“TÚNELES CARRETEROS”
JUAN J. SCHMITTER M. DEL CAMPO
ASPECTOS GENERALES DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES
11 – 12 de octubre
1. CAMPOS DE APLICACIÓN DE LAS OBRAS SUBTERRÁNEAS 2. DESARROLLO HISTÓRICO DE LOS TÚNELES 3. CONCEPTOS BÁSICOS
1. CAMPOS DE APLICACIÓN DE LAS OBRAS SUBTERRÁNEAS
• • • •
DE ACUERDO CON KÁROLY SZÉCHY (1970), LAS OBRAS SUBTERRÁNEAS SE SUBDIVIDEN EN CUATRO GRUPOS: MINERÍA TÚNELES PARA TRÁFICO Y CONDUCCIÓN REFUGIOS Y ALMACENES ESTACIONAMIENTOS
• • • • •
LOS TÚNELES PARA TRÁFICO SE UTILIZAN PARA EL MOVIMIENTO DE: FERROCARRILES METROS VEHÍCULOS AUTOMOTORES EN CARRETERAS Y ZONAS URBANAS PEATONES EMBARCACIONES MENORES
METRO DE LA CIUDAD DE MÉXICO
TÚNEL DE ACCESO A ACAPULCO
TÚNEL SALINA CRUZ (Cortesía Centro SCT)
• • • •
LOS TÚNELES PARA CONDUCCIÓN PERMITEN EL FLUJO DE: AGUA POTABLE EN ACUEDUCTOS AGUAS NEGRAS Y PLUVIALES AGUA “INDUSTRIAL” EN PROYECTOS HIDROELÉCTRICOS MATERIALES TÉRREOS Y PÉTREOS, EN MINAS Y PLANTAS INDUSTRIALES
DRENAJE PROFUNDO EN CIUDAD DE MÉXICO
TÚNEL DE DESVÍO, P.H .EL CAJÓN
LOS TÚNELES PARA CONDUCCIÓN TAMBIÉN PERMITEN LA INSTALACIÓN DE: • CABLEADOS ELÉCTRICOS, TELEFÓNICOS, DE FIBRA ÓPTICA, DE TELEVISIÓN, ETC. • TUBERÍAS DOMICILIARIAS, PARA AGUA POTABLE, DRENAJE, GAS, ETC.
2. DESARROLLO HISTÓRICO DE LOS TÚNELES
SEGÚN LA INFORMACIÓN HISTÓRICA DISPONIBLE, EL TÚNEL MÁS ANTIGUO DE QUE SE TENGA NOTICIA, FUE CONSTRUIDO POR LA REINA SEMIRAMIS, EN BABILONIA, BAJO EL RÍO EUFRATES. SU PROPÓSITO ERA COMUNICAR EL PALACIO REAL CON EL TEMPLO DE JOVÁ.
SE MENCIONA QUE SU SECCIÓN TRANSVERSAL ERA RECTANGULAR, CON 4.5m DE ANCHO POR 3.5 DE ALTURA Y SU LONGITUD ERA DE UN KILÓMETRO. PROBABLEMENTE FUE CONSTRUIDO COMO “TÚNEL FALSO”, CON EL CONCEPTO CONSTRUCTIVO DE CORTAR Y CUBRIR.
LOS TÚNELES CONSTRUIDOS POR LAS CIVILIZACIONES ANTIGUAS, TUVIERON PRINCIPALMENTE UN PROPÓSITO ECONÓMICO, AUNQUE NO SON POCOS LOS EJEMPLOS DE USO RELIGIOSO Y ESTRATÉGICO, MILITAR.
ENTRE LOS TÚNELES MUNDIALES MÁS RECIENTES, ESTÁN EL EUROTÚNEL, ENTRE INGLATERRA Y FRANCIA, EL SEIKAN EN JAPÓN, ENTRE LAS ISLAS DE HONSHU Y HOKAIDO Y EL NUEVO TÚNEL ENTRE ITALIA Y SUIZA.
• • • • •
EN MÉXICO, EL PROBABLE DESARROLLO HISTÓRICO DE LOS TÚNELES, FUE : MINERO FERROCARRILERO DESAGÜE GENERAL DE ÁREAS URBANAS ACUEDUCTOS PROYECTOS HIDROELÉCTRICOS
• • • • • •
INDUSTRIAL CONDUCCIONES PARA RIEGO DRENAJES URBANOS VIALIDADES URBANAS METRO CARRETERO
ES INTERESANTE RECORDAR QUE, CUANDO EN EL SUBSUELO BLANDO Y ARCILLOSO DE LA CIUDAD DE MÉXICO, DEJÓ DE SER PRÁCTICO CONSTRUIR DRENAJES MEDIANTE ZANJAS A CIELO ABIERTO, LA SOLUCIÓN EN TÚNEL SE HIZO PRESENTE.
PARA ELLO, PRONTO SE PUSO EN OPERACIÓN LA HERRAMIENTA DE TUNELEO CONOCIDA COMO “ESCUDO”, INGENIOSO SISTEMA CONSTRUCTIVO PARA HACER TÚNELES, INVENTADO EN LA INGLATERRA DEL SIGLO XIX.
PRIMER ESCUDO, INVENTADO POR SIR MARC I. BRUNEL EN EL SIGLO XIX, PARA CRUZAR BAJO EL RÍO TÁMESIS EN LONDRES
CARICATURA DE ESCUDO
SIN DESCONOCER QUE ESTA HERRAMIENTA DE TUNELEO HA PERMITIDO INDUSTRIALIZAR EL PROCESO CONSTRUCTIVO DE LOS TÚNELES (EN SULOS Y ROCA), DEBE LLEVARSE EN MENTE QUE PARA SU EFICIENTE UTILIZACIÓN EL TÚNEL DONDE SE APLIQUE DEBE SER RAZONABLEMENTE LARGO (Por ejemplo 5 km).
3. CONCEPTOS VARIOS
3.1 FALLA DE TÚNELES 3.2 ESFUERZOS ACTUANTES 3.3 RESISTENCIAS 3.4 TIEMPO “LIBRE” DE SOPORTE 3.5 EFECTO DE “BÓVEDA”
3.6 EFECTO “ANULAR” 3.7 CLASIFICACIÓN EMPÍRICA DEL TUNELERO 3.8 PROCESO DE TUNELEO 3.9 ACCIÓN REFORZADORA DEL SOPORTE INICIAL
3.1 FALLA DE TÚNELES
CAﾃ好O DE LA Bﾃ天EDA
CHIMENEA
FALLA POR EXTRUSIÓN (En suelos)
FALLA POR EXTRUSIÓN (En suelos)
SUELO FLUYENTE
DEFORMACIÓN EXCESIVA
3.2 ESFUERZOS ACTUANTES
• ESTADO INICIAL DE ESFUERZOS O “ESFUERZOS PRIMARIOS” • ESFUERZOS INDUCIDOS POR LA EXCAVACIÓN DEL TÚNEL O “PRESIÓN SECUNDARIA DE LA ROCA” , a) y b) • EXPANSIÓN VOLUMÉTRICA DE LA ROCA O “PRESIÓN DE EXPANSIÓN”
a) AFLOJAMIENTO DE LA ROCA CONTENIDA EN EL MACIZO ROCOSO, O “PRESIÓN POR AFLOJAMIENTO” b) PESO DE LAS MASAS DE ROCA SOBREYACENTES, O DE LAS FUERZAS DE TECTONISMO, TAMBIÉN LLAMADA “PRESIÓN GENUINA DE MONTAÑA”
DISTRIBUCIÓN ESQUEMÁTICA DE ESFUERZOS, ALREDEDOR DE UN TÚNEL CIRCULAR
GENERACIÓN DE “ANILLOS” DE CARGA (ELÍPTICOS), ALREDEDOR DE UNA OQUEDAD
DISTRIBUCIÓN TEÓRICA DE ESFUERZOS ALREDEDOR DE UN AGUJERO CIRCULAR
3.3 RESISTENCIAS
GENERALMENTE, LAS FORMACIONES ROCOSAS DONDE SE CONSTRUYEN LOS TÚNELES, ESTÁN FRACTURADAS Y LOS MATERIALES QUE LAS FORMAN PUEDEN ESTAR ALTERADOS.
LA PRESENCIA DE DISCONTINUIDADES, CONTACTOS GEOLÓGICOS Y FALLAS, SON ALGUNOS DE LOS ACCIDENTES GEOLÓGICOS QUE REDUCEN NOTORIAMENTE LA RESISTENCIA ESTRUCTURAL DEL MACIZO ROCOSO.
ES POR ELLO QUE LA RESISTENCIA DE LA “ROCA INTACTA”, ES SOLO UN ÍNDICE ÚTIL EN LA EVALUACIÓN GLOBAL DE LA RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO Y NO DEBE UTILIZARSE DIRECTAMENTE PARA EVALUAR EL COMPORTAMIENTO DEL TÚNEL QUE AHÍ SE CONSTRUYA.
SERÍA EQUIVALENTE A VALUAR LA RESISTENCIA DE UN MURO DE LADRILLO, TOMANDO EN CUENTA SOLAMENTE LA RESISTENCIA DE ÉSTOS, SIN CONSIDERAR SI ESTÁN PEGADOS CON MORTERO DE CEMENTO, CON BARRO O BIEN SOLO “JUNTEADOS” SIN CEMENTANTE ALGUNO.
POR LA GRAN COMPLEJIDAD QUE TIENEN LOS MACIZOS ROCOSOS, MÁS QUE UNA DETERMINACIÓN DIRECTA DE SU RESISTENCIA, ES USUAL ASIGNARLES UNA “CALIFICACIÓN” O UN “ÍNDICE” (EMPÍRICOS), BASADOS EN CIERTAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS OBSERVABLES EN AQUÉLLOS Y EN ESPECIAL DE SUS DISCONTINUIDADES
EL CONCEPTO MÁS SIMPLE PARA DETERMINAR LA CALIDAD DE UN MACIZO ROCOSO SE DEBE AL CONSULTOR DEERE, Y SE DENOMINA COMÚNMENTE ÍNDICE DE CALIDAD DE LA ROCA, “RQD”
ÍNDICE DE CALIDAD DE LA ROCA, SEGÚN DEERE RQD < 25% 25 a 50% 50 a 75% 75 a 90% 90 a 100%
CALIDAD DE LA ROCA MUY MALA MALA REGULAR BUENA MUY BUENA
ENTRE LOS CRITERIOS DE CALIFICACIÓN MAS UTILIZADOS SE ENCUENTRAN LOS ELABORADOS POR: • BIENAWSKY • BARTON, LIEN Y LUNDE
EN EL CRITERIO ESTABLECIDO POR BIENIAWSKY, SE TOMAN EN CUENTA FACTORES TALES COMO: LA RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA. LA CALIDAD DE LOS CORAZONES OBTENIDOS DURANTE EL MUESTREO DE LA ROCA, (RQD). EL ESPACIAMIENTO DE LAS JUNTAS DE LA FORMACIÓN ROCOSA. EL ESTADO QUE PRESENTAN LAS FISURAS. LA PRESENCIA DE AGUA EN LA FORMACIÓN ROCOSA