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
FuncionamientoÂ
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