Túneles y lumbreras ipn PDF

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UNIDAD ZACATENCO INTRODUCCIÓNLa ingeniería de túneles y obras subterráneas de nuestro país ha tenido un desarrollo notable en los últimos veinticinco años, como consecuencia del ya muy sólido y sistemático avance de la ingeniería mexicana desde 1930.Los esfuerzos sostenidos de instituciones, empresa...

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INTRODUCCIÓN La ingeniería de túneles y obras subterráneas de nuestro país ha tenido un desarrollo notable en los últimos veinticinco años, como consecuencia del ya muy sólido y sistemático avance de la ingeniería mexicana desde 1930. Los esfuerzos sostenidos de instituciones, empresas, personas han permitido cristalizar experiencias innovadoras obra del talento, del saber, del profesionalismo de innumerables ingenieros, constructores, investigadores, profesores; del trabajo y de la dedicación de multitud de técnicos, empleados, obreros; del impulso y del entusiasmo de muchos empresarios, funcionarios, autoridades. La construcción de un túnel, sin embargo, es uno de los retos más complejos en el campo de la ingeniería civil. Muchos túneles se consideran obras maestras tecnológicos y los gobiernos han ingenieros honrados como héroes del túnel. Eso no quiere decir, por supuesto, que algunos proyectos de túneles no se han encontrado con mayores contratiempos. El presente trabajo abarcará principalmente las características definitorias de los túneles y lumbreras, así como el procedimiento constructivo de ambos.

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ANTECEDENTES: TÚNELES Y LUMBRERAS En las grandes urbes, como lo es la Ciudad de México, es cada vez más intenso el uso que se hace del espacio del subsuelo. El empleo de éste para transporte y vialidades ha adquirido mayor auge en los últimos años. Así se construyen calles, carreteras, trenes metropolitanos, pasos a desnivel subterráneos, Metros y túneles. En ocasiones son obras mixtas, una parte subterránea y otra superficial. Desde que en el año 2180 A.C. se construyó un túnel bajo el rio Éufrates en

Babilonia,

construcción experimentado

la de

técnica

de

túneles

ha

sucesivos

e

importantes avances, ligados con el desarrollo tecnológico, tales como: la introducción de medios mecánicos para excavación y transporte de la tierra, el empleo de explosivos, el mejoramiento de la maquinaria auxiliar, la aparición de maquinaria especial, como son las máquinas perforadoras de túneles (TBM) o escudos y el empleo de revestimientos prefabricados, entre otros. Sin embargo, el conocimiento teórico ha ido desfasado (con retraso, como en la mayoría de las ramas de la ingeniería civil) del conocimiento práctico del problema, y en muchas ocasiones el predimensionamiento de un túnel se hace con base en métodos empíricos y en experiencias anteriores de otros en terrenos análogos. Pero es importante tener siempre en cuenta que, como lo señala Peck (1969), el comportamiento del terreno (tipo de suelo y modelo reológico) y el

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proceso constructivo empleado en el túnel, influyen en los resultados que se obtengan. TÚNELES Y LUMBRERAS: DEFINICIÓN Túnel Los túneles son estructuras subterráneas de infraestructura de sección cerrada que comunica dos puntos, por la cual se puede conducir agua potable, aguas residuales, aguas pluviales, alojar un camino, ferrocarril entre otros. Estas obras alcanzan día a día dimensiones y profundidades crecientes debido al desarrollo de las grandes ciudades que, al reducir los espacios en superficie, favorecen la creación de estructuras subterráneas y/o elevadas. Lumbrera Las lumbreras son excavaciones verticales en el suelo que permiten alcanzar la profundidad necesaria para la construcción de una obra subterránea. Estas estructuras funcionan como accesos para introducir la maquinaria que se requiere para la construcción del túnel, así como la salida del material que se extrae

por

dichos

trabajos.

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CLASIFICACIÓN DE LOS TÚNELES Según

su

servicio:

a) Carreteros, b)

ferrocarrileros,

c)

Acueductos

Metro,

d)

drenajes

Según la geología: a) Túneles en roca, b) Túneles en suelo

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y

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Según su forma: Existen 4 formas principales de túneles: circular, rectangular, portal y ovalado. Las diferentes formas están relacionadas generalmente con el método de construcción y las condiciones del suelo en el cual serán construidos.

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Según el tipo de revestimiento: − Roca no revestida − Sistema de refuerzo de rocas − Concreto lanzado − Sistemas de nervaduras o marcos − Segmentos revestidos − Concreto colado in situ

CLASIFICACIÓN DE LUMBRERAS Dos han sido los principales tipos de lumbreras utilizados en México: a) Lumbrera por flotación Diseñado para el control de los mecanismos potenciales de falla que afectan a las excavaciones profundas en suelos muy blandos, incluidas el colapso de las paredes y el fondo de la excavación. Lumbrera con

b) muros Paneles formar

Milán

con

tendencia

un

a

cilindro que va

desde el nivel

de

natural hasta el

nivel del túnel.

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terreno

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PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO: TÚNELES (MÉTODO CONVENCIONAL) El procedimiento constructivo de un túnel se puede analizar de forma sintética a través de 4 etapas generales: ETAPA 1. Consiste en la excavación de la sección media superior en longitudes de avance de 1.5 m, estabilizando el avance realizado con concreto lanzado y reforzado con dos lechos de malla electrosoldada. ETAPA 2. Consiste en la excavación del banco central de la media sección inferior. Respetando al menos una longitud de 3 m, con respecto al frente de excavación. La excavación del banco central debe realizarse conformando rampas para acceso de equipo al frente de excavación. ETAPA 3. La tercera etapa consiste en realizar el banqueo con avances de 2 m en una longitud de 10 m, y posteriormente se colocará revestimiento de concreto lanzado hasta alcanzar el espesor de proyecto. ETAPA 4. Posteriormente se realizará la construcción del revestimiento definitivo, comenzando por las zapatas, hastiales, clave y losa de fondo.

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PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO: LUMBRERAS (FLOTACIÓN) El procedimiento constructivo de una lumbrera por flotación se puede resumir de la siguiente manera: I. Construcción de brocales 1. Se procede a localizar en campo el eje y centro de la lumbrera, para así poder empezar la construcción de brocales. 2. Posteriormente se procede a la excavación para la construcción de los brocales, esta excavación puede realizarse en forma manual y/o por medios mecánicos. Estos

elementos

concreto

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de

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armado(brocales), nos servirán en primer término como guías para realizar la excavación anular entre los dos brocales. II. Excavación anular 1. Se realiza la excavación de los tableros con la almeja guiada, esto en forma alternada entre los tableros, esto con la finalidad de proteger en cierta forma la estabilidad en las paredes excavadas. Es conveniente que, durante este proceso, se coloquen perimetralmente a la zanja entre ambos brocales, viguetas que servirán como troqueles para evitar que el brocal interior sufra algún desplazamiento y se colapse. III. Excavación del núcleo de la lumbrera 1. Concluido lo anterior se iniciará la excavación del núcleo, mediante una almeja libre y conforme se avance en el nivel de excavación se ademará con lodo bentonítico. Es muy importante mantener el nivel del lodo como mínimo un metro arriba de la parte inferior del faldón del brocal exterior, para garantizar la estabilidad de las paredes durante el proceso de esta excavación. IV. Instalación de accesorios provisionales 1. Terminado el núcleo, se realiza la instalación de plumas metálicas, malacates y viguetas cerrojo, utilizando los elementos de anclaje integrados en el brocal exterior. V. Construcción de la losa de fondo y primera etapa de la lumbrera

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1.

1. Se inicia la construcción de la losa de fondo. Una vez terminada la losa de fondo, se inicia la primera etapa de la estructura de la lumbrera, para ello, se extrae lodo del interior de la excavación ocupando la estructura de la lumbrera el espacio del lodo desalojado. VI. Construcción e inmersiones en las etapas subsecuentes de la estructura de la lumbrera 1. Se aplica lastre con agua o lodo dentro de la lumbrera, a partir de la profundidad establecida para permitir el descenso de la estructura. Cuando se haya construido el total de la estructura de la lumbrera y se haya sumergido, se limpia el fondo de la excavación a través de la zanja perimetral.

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MAQUINARIA UTILIZADA Rozadoras Las rozadoras son máquinas excavadoras que constan de: *Cabeza de corte: es giratoria y va provista de herramientas de corte. *Brazo: es donde va montada la cabeza de corte. Puede ser monobloc o articulado.

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*Dispositivo de giro: realiza los movimientos del brazo y actúa como elemento de unión del brazo con el chasis. *Sistema de recogida y carga del material que lo evacua desde el frente de arranque hacia la parte trasera de la máquina. *Chasis: sirve de soporte y elemento de ensamblaje del resto de elementos. *Tren de rodaje de orugas.

Máquinas

integrales

Son

máquinas

capaces de

excavar un

túnel a plena

sección a la

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vez que colaboran en la colocación de un sostenimiento provisional o en la puesta en obra del revestimiento definitivo. -Normalmente a estas máquinas se les llama T.B.M. (Tunnel Boring Machine). Existen dos grandes grupos: *Topos: se diseñan para excavar rocas medias y duras, sin grandes necesidades de soporte inicial. *Escudos: se utilizan en rocas blandas y suelos, frecuentemente inestables o por debajo del nivel freático, necesitan la colocación inmediata del revestimiento definitivo.

Algunos túneles

conocidos:

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El túnel Seikan, Japón: fue inaugurado 1988 y tardaron 25 años en construirlo. Abarca 53,9 km, 23 de ellos transcurren debajo del mar.

El Eurotunel: une Francia con el Reino Unido y cruza el canal de la Mancha por debajo del agua. Su extensión es de 50,5 km.

El paso subterráneo de Nuevo Guanjiao, China: Recorre 32,6 km y fue diseñado con dos túneles ferroviarios parale los de vía única.

CONTROL DE CALIDAD

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Se contempla la importancia que tiene el aseguramiento de la calidad en la ejecución de túneles. Se destaca la necesidad de ir comprobando que el terreno cumple los supuestos del proyecto durante la construcción de las obras subterráneas, lo que obliga a efectuar numerosos cambios en la estructura resistente, según los distintos frentes de avance. Se examinan las fases de una obra: estudio de necesidades, proyecto, construcción y entrega del producto. Se estudia la implantación de los planes de aseguramiento de la calidad en obras subterráneas, incidiendo de manera especial en los distintos controles a realizar que deben adaptarse, en cada momento, a la realidad de la obra: control de las modificaciones del contrato, control de los aprovisionamientos, control geotécnico y control de ejecución. Se concluye, indicando que una planificación sistemática necesita de la aplicación de una metodología como la propuesta por las normas ISO 9000.

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE ESTAS OBRAS Ventajas: *Durante la construcción no hay interrupción o afectación de lo que sucede en la superficie. *Este método garantiza un menor consumo de energía y una implementación más rápida. *Las excavaciones subterráneas no son influenciadas por las condiciones climáticas en montañas y tierras altas. *En comparación con los puentes, estas obras resultan más convenientes para habilitar servicios públicos. Desventajas: *Para este tipo de operaciones es importante contar con un equipo de ingenieros y diseñadores altamente experimentado y cualificado. *A diferencia del túnel falso (cavar y cubrir), iniciar esta clase de estructuras tiene un costo más elevado. *Además de concreto de alto desempeño, se requiere de maquinaria especializada para construirlos. *Involucra una supervisión constante a lo largo de lo que dure el proyecto para garantizar la seguridad y el cumplimiento.

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¿CÓMO INTERVIENE EL INGENIERO CIVIL EN EL PROYECTO? El ingeniero civil interviene en todo el proceso de la obra: diseño, supervisión, ejecución y mantenimiento. Elaboración de memorias de cálculo y descriptivas, bitácoras de obra, realización de costos, control de calidad tanto en los materiales como en la ejecución de los procedimientos constructivos, así como en la resolución de problemas que se puedan presentar durante la ejecución de la obra.

CONCLUSIÓN (REFLEXIÓN) Los túneles y lumbreras son obras de infraestructura subterránea que trabajan en conjunto para la obtención de un objetivo en común: satisfacer la necesidad de comunicar dos o más puntos de una región, optimizando tiempos y recursos. El ingeniero civil es un “héroe silencioso” porque, aunque las obras están en el entorno, la sociedad a veces no tiene en cuenta los esfuerzos y acciones (a veces casi imposibles) que conlleva el análisis, diseño y ejecución de estas obras, y los beneficios que proporciona, desde vías de comunicación para el comercio, hasta la conducción y desalojo de elementos como aguas residuales y pluviales.

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