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concepto de tuneles y lumbreras
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TÚNELES, LUMBRERAS Y PIQUES
EXPOSITORES: VEGA AYÑAYANQUE, HAINOR QUISPE COAGUILA ,LEONEL FERNANDEZ HUAYCHO, MIGUEL MAYTA LAZARTE, JHON CALCINA VILLCA, LUIS SARMIENTO MAMANI, CLARIVEL
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN
CURSO: TOPOGRAFÍA APLICADA
TÚNELES, LUMBRERAS Y PIQUES
TÚNELES CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL FUNCIONES PRINCIPALES DE UN TÚNEL CARACTERÍSTICAS DE LOS DIVERSOS TIPOS DE TÚNELES TÚNELES DE CARRETERAS LUMBRERAS PIQUES O POZOS MINEROS CHIMENEAS
DEFINICIÓN DE TÚNEL
TÚNELEs una
Edificación que se desarrolla
En el
Interior de la corteza terrestre
o
Debajo del agua
EN EL ÁREA DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA TÚNEL
A la
Perforación
Que se hace
En un terreno de forma horizontal a mano o con máquinas
En donde
La longitud de éste domina las demás dimensiones
LOS TÚNELES PUEDEN SER USADOS PARA:
Tránsito de automóviles, trenes y suburbanos
Unir cuencas hidrográficas vecinas, transportar agua, residuos, petróleo y gas
Como comunicación de los niveles de extracción en la explotación de minas subterráneas
Extracción del mineral de la mina siguiendo una capa, filón o masa mineralizada
PROYECTO DEL TÚNEL
Antes de que se pueda plantear el diseño del túnel con un mínimo de detalle, será necesario recopilar o generar toda la información relevante sobre el terreno afectado por el proyecto. Al menos, esta información supone:
Plano topográfico
A escala suficientemente grande
y
Totalmente actualizado
Si no
Se dispone de esta información
Será
Necesario realizar un levantamiento topográfico de la zona
Estudio geológico y geotécnico
• conocimiento de los terrenos que va a atravesar el túnelGeológico
• analizar cómo es el terreno, y cómo se comportará cuando se haga la excavación del túnel y a largo plazo, durante la explotación.
• realizarán los sondeos y los ensayos que sea preciso para caracterizar y plasmar en planos y secciones la estructura geológica del terreno.
Geotécnico
El proyecto, como en cualquier obra de ingeniería, consiste en estudiar distintas alternativas y seleccionar la más adecuada, aplicando criterios técnicos, económicos, medioambientales, etc. La solución elegida debe quedar perfectamente definida, mediante:
Los puntos de entrada y salida y los enlaces con los tramos anterior y
posterior de la obra.
El trazado en planta, con las distintas alineaciones que lo conforman. Se
indicarán longitudes, radios de curvatura, etc.
El perfil longitudinal
tanto del terreno (denominado perfil por montera)como de la rasante
se indicarán
las pendientes, acuerdosparabólicos, cotas, etc.
Así como
las obras subterráneas conlas que se cruce o a las que pueda afectar el túnel
proyectado.
Secciones
se indicarán
las dimensiones, elementos,
revestimiento, etc.en los distintos
tramos del túnel.
el procedimientoconstructivo a aplicar
en cada uno de ellos.
La perforación del túnel puede realizarse excavando desde uno de sus extremos,
únicamente, o desde los dos, simultáneamente
VERIFICACIONES SISTEMÁTICAS DURANTE LA CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO
Trazo
Movimientos y deformaciones
Afectación del nivel freático
Clasificación del suelo, rocas y su comparación con la estratigrafía
Control y verificación de los procedimientos constructivos de excavación.
Otros aspectos importantes :alumbrado seguridad ventilación aire comprimido, etc.
Vigilancia de los aspectos ecológicos, lixiviados, tiraderos y calidad de la rezaga, ruido y humos.
CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNELTÚ
NE
LSe abre excavando corredores en la roca por medio de taladradoras de aire comprimido que se montan sobre
vehículos móviles.
Luego unas cargas explotan en los huecos y unas cintas transportadoras alejan los fragmentos mientras se
construyen revestimientos de hormigón para sostener el túnel.
Otra maquina de perforación es el topo con un cabezal giratorio compuesto por varios discos.
IMPORTANCIA DE LOS TÚNELES
Su objetivo es el de permitir el paso de personas, ferrocarriles, vehículos, conducciones eléctricas, de agua u
otros.
RAZONES HABITUALES PARA DESARROLLAR UN TÚNEL
TERRENO ECONOMÍAORDENACIÓN URBANA Y DE
TRAFICO
ESTÉTICA Y SALUD MINERÍA
FACTORES RELACIONADOS CON LA FUNCIÓN DE CADA TÚNEL
Localización
El terreno
Dimensiones y geometría
Forma estructural
Métodos de construcción
Equipamientos
transporte almacenamiento instalaciones científica protección
FUNCIONES DE LOS TÚNELES
En este apartado se incluyen las grandes instalaciones subterráneas que se construyen por distintos motivos (prácticos estratégicos, etc.).
TRANSPORTE
Túneles para el
transporte:
Personas y mercancías agua
En carreteras.
En líneas del ferrocarril.
En líneas del transporte urbano
(metro).Pasos para peatones.
En canales.
En abastecimientos
urbanos.
Para el riego.
En centrales hidroeléctricas.
es la función más antigua la construcción de túneles para salvar
obstáculos naturales
Almacenamiento
petróleo.
En almacenamiento de:
residuos radiactivos.
materiales de usos
militares.
Embalses subterráneos.
El difícil almacenamiento de determinadas sustancias y materiales se soluciona en
ocasiones con túneles
INSTALACIONES
Centrales energéticas.
Estacionamiento de vehículos.
Depuradoras de aguas residuales.
En este apartado se incluyen las grandes
instalaciones subterráneas que se
construyen por distintos motivos
(prácticos estratégicos, etc.).
CIENTÍFICA
Aceleración de partículas subatómicas
túneles para investigaciones científicas de difícil
realización en la superficie
PROTECCIÓN
Refugios. Puestos de control.
cuya función es la protección de
las personas, tanto militares
como civiles
TIPOS DE TÚNELES
Para ferrocarriles De carreteras De servicio De
almacenamiento
TÚNELES PARA FERROCARRILES
Los túneles ferroviarios presentan una serie de características que son comunes a cualquier túnel, relativas principalmente, a los aspectos de proyecto y constructivos.
Pero existen otras series de aspectos característicos únicamente de los túneles
ferroviarios que les confieren personalidad propia
Túnel de base en San Gotardo Alpes SuizaTiene 57 Km.
Túnel del Brennero también en los Alpes pero en Italia - Austria. Con 55Km.
Túnel Seikan Estrecho de Tsugaru en Japón de 53.8Km.
Eurotúnel Canal de la ManchaReino Unido - Francia El más conocido con sus 49.9Km
Túnel de base de Lötschberg Frutigen - Raroña en Suiza de 34.6Km.
Túnel de Koralm en los Alpes Austria de 32.8Km.
el túnel de Guadarrama construído en España en la Sierra de Guadarrama con 28.37
Tunnel Taihang Mountains en China de 27.89Km.
Tunnel Hakkoda Mountains Japón de 26.4Km.
ESTUDIOS GEOLÓGICOS
ESTUDIOS GEOTÉCNICOS
C) TÚNELES DE SERVICIOSon utilizados para instalar redes eléctricas, telefónicas, de gas; la ventaja de estos túneles es que puede ingresar el personal para hacer las instalaciones y el mantenimiento correspondiente sin afectar a la superficie.
D) TÚNELES DE ALMACENAMIENTOSirve para el almacenamiento de petróleo crudo su ventaja es que evita los incendios; también se usa para almacenar explosivos de uso militar, las grandes ciudades utilizan túneles para almacenar agua de las lluvias torrenciales.
LUMBRERAS
LUMBRERAS• Sirve para el alineamiento de túneles con la
superficie. El objetivo es enlazar el levantamiento subterráneo con los puntos de control de la superficie, de manera que el túnel siga el alineamiento previsto.
Perforación de Lumbreras:LA PERFORACIÓN DE LUMBRERAS ES UNA DE LAS PARTES MÁS ESPECIALIZADAS EN LAS EXCAVACIONES ABIERTAS, PARA EL ACCESO DE TRABAJOS DE TÚNELES.ES UNA OPERACIÓN DE CONSTRUCCIÓN COMPARTIDA POR LOS INGENIEROS CIVILES Y LOS DE MINAS.
TRAZO DE UNA LÍNEA EN UNA LUMBRERA POR MEDIO DE PLOMADAS
Operaciones con plomada:• Los hilos (a) y (b) se alinean con el instrumento A• Los instrumentos B y C se alinean sobre la línea de los hilos (a) y
(b).• Se sitúan los instrumentos en la línea media de las 2 escalas.• Se toman las lecturas de las escalas de A y B con ambos
instrumentos.• Cada uno de los topógrafos toma 4 lecturas en posición directa y
4 en posición inversa.• Los topógrafos B y C cambian de posición y se repite la
operación.• La línea se fija por el promedio de todas las lecturas en las
escalas A y B.
TRAZO DE UNA LÍNEA EN UNA LUMBRERA POR MEDIO DE PLOMADAS
TRAZO DE UNA LINEA EN UNA LUMBRERA POR MEDIO DEL TELESCOPIO EQUIPADO CON PRISMA DE 900
•El nivel se coloca y se centra sobre un punto más o menos correcto al pie de la lumbrera.• Se visa hacia arriba a una cruz graduada especialmente preparada para esta operación, se toman diferentes lecturas de las cuatros miras graduadas.•Repitiendo el mismo proceso para otro punto seleccionado al pie de la lumbrera ,se obtendrá un segundo punto en la superficie , ahora bien ya en esta se puede determinar el alineamiento ligando esos dos puntos a los puntos de control existentes sobre el terreno natural.
•Con el instrumento situado en el fondo de la lumbrera sin duda parecería mucho más lógico el usar este método con el nivel automático dotado de prisma angular pero colocado firmemente en la superficie y visar las miras en el fondo de la lumbrera.
•En cualquier caso el aspecto más importante del presente método es que el mecanismo compensador del nivel automático mantendrá una línea a nivel durante el tiempo de cada visual reflejada.
TRAZO DE UNA LINEA EN UNA LUMBRERA POR MEDIO DE RAYOS LASER
• En teoría el uso de la charola de mercurio en el fondo de dos láser verticales debería establecer un alineamiento casi perfecto pero existe condiciones tales como la pequeñez del diámetro del haz de rayos, los medios para llevar el rayo láser a un punto exacto y el alineamiento de un teodolito dentro del túnel.
• Puede ocurrir alguna desviación del rayo láser originado por la refracción en las capas de aire a diferentes temperaturas.
• La experiencia, aún limitada, fija reglas más o menos estrictas relativas al fenómeno pero parece que en el alineamiento vertical de las lumbreras es necesario mantener en operación y evitar que los rayos se aproximen a tubos con temperaturas casi altas.
PIQUES O POZOS MINEROS
PIQUES
Labores de Galería hacia abajo
Obtención de líneas o exploración, inclinadas o verticales
para la
Son
ELEMENTOS DE UN PIQUE
Motor
Tambora ( una o dos)
Sistema de seguridad: Lilly control , frenos, etc.
Palancas de control
Cables
Jaula , baldes o skips
Poleas
Estructura de desplazamiento o castillo
a) Tambora winche o aparatos de enrollamiento
son
Cilindros metálicos donde se enrolla el cable
b) Motor
es el
Propulsor de la acción mecánica, realiza el trabajo de izaje
c) Sistema Preventivos de Control: Lilly Control , frenos , etc.
es el
Dispositivo encargado de regular la velocidad
Profundidad Velocidad
150 metros 365 metros/min.
150-300 480 metros/min.
300- 600 600 metros/min.
900 900 metros/min. CABLE
d) Palancas de control
Dispositivos de manejo y control de la winche
son los
e) Cables de izaje
es un
Producto fabricado con alambre de acero
colocados
Ordenadamente para desempeñar el trabajo de izar los skips y jaulas
f) Jaulas , baldes o skips
encargados de
Transportar en su interior al personal y/o mineral
según los
Requerimientos de producción
g) Poleas
es una
Rueda acanalada que gira alrededor de un eje central
por el que
Pasa el cable en cuyos extremos se encuentra la jaula o skips ( resistencia) y en la otra el
winche o tambora ( potencia )
h) Castillo Torre o Estructura de desplazamiento
es la
Cúspide de la estructura del pique
donde se
Encuentra la polea que dirige el movimiento del cable
FACTORES PARA SU CONSTRUCCIÓN
Necesidades de extracción de mineral.
Reducción de los costos de producción.
Profundización de los niveles de extracción.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Análisis de costos en relación a otros piques.
El área debe ser favorable y suficientemente grande para las instalaciones de superficie realizando estudios de geotecnia.
La naturaleza del suelo debe ser adecuada para las cimentaciones.
La mina debe tener buenos vías de acceso y espacio libre para favorecer el trabajo.
ESTRUCTURA DE UN PIQUE
Puede ser de madera o acero.
Si se contara con un nivel inferior , la construcción del pique se puede practicar con un equipo raise borer.
El terreno debe ser competente y debe ser una zona donde no exista agua de filtración.
DE MADERA DE ACERO
EQUIPO RAISE BORER
FORMAS DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE UN PIQUE:Los piques de mina, por lo general son de forma rectangular y circular, son menos frecuentes y muy raramente los de sección elíptica o curvilínea.
PARA ELEGIR LA FORMA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL, ES NECESARIO TENER EN CUENTA LO SIGUIENTE:
- LA CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO.- EL TIEMPO DE SERVICIO Y EL DESTINO FINAL DEL POZO.- EL MATERIAL DE FORTIFICACIÓN A SER UTILIZADO.
SECCIÓN RECTANGULAREs la forma más empleada; sin embargo, ofrece las siguientes desventajas:• Dificultad en la formación de ángulos rectos,
particularmente en rocas duras.• Posibilidad de una deformación significativa de la
fortificación en caso de rocas débiles e inestables.• Mala distribución de esfuerzos alrededor de la
excavación.
Compartimientos: 1: ascenso; 2: de escalera; 3: de tuberías y cables
SECCIÓN CIRCULAR• Garantiza una mayor estabilidad, debido a que la
fortificación va a resistir mejor la presión causada por la roca circundante, ya que ésta, se distribuye más uniformemente.
• Además los piques de sección circular poseen un menor coeficiente de resistencia aerodinámica.
Compartimientos: 1: ascenso; 2: de escalera; 3: de tuberías y cables
DETERMINACIÓN DE DIMENSIONES DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE UN PIQUE:
• Las dimensiones de la sección de los piques se pueden determinar a partir de la ubicación de los compartimientos, teniendo en cuenta los espacios a dejar entre ellos y la fortificación.
• Dependen de la capacidad de la carga y de la profundización de los trabajos de extracción.
• Es factor importante, la Productividad de la mina.
Ubicación de los piques según la vetaTipos principales: piques verticales e inclinados
(chiflones)los piques verticales se pueden ubicar respecto a la veta de la siguiente manera:
• -Al pendiente de la veta mineral• -Interceptando la veta mineral• -Al yacente de la veta mineral
UBICACIÓN DE PIQUES
Pique ubicado al pendienteVentajas:-Presente un desarrollo ordenado en la construcción, presentando buenos pilares de protección.-Se pueden encontrar vetas paralelas al yacimiento mineralDesventajas.-Presenta un costo elevado debido a la explotación en la parte del estéril.-Deslizamiento de masas rocosas al encontrar la veta perdiendo así la estabilidad y el control del terreno.-Se puede perder el yacimiento debido a la una mala acción en la labor.
Pique Interceptando la veta:
Ventajas:-Se accede fácilmente al yacimiento,
generando ganancias al corto plazo.-El costo de desarrollo inicial es menor.-El desarrollo es más armónico en los
niveles.
Desventajas:-Se generan problemas en el terreno por
debilitamiento.-Se pierden material útil al hacer pilares
de protección en el mineral.-Costos elevados de mantención,
(pilares, estabilización de los suelos).
Pique al Yacente:Ventajas:-La extracción se vuelve más fácil porque se aprovecha la gravedad.-Más económico con respecto a los anteriores.Desventajas.-Mientras mas se avanza en profundidad, mayor será el avance por estéril para poder llegar al yacimiento.
CHIMENEAS
Son labores mineras verticales o inclinadas, que comunican niveles, son acceso a los cuerpos mineralizados, son parte de la preparación de rajos.Son también usadas para pasos de mineral (ore passes), para pasos de caja (waste passes), para ventilación, etc.La mayor parte de las chimeneas en la minería nacional son de sección reducida con avances de 1.20m a 1.80m de largo y con arranques similares a las que se usa en la construcción de galerías de sección pequeña.
CHIMENEAS
Su forma puede ser circular, cuadrada, incluso rectangular.Son labores de la galería hacia arriba; pueden ser de ventilación, descarga del mineral o exploración sobre veta de un compartimiento o 2 compartimientos, de descarga de mineral y cambio.
• PROYECTO: En el plano de labores, se ubica la chimenea y se traza con una línea su dirección, se confecciona la sección transversal de la chimenea y se determina su inclinación y su longitud total.
• REPLANTEO: En la mina se ubica el punto uno (CH) a partir del punto topográfico con la brújula o teodolito; se marca la dirección en la pared a ambos lados y la inclinación; el perforista traza la dirección y avanza los disparos, cuando tiene 5 a 10m se coloca un punto en la boca de la chimenea y a otros 5m en la misma dirección en el lecho de la labor.Para perforar se colocan 2 cordeles en los puntos con argollas para la dirección e inclinación, el capataz alinea y llena el centro de perforación hasta completar el proyecto.
• CONTROL: En las chimeneas la carga baja por gravedad, se controla la sección, dirección e inclinación.
La perforación y el carguío se realizan en áreas muy estrechas
Peligro de existencia de tojos después de la voladura.
La ventilación no es natural
PERFORACIÓN DE CHIMENEAS
Para la perforación de chimeneas se usa la perforadora “stoper” la cual es accionada por aire comprimido y requiere también suministro de agua.
El agua tiene principalmente las siguientes funciones:• Evitar la formación de polvo• Mantener la broca fría• Eliminar partículas sólidas, resultantes de
la perforación.
Existen también otros equipos de diámetro mayor TURMAG, DRESSER y otras, también existen las plataformas mecanizadas para la perforación en chimeneas de ALIMAK.