo Ti y calidad lid d de d roca b) Geometría G t í ((pendiente di t y altura) lt ) c)) Volumetría V l tí d) Estabilidad E t bilid d e)) Tratamientos T t i t


Anรกlisis de Estabilidad Deslizamiento plano: Rotura plana


Rotura en cu単a


Rotura en cu単a


Rotura semisemi-circular


Tratamientos de estabilizaci贸n en taludes a) Excavaciones


Tratamientos de estabilizaci贸n en taludes b) Concreto lanzado(malla electrosoldada electrosoldada,, fibras)


Tratamientos de estabilizaci贸n en taludes c) Anclaje (activo, pasivo)


Tratamientos de estabilizaci贸n en taludes d) Drenaje


Tratamientos de estabilizaci贸n en taludes e) Muros (concreto, (concreto gaviones, gaviones tierra armada, armada etc etc..)


Tratamientos de estabilizaci贸n en taludes f) Bermas


Tratamientos de estabilizaci贸n en taludes g) Inyecciones h) T煤nel Falso


Recomendaciones 1.- Planeaci贸n 2.- Dise帽o de Voladuras 3.- Precorte 4.- Instrumentaci贸n


EMPORTALAMIENTO Estabilidad en los primeros metros de túnel La zona más cercana al portal del túnel presenta p adicionales sobre la p problemática complicaciones general de la excavación. excavación.

Se considera que los primeros 10 a 15 m iníciales de excavación de un túnel deben recibir un tratamiento distinto y más reforzado que el resto resto..


En las boquillas de un túnel se dan las siguientes circunstancias que complican su ejecución ejecución:: 1 Al tratarse de una zona próxima a la 1. superficie, la roca se encuentra más alterada y decomprimida que en el interior interior.. 2. Las inestabilidades de la bóveda, hastiales o frente del túnel, túnel pueden alcanzar la superficie del terreno terreno.. 3 En la zona de las boquillas se entrelazan las 3. inestabilidades propias del túnel con las del talud frontal frontal..


Medidas complementarias de sostenimiento sostenimiento:: 1.Fases de excavaciรณn รณ con avances mรกs รก cortos 2.Tratamiento con mayores espesores de concreto lanzado reforzado con fibras 3. Menor espaciamiento de los marcos metรกlicos 4. Enfilaje o micropilotes (ligero o pesado)


TÚNELES FALSOS Además de funcionales, funcionales los túneles carreteros debieran ser estéticos y relajantes relajantes.. Para ello, el proyecto podría, al menos, propiciar la minimización de los efectos de los cortes y la recomposición parcial de los daños que éstos causan en las montañas montañas.. Los tajos de acceso deberían ser tan cortos como sea posible y, y por consiguiente, consiguiente los taludes laterales y frontal tan bajos como resulten resulten.. Es mejor construir túneles mas largos que, por pretender acortarlos, comprometerse con grandes cortes que presenten problemas de estabilidad y requieran mantenimiento continuo continuo..


Un

túnel

falso

puede

ser

concebido

como

una

prolongación de la estructura del revestimiento del túnel real;; su construcción se efectúa normalmente en la real etapa final de la obra. obra.

Sea que se restituya o no el terreno original, si los cortes son poco estables, t bl ell túnel tú l falso f l proporciona i una seguridad adicional muy conveniente, además de hacer mas relajado el acceso al túnel. túnel.


En las carreteras modernas, modernas en laderas con cierto grado de inestabilidad o en aquellas vertientes en que ocurren sistemáticamente aludes y avalanchas de roca y suelos, se puede optar por la solución de auténticos túneles falsos que suelen ser estructuras de concreto cerradas, a veces con ventanas hacia el valle, que se diseñan y construyen con métodos que difieren sustancialmente de los que se emplean en los túneles excavados excavados..


NUEVAS Tร‰CNOLOGIAS DE EMPORTALAMIENTO

Imรกgenes tomadas del libro Desing and Construction of tunnels


TÚNELES


TÚNELES CARRETEROS DISEÑO, DISEÑO CONSTRUCCIÓN Y SUPERVISIÓN

PROYECTO GEOMÉTRICO M en II. JOSÉ FRANCISCO SUÁREZ FINO M.

11 – 12 de octubre


PROYECTO GEOMETRICO