Informe de Tuneles

UNIVERSIDAD PERUAN LOS ANDES – FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

UEC. DISEÑO DE CONSTRUCCION (DISEÑO Y CONSTRUCCION DE TUNELES) 1

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

CURSO: DISEÑO DE CONSTRUCCION

DOCENTE: ING. SANCHEZ BAUTISTA, JUAN

ALUMNOS: EAST POMA, LYNNE

MATOS RAMOS, JAIME

ZEVALLOS PINEDO, SONY JOEL

LIMA – 2014

TEMA: DISEÑO DE TUNELES



INDICE

PAG.

INTRODUCCION……………………………………………………….................1

RESUMEN…………………………………………………………………............2

HISTORIA DE LOS TÚNELES Y SU EVOLUCIÓN HISTÓRICA……………..3

1. TUNELES………………………………………………………………….4

2. MARCO TEORICO

2.1 EL MACIZO ROCOSO………………………………………………..5

3. MARCO LEGAL…………………………………………………………..5

4. ESTUDIOS PRELIMINARES

4.1 GENERALIDADES…………………………………………………...7

4.2 TRAZADO DE TUNEL……………………………………………….7

4.3 ESTUDIOS GEOLÓGICOS, HIDROLÓGICOS, GEOTÉCNICOS Y

GEOMECÁNICO DEL TERRENO………………………………….11

5. CLASIFICACIONES GEOTECNICAS Y GEOMECANICAS

PARA TUNELES.

5.1.-HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES…………………………17

5.2.-LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS MAS EMPLEADAS…….17

6. DISEÑO Y EXCABACION DE TUNELES

6.1 SEGÚN SU FUNCION……………………………………………….30

6.2 METODOS DE EXCAVACION……………………………….…….30

6.2.1 EXCAVACIÓN SIN PERFORACIÓN Y VOLADURA…..30

6.2.2 EXCAVACIÓN CON PERFORACIÓN Y VOLADURA…31

6.2.3 EXCAVACIÓN CON TBM………………………………..32

CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES…………………………………..37

BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………….38



INTRODUCCIÓN

El túnel arranca de la necesidad de superar un obstáculo natural, generalmente un

macizo montañoso. Pero además de la naturaleza existen otras barreras que se pueden

salvar mediante túneles como los cursos de agua, fluviales o marinos, y las zonas

urbanas densamente edificadas en las que a menudo se incorporan túneles.

Entre los usos más frecuentes pueden enumerarse los túneles para vehículos, para redes

de ferrocarril urbano o Metros, para uso peatonal, para abastecimiento de agua,

saneamiento, galerías de servicio y para almacenamiento de residuos

Si bien el túnel en sentido estricto se caracteriza por su marcado carácter lineal, aquí se

considerará, por extensión, el termino túnel en un sentido amplio, no sólo como obra

lineal sino como espacio subterráneo que incluye desde la caverna, la cueva natural

hasta amplios recintos subterráneos transitables dentro de lo que podría englobarse

como urbanismo y espacio subterráneo; en suma, el túnel como obra de tránsito y

también como hábitat.



RESUMEN

El estudio de túneles, en el Perú bien a ser una de las disciplinas muy escasas, ya que

recientemente su aplicación se está dando juntamente con el crecimiento del país.

Por otro lado en el país hay pocos especialistas dedicados al tema. Y la clase política

que hemos tenido, no apostaban por las grandes inversiones, que a largo plazo tiene

mucho benéfico muy considerables.

En el presente trabajo hemos detallado, que para realizar un proyecto de túneles según

su función, se tiene que realizar estudios preliminares del terreno, los cuales involucran:

Estudios geológico, estudios geotécnicos y geo mecánico, análisis de costo beneficio.

Para realizar estos estudios de detalle se requiere análisis en campo y laboratorio

implementado con sistemas de cómputo.

En los cuales detallamos las clasificaciones geotecnias y geo mecánicas que se han

venido utilizando durante el largo de la historia para el desarrollo de estudio de

excavaciones mineras y tuneleras.

Los más conocidos y aplicados son:

La clasificación de rocas de Terzaghi (1946).

Índice de calidad tunelera N. Barton (1975).

Clasificación de R. Bieniawski (1979).

Estas clasificaciones son los más conocidos para realizar un estudio confiable de campo,

para desarrollar un proyecto dependiendo las características geotécnicas y geo

mecánicas.

Estos estudios nos ayudan a decidir en el diseño y excavación de los túneles.

Durante el diseño se decide el tipo de métodos a utilizar.

Sin tuneladora (P&V)

Con tuneladora

Para ello se estiman los costos y de acuerdo a su longitud se toma las decisiones con

criterios ingenieriles, para el buen desarrollo de los túneles durante su excavación.



HISTORIA DE LOS TÚNELES Y SU EVOLUCIÓN HISTÓRICA

El arte de los túneles se funde en sus orígenes con el arte de la minería. La mina más

antigua que se conoce en el mundo, se localiza en el cerro de Bomvu, en Swazilandia, y

data del año 40.000 a.C.; en ella el hombre de Neandertal minaba hematites, piedra de

sangre, muy apreciada para ritos mortuorios; las herramientas no eran otras que piedras

afiladas y sus manos desnudas.

El primer método de perforación de galerías mineras y, con posterioridad, de túneles

es la técnica del fuego, consistente en provocar un incendio en el frente de ataque para

luego sofocarlo bruscamente con agua fría produciendo un brusco gradiente térmico que

da lugar al resquebrajamiento de la roca; pero esta técnica también provoca, como no es

difícil imaginar, una atmósfera viciada, irrespirable, generando gases a menudo

venenosos, convirtiendo el trabajo del minero en una trampa mortal a la que sólo unos

pocos afortunados sobreviven.

El primer túnel de la historia, allá donde ésta se difumina con el territorio del mito,

fue el que la leyenda dice mandara construir Semiramis bajo el Eúfrates para

comunicar el Palacio y el Templo de Belos en la Babilonia del 2200 a.C.. A este

formidable trabajo se refieren entre otros los historiadores Diodoro de Sicilia, Herodoto

y Estrabon. En realidad, se trataba de un falso túnel, por cuanto no se perforó en galería

sino mediante zanja a cielo abierto y posteriormente recubierta, para lo cual se

desviaron las aguas del Eúfrates aprovechando el período de estiaje.

El siguiente túnel construido bajo el cauce de un río se perforó cuatro mil años después

de aquel de Babilonia, obra de los Brunel padre e hijo quienes tras veinte años de lucha

denominada y arrojo lograron dominar las furiosas aguas del río Támesis que se resistía

a ver perforado su lecho.

De esta manera los túneles se han venido desarrollando durante la historia hasta la

actualidad.



1.- TUNELES

Entendemos por túnel a aquella construcción que tiene por objetivo principal comunicar

dos extremos que, de otra manera, se mantendrían separados. El túnel permite de tal

modo el paso por espacios cerrados que por lo general son subterráneos. Una de

las características principales de todo túnel es que cuentan con un techo y que la única

ventilación es la que se mantiene en ambos puntos, no habiendo ninguna posibilidad de

salida o cruce del mismo fuera de esos dos puntos de comunicación.

Los túneles son en su mayoría construcciones artificiales que el ser humano diseña y

ejecuta con el único propósito de pasar de un lado a otro cuando dos puntos se

encuentran cerrados o cubiertos de materia. Hay dos tipos de espacios en los que se

suelen construir túneles: los espacios naturales (montañas, montes, cañones) en los

cuales se puede realizar el túnel tanto para el paso de seres humanos como para el paso

de agua, de energía o de materiales de diverso tipo; y los espacios urbanos en los cuales

los túneles bajo tierra sirven para dinamizar el transporte público (ya sea en el caso de

los subterráneos o los túneles para vehículos regulares).

La inversión de tiempo, capital y fuerza humana para la construcción de túneles suele

ser muy importante ya que los túneles son algunas de las construcciones más complejas

que puede realizar el ser humano (al ser completamente artificiales y requerir por tanto

ciertos rasgos de seguridad). Por lo general, los túneles se realizan a través de la

voladura o explosión de los espacios a vaciar, por perforación y por excavación. De

acuerdo al tipo de túnel que se quiera construir existirán diferentes métodos más útiles

para la obtención de los resultados específicos. En algunos casos los túneles pueden ser

abandonados, especialmente cuando se construyen con objetivos específicos y

puntuales, como es el caso de la extracción de recursos naturales

http://www.definicionabc.com/general/construccion.php

http://www.definicionabc.com/general/caracteristicas.php

http://www.definicionabc.com/geografia/recursos-naturales.php



2.-MARCO TEORICO

2.1 EL MACIZO ROCOSO: Durante la etapa de Estudio y construcción de un

proyecto de excavación, es de vital importancia contar con la información

necesaria sobre las características litológicas estructurales, de los esfuerzos e

hidrología de un macizo rocoso (Alonso et al., 2007 y Hoek, 2006). Todo trabajo

de ingeniería, requiere llevar las condiciones del macizo rocoso a valores

numéricos, a fin de calcular y dimensionar una obra y sus etapas. Las

propiedades del macizo rocoso son:

a) Tipo de roca que conforma el macizo.

b) Estructura del macizo rocoso.

c) Estado de conservación de la roca (Abril, E. G., 2007).

La clasificación del macizo rocoso se agrupa en dos: Clasificación de Ingeniería

(Terzaghi, Lauffer, Deere y Wickham) y clasificación geomecánica (Bieniawski y

Barton) (Hoek, 2006). La clasificación de Bieniawski (RMR), toma en cuenta 6

parámetros (Abril, 2007 y Hoek et al. 2006). La clasificación de Barton o índice

de calidad de túneles (Q), también toma en cuenta 6 parámetros (Palmstrom et al

2006), pero como este índice estuvo orientado a excavaciones con perforación y

voladura, para la aplicación de TBM ha sido necesario reformularla incluyendo

otras propiedades del macizo rocoso y el cortador.

3.-MARCO LEGAL

Procesos peligrosos en la construcción de túneles mediante tecnología

TBM / EPB (Tunnel Boring Machine).

La tecnología constructiva de túneles, la Seguridad y la Salud Laboral, ámbitos estos

que siendo independientes, se entrecruzan y entrelazan. En esta confluencia es donde se

requiere el cumplimiento y aplicación de aspectos de Seguridad así como el control de

la Salud Ocupacional de quienes desarrollan actividades en el ambiente tecnológico de

los escudos o tuneladoras. A pesar del avance tecnológico en la metodología

constructiva de túneles aun es necesario el concurso del trabajador para su ejecución, al

cual se le debe garantizar unas condiciones de trabajo aceptables, o lo que es lo mismo;

condiciones de seguridad y salud que le permitan efectuar sus actividades sin peligro de

enfermarse, o accidentarse.

En este punto se necesita hacer un preámbulo de los aspectos que engloban el trabajo de

construcción de túneles (trabajo, salud, seguridad y tecnología) de forma de poder

ubicar el tema a desarrollar en su contexto, ya que debemos considerar que el



planteamiento del problema “consiste en describir de manera amplia la situación objeto

de estudio ubicándola en un contexto que permita comprender sus origen y relaciones”

Dado que el trabajo constituye uno de los aspectos imprescindibles para el ser humano

al permitirle cubrir sus necesidades “no se puede dejar de considerar la forma como el

trabajo influye en la salud.

El trabajo no es solamente una cualidad biológica, sino una característica del hombre

como ser social que se encuentra relacionado con el proceso de transformación y

dominio de la naturaleza”

Al mismo tiempo la salud “es el hábito o estado corporal que nos permite seguir

viviendo, es decir, que nos permite superar los obstáculos que el vivir encuentra a su

paso”, de forma que “debe verse como un estado donde hay un balance o equilibrio

productivo entre este estado y otros subsistemas, tales como un órgano, otra persona o

grupo social” o, como expone el convenio 155 de la OIT, “el término salud, en relación

con el trabajo, abarca no solamente la ausencia de afecciones o de enfermedad, sino

también los elementos físicos y mentales que afectan a la salud y están directamente

relacionados con la seguridad e higiene en el trabajo”.

Por su parte la Seguridad es “el conjunto de técnicas y procedimientos que tienen por

objeto eliminar o disminuir el riesgo de que se produzcan los accidentes de trabajo”, y

de una forma más específica “El conjunto de conocimientos y técnicas (de tipo no

médico) que tratan de eliminar o al menos reducir los riesgos de daños materiales y

lesiones personales”

En cuanto a la tecnología, surgen una serie de interrogantes, tales como;

¿Qué es un túnel?

¿Cuáles son las técnicas actuales?

¿Cuál es la situación de la construcción de?

¿Qué aspectos de inseguridad, o condiciones peligrosas están presentes en las

operaciones de un escudo, o tuneladora?

¿Qué condiciones de trabajo pueden afectar, o incidir sobre la salud de los trabajadores?

Un túnel, según la Real Academia Española (RAE) es definido como un paso

subterráneo abierto artificialmente para establecer comunicación a través del monte,

debajo de un rio u otro obstáculo natural o artificial, lo que hace que se considere que

“el túnel es un desafío a la naturaleza”

Por consiguiente el túnel es un tipo de infraestructura que se adapta bien a las

necesidades actuales de comunicación y medio ambiente requeridas por la sociedad, su

construcción ha permitido resolver diferentes necesidades de ésta en cuanto a

comunicación, conducción de aguas tanto potables como servidas y/o para generación

de energía, sin mayor interferencia o impacto sobre el medio ambiente.



Esto ha hecho de los túneles una solución técnica de alta utilización en la cual las

tuneladoras o escudos tienen cada vez un papel más protagónico, ya que garantizan que

los riesgos de ejecución del proyecto sean reducidos y más manejables por ofrecer

seguridad en el avance sin peligro de derrumbe del frente, techo, o paredes, razón por la

que constituyen un elemento de presente y de futuro.

4.-ESTUDIOS PRELIMINARES

4.1.- GENERALIDADES

En obras públicas se plantea frecuentemente el problema de la construcción de túneles.

La necesidad de los tuéneles se impone en le construcción de carreteras, ferrocarriles y

canales cuando es imposible la ejecución de una trinchera (para pasar una montaña) o

cuando es demasiado costoso.

La construcción de túneles plantea una serie de problemas relacionados ya con la

disposición a adoptar en las obras. Ya con el método de ejecución de estas y el equipo

de los tajos.

Las soluciones dependen específicamente de la naturaleza del terreno, de su resistencia

y de la posible presencia de agua.

4.2.-TRAZADO DEL TÚNEL.

El proyecto del trazado de túnel en planta y perfil longitudinal de un tramo de carretera

o autopista, canal. Ferrocarril, etc., que incluya un túnel constituye la etapa más

importante de su concepción, a lo que rara vez se le presta la debida atención.

La consideración del "sistema complejo", que forma un túnel, debe comenzar desde el

proyecto de su trazado en planta y su perfil longitudinal, cosa que suele ser poco

frecuente. En esta fase, la optimización técnica y económica es de la mayor importancia.

Es indispensable contar desde los primeros estudios con un equipo multidisciplinar

constituido por proyectistas y expertos con gran experiencia que permitirán determinar

todos los problemas potenciales que puedan darse en el proyecto de estudio, en lugar de

disponer siempre de información preliminar incompleta, y así adoptar las decisiones

correctas para los temas importantes que, una vez consolidadas, permitirán establecer

otros criterios progresivamente teniendo en cuenta la información adicional de la que se

vaya disponiendo.


UEC. DISEÑO DE CONSTRUCCION (DISEÑO Y CONSTRUCCION DE TUNELES)

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CULTURA DE TRAZADO DE TÚNELES

Éstos prefieren con frecuencia trazados « acrobáticos »que discurren por las cimas, con

fuertes pendientes, obras de sostenimiento importantes o viaductos de gran longitud y, a

veces, trabajos de consolidación enorme, muy ostentosa y no siempre eficaz en el

tiempo, para atravesar zonas con deslizamientos.

Alternativas de trazado planteado con túneles muestran que:

el ahorro en el coste de construcción puede alcanzar entre un 10 y un 25% en zonas con

relieve accidentado, se pueden conseguir importantes ahorros en el coste de explotación

y mantenimiento: la fiabilidad del itinerario puede ser mayor, principalmente en zonas

sometidas a deslizamientos, o a condiciones climáticas severas, el impacto sobre el

medio ambiente se reduce significativamente, el nivel de servicio mejora para los

usuarios y las condiciones de explotación son más adecuadas (en particular en invierno

en los países que presentan riesgo de nieve) mediante reducción de las pendientes

requeridas por las vías que recorren las cadenas montañosas.

La asistencia de expertos externos permite suplir esta insuficiencia de « cultura de túnel

», y mejorar consecuentemente el proyecto.

TRADICIÓN EN CONSTRUCCIÓN Y EXPLOTACIÓN DE TÚNELES

La noción de "sistema complejo" es raramente tenida en cuenta en las etapas previas, lo

que va contra una optimización global del proyecto. Con demasiada frecuencia, la

geometría de la nueva infraestructura se fija por especialistas de trazado sin tener en

cuenta la influencia de otras exigencias y elementos del túnel.

Sin embargo, en esta etapa es fundamental tener en cuenta todos los parámetros e

interfaces descritas en el anterior Apartado.

Los más principalmente son:

La geología y la hidrogeología del macizo (a nivel de conocimiento disponible) y la

evaluación preliminar de las dificultades geológicas y riesgos potenciales sobre los

procedimientos, costes y plazo de construcción.

Las condiciones geo mecánicas, hidrogeológicas e hidrográficas potenciales en las

bocas del túnel y en los accesos.



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Los riesgos y peligros ligados a las condiciones invernales para países sometidos a

fuertes nevadas, principalmente:

Los riesgos de avalanchas o de formación de ventisqueros y las posibilidades de

prevenirlos.

las condiciones de viabilidad invernal de las carreteras de acceso para garantizar la

fiabilidad del itinerario, (esta disposición puede condicionar la cota de las bocas del

túnel, las pendientes máximas de las carreteras de acceso y en su caso, la disponibilidad

de espacio para habilitar las áreas para poder quitar y poner las cadenas en las

proximidades de las bocas).

Las condiciones medioambientales en la boca del túnel y en los accesos. El impacto

puede ser muy fuerte en zona urbana, fundamentalmente debido al ruido y a la emisión

de aire contaminado, y en los túneles interurbanos.

La pendiente de las rampas de acceso:

El túnel más barato no es necesariamente el más corto.

La eliminación del carril adicional para vehículos lentos es desaconsejable cerca de la

boca

Del túnel, y su mantenimiento en el interior es en general muy costoso.

La pendiente de los accesos puede tener una gran influencia sobre la capacidad del

itinerario, o sobre la viabilidad invernal.

La posibilidad de incorporar accesos laterales (ventilación - evacuación y seguridad -

reducción del tiempo de ejecución de los trabajos) y pozos inclinados o verticales

(ventilación - evacuación y seguridad):

Pueden presentar implicaciones en la superficie (en particular en entornos urbanos:

espacio disponible-sensibilidad a la emisión de aire contaminado etc.), mejorar la

disponibilidad durante todo el año (por ejemplo, ante la exposición por avalanchas) y

suponer restricciones importantes en el proyecto del trazado en planta y en perfil

longitudinal. Por el contrario contribuyen a la optimización de la construcción y los

costes de explotación.

Algunas entradas puntuales pueden tener un impacto significativo en los costes de

construcción y explotación y en el tamaño de la sección transversal (posible

optimización de las instalaciones de ventilación y evacuación).

Los procedimientos constructivos, que pueden tener una gran influencia en el proyecto

del trazado y del perfil longitudinal:

El cruce de un río con un túnel perforado constituye un proyecto totalmente distinto al

de una solución por cajones prefabricados sumergidos.

Interferencias con un viaducto en la boca de túnel.



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Los plazos de construcción impuestos pueden tener una gran influencia en el trazado,

principalmente para poder atacar por las dos bocas del túnel, e incluso con frentes

intermedios.

Las características geométricas del trazado en planta y del perfil longitudinal del túnel,

para las que es necesario tener en cuenta:

Limitación de las pendientes que influyen en las necesidades de ventilación y en la

capacidad de tráfico.

Las condiciones hidráulicas para el drenaje, tanto durante la construcción como en

explotación, que influyen sobre el perfil longitudinal.

Los espacios laterales reducidos (salvo costosos sobre anchos), que precisan de un

estudio específico de las condiciones de visibilidad y de la elección de los radios del

trazado en planta.

la elección juiciosa de los radios del trazado en planta con el fin de evitar peraltes por su

influencia en la recogida y evacuación de las aguas de calzada, interfiriendo con el

conjunto de canalizaciones de cables y redes de incendios, obligando a veces a aumentar

la sección transversal.

Todas las limitaciones clásicas relacionadas con la ocupación del subsuelo,

principalmente en zona urbana: metro, parkings, cimientos, construcciones sensibles a

los asentamientos.

Los costes de construcción y de explotación:

La obra más barata no es necesariamente la más corta.

Una mayor inversión en obra civil puede ser a la larga más

rentable si permite una reducción en los costes de construcción, de explotación, de

mantenimiento y de grandes reparaciones (principalmente ventilación), o si permite

prolongar varios años la vida útil de la obra (influencia de la pendiente del túnel y de

sus accesos en la capacidad).

La coordinación entre el trazado en planta y el perfil longitudinal debe ser tratada con

especial cuidado para favorecer el nivel de confort y de seguridad de los usuarios (el

efecto visual de los cambios de rasante, principalmente un punto alto, es más acusado en

un túnel dadas las limitaciones de su campo visual y los efectos de la iluminación), las

condiciones de explotación, unidireccional o bidireccional, deben tenerse en cuenta en

el proyecto del trazado, principalmente:

Las condiciones clásicas de visibilidad y legibilidad.

La posibilidad de encontrar accesos laterales o verticales para optimizar

fundamentalmente la ventilación y la sección transversal, o la seguridad (evacuación de

los usuarios y acceso de los servicios de emergencia, evitando la construcción de una

galería paralela), el trazado en las proximidades de las bocas:



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Las bocas del túnel constituyen un punto singular de transición, y es preciso considerar

el comportamiento humano y las condiciones fisiológicas; es indispensable mantener

una continuidad geométrica para permitir al usuario conservar su trayectoria instintiva.

No es deseable tener un túnel rectilíneo, principalmente en las proximidades de la boca

de salida, en caso contrario puede ser indispensable reforzar el alumbrado de salida en

una gran longitud, ramales subterráneos o en las inmediaciones de las bocas del túnel:

Se deben evitar los ramales subterráneos o en el exterior en las inmediaciones de las

bocas del túnel.

En caso de que sean indispensables, debe hacerse un análisis muy detallado para

determinar todas las limitaciones y consecuencias concretas a tener en cuenta (trazado,

perfil transversal, inserción, riesgo de reflujo de circulación, evacuación, ventilación,

alumbrado, etc.), para asegurar la seguridad en cualquier circunstancia

4.3.- ESTUDIOS GEOLÓGICOS, HIDROLÓGICOS, GEOTÉCNICOS Y

GEOMECÁNICO DEL TERRENO

ESTUDIO GEOLOGICO DEL TERRENO

El estudio geológico del terreno, consiste en el mapeo geológico del terreno con

especialista.

Este estudio debe abarcar en su totalidad del proyecto y sus posibles variantes para

decidir con pleno conocimiento de causa.

Según la situación de las capas subterráneas que permite prever este estudio, se

determina con cierta aproximación la naturaleza de los terrenos encontrados, su dureza,

su repartición a lo largo del túnel.

Se realizarán los reconocimientos y estudios geológicos y geotécnicos adecuados para

obtener un conocimiento exhaustivo del terreno que será afectado directa o

indirectamente por la construcción y explotación de la obra subterránea y de sus zonas

de acceso y salida.

Este reconocimiento en la superficie que sea accesible, se completara

con zanjas, calicatas, sondeos, o estaciones geo mecánicas, que se extenderán a uno y

otro lado de la traza en planta del túnel, hasta una distancia tal que los datos obtenidos

puedan servir, en su extrapolación hacia el interior del terreno, a un conocimiento del

mismo a la cota por donde ira la traza del túnel.

Si el terreno involucrado es un medio rocoso, se prestará especial atención a la eventual

presencia de fallas o discontinuidades importantes, de ámbito regional o local, que

pudieran ser cortadas por la perforación del túnel.

Se destacará, asimismo, la presencia de otras anomalías o singularidades estructurales

del terreno o medio rocoso, como zonas cársticas.

http://www.construmatica.com/construpedia/Zanja

http://www.construmatica.com/construpedia/Calicata

http://www.construmatica.com/construpedia/Cota

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Zona_c%C3%A1rstica&action=edit&redlink=1



14

Los estudios se centrarán también en las posibles áreas de salida del túnel, con objeto de

examinar y conocer con mayor precisión el terreno en tales zonas, posiblemente más

débiles bajo el punto de vista geotécnico, y poder fijar mejor el punto de arranque de la

obra subterránea.

El acusado influjo del agua en los diferentes aspectos del diseño, construcción y

explotación de la obra subterránea, exige un adecuado estudio de las condiciones

hidrogeológicas del entorno del túnel.

La gran variedad de métodos de prospección y ensayos para determinar las propiedades

geotécnicas exige una adecuación y una actuación, acorde con las características,

profundidad e importancia de la obra. Galerías y Pozos de

reconocimiento, sondeos mecánicos, zanjas, calicatas, métodos geofísicos, toma de

muestras y ensayos de campo o laboratorio, deben ser seleccionados para obtener una

suficiente base para el diseño del túnel.

Objetivos a conseguir con los reconocimientos y ensayos

a) Determinación del perfil geológico del túnel, con definición litológica y tectónica del

terreno atravesado, en especial:

Fallas y contactos mecánicos.

Zonas tectónicas.

Zonas alteradas.

Corrimientos.

Zonas carstificadas o milonitizadas.

Rocas alterables, solubles o expansivas.

Se debe prestar especial atención a las fallas activas en zonas con riesgo sísmico,

analizando las posibles soluciones (cambio de trazado, dispositivos de absorción de

desplazamientos, etc.).

b) Caracterización geotécnica cuantitativa de los terrenos, que sirva de base para la

utilización de las clasificaciones geomecánicas adecuadas y posterior sectorización del

túnel. Debe comprender, al menos, la determinación de los parámetros correspondientes

a:

Resistencia y deformabilidad.

Permeabilidad.

Alterabilidad.

Expansividad.

Erosionabilidad.

Comportamiento geológico

c) Recomendaciones sobre tipos de sostenimiento a adoptar para los distintos sectores

establecidos, tanto provisionales, con objeto de proteger a los trabajadores, como

definitivos.

http://www.construmatica.com/construpedia/Galer%C3%ADa

http://www.construmatica.com/construpedia/Sondeo

http://www.construmatica.com/construpedia/Litolog%C3%ADa

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Zona_tect%C3%B3nica&action=edit&redlink=1

http://www.construmatica.com/construpedia/Falla

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Zona_Tect%C3%B3nica&action=edit&redlink=1

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Zona_Carstificada&action=edit&redlink=1

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Zona_Milonitizada&action=edit&redlink=1

http://www.construmatica.com/construpedia/Resistencia

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Deformabilidad&action=edit&redlink=1

http://www.construmatica.com/construpedia/Permeabilidad

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Alterabilidad&action=edit&redlink=1

http://www.construmatica.com/construpedia/Expansividad

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Erosionabilidad&action=edit&redlink=1



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d) Recomendaciones orientadas a definir los sistemas de ejecución, las cuales deben

comprender:

Análisis de la perforabilidad mecánica

Métodos de sostenimiento recomendados.

Métodos de revestimiento recomendados.

e) Problemática previsible de la excavación (estabilidad, avenidas de agua. presencia de

líquidos o gases, etc.).

f) Análisis específico de las áreas de emboquille y posibles estructuras especiales, que

comprenda los siguientes aspectos:

Estudio de estabilidad de taludes en zonas de acceso al túnel.

Recomendaciones sobre la zona de emboquille.

Revestimientos en zonas de emboquille.

Estudios complementarios para estructuras especiales.

ESTUDIOS HIDROGEOLÓGICOS DEL TERRENO.

Se efectuarán los estudios hidrogeológicos necesarios para conocer de una manera

suficiente, para las etapas de construcción o explotación, las siguientes facetas:

a) Establecimiento del o de los niveles freáticos y su eventual variación estacional.

b) Existencia de fuentes, manantiales, captaciones de agua, etc., que puedan influir en el

túnel, o ser influidos por éste.

c) Permeabilidad o transmisividad de los diferentes terrenos que pudieran ejercer su

influjo en los aportes de agua al túnel durante la vida de la obra.

d) Factores que influyen en la elección del drenaje o impermeabilización del túnel.

e) Influjo del eventual drenaje del túnel en la posible variación de las condiciones

hidráulicas de los niveles freáticos, afloramientos o aprovechamientos.

f) Posibilidad de que el túnel suponga una barrera total o parcial a las corrientes

subálveas naturales, y la correspondiente variación.

ESTUDIOS GEOTECNICOS Y GEOMECANICOS DEL TERRENO

Las expresiones rocas y suelos, habituales en los antiguos tratados de Ingeniería de

Túneles, tienden a desaparecer. Si se sigue usándolas es por su mero valor descriptivo,

pero las propuestas diversas para su justificación se han demostrado totalmente faltas de

valor para ser utilizadas en los estudios de su comportamiento.

Hoy hablamos de la roca, en general, como el medio natural en el que ha de trabajar el

ingeniero de túneles y su conocimiento puede decirse que viene dado por dos caminos:

la geología y la geotecnia del macizo.

http://www.construmatica.com/construpedia/Nivel_Fre%C3%A1tico

http://www.construmatica.com/construpedia/Permeabilidad

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Transmisividad&action=edit&redlink=1

http://www.construmatica.com/construpedia/Drenaje

http://www.construmatica.com/construpedia/Impermeabilizaci%C3%B3n

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Afloramiento&action=edit&redlink=1

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Corriente_Sub%C3%A1lvea&action=edit&redlink=1

http://www.construmatica.com/construpedia/?title=Corriente_Sub%C3%A1lvea&action=edit&redlink=1



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El estudio geológico de un macizo se concreta en el establecimiento de diversas

características de las rocas del mismo, entre las que destacan dos: la estructura

geológica que presentan (incluida la descripción del origen, historia geológica y

disposición de pisos, etc.) y la Clasificación geológica habitual (granitos, gneis,

esquistos, etc.) junto con el posible estudio de su Mineralogía (Cristalografía).

Características complementarias de un estudio geológico pueden ser una evaluación

aproximada de algunas propiedades mecánicas de dichas rocas matrices, como la

Cohesión o la Dureza.

El estudio geotécnico tiene que ir mucho más allá, porque de lo que se trata es de prever

el comportamiento mecánico del macizo rocoso cuando se le someta a modificaciones

en su estado tensional de equilibrio, consecuencia de la construcción del túnel. De ello

responden no sólo las características intrínsecas de las rocas matrices, sino su

disposición estructural natural, su estado de fracturación y la presencia de agua así

como de posibles discontinuidades o, en el límite, accidentes geológicos singulares.

En resumen, desde un punto de vista práctico, el proyectista debe considerar que un

macizo rocoso necesita una definición geotécnica que ha de abarcar los cuatro aspectos

siguientes:

a).- Características intrínsecas del material básico (las rocas matrices), entendiendo que

ha de extenderse a cada uno de los varios conjuntos de rocas matrices que puede

presentar un macizo aunque, en principio, parezca continuo y sano.

b).- Evaluación de discontinuidades. Pueden señalarse la orientación de los planos de

las mismas (rumbos y buzamientos); la frecuencia de tales discontinuidades; la apertura

o separación de dichos planos; la naturaleza de los rellenos posibles; la rugosidad de los

planos límites; la presencia y circulación de agua, etc.

c).- Respuesta esperable de la roca matriz (así como de las discontinuidades que

presente) en el supuesto de cambios en el estado de equilibrio tensional "roca rellenos-

agua".

d).- Respuesta final esperable del macizo (es decir, del conjunto de rocas matrices o

componentes básicos) a los cambios antes citados que es el objetivo final del estudio

geotécnico del mismo.

Siguiendo la lista anterior, los dos primeros apartados se refieren a lo que se llama

usualmente descripción geotécnica de las rocas del macizo y de su conjunto, es decir del

propio macizo. Para ello se usan las metodologías geológicas habituales que van desde

la geomorfología observada en superficie (afloramientos y catas) o en las columnas de

sondeos hasta reconocimientos geofísicos.

Los dos últimos apartados se refieren a la evaluación de parámetros geotécnicos. De

ellos, el tercero requiere principalmente ensayos de laboratorio y el cuarto una

combinación de ensayos de laboratorio con nuevos datos de sondeos mecánicos,

prospecciones geofísicas o ensayos mecánicos in situ.



17

Este conjunto de trabajos tiene por objeto llegar a calificar las formaciones presentes en

el macizo a través de datos que van desde la mera descripción geomorfológica a la

identificación concreta y, desde una primera clasificación de los materiales básicos a la

clasificación y calificación geotécnica de los diferentes tramos del macizo.

Ahora bien, los propios índices o parámetros, con los que se llega a evaluar propiedades

muy concretas, pueden ser contradictorios. Por ejemplo, una elevada resistencia a la

compresión en una roca matriz puede inducir a una elección equivocada de una TBM

típica de roca dura o extra dura, porque si dicha roca se presenta muy fracturada, lo

recomendable es otro tipo de máquina que ofrezca prestaciones más favorables al auto

sostenimiento temporal o provisional, ya que la alta fracturación de la roca permite el

arranque con diseños más convencionales en cuanto a capacidad de cortadores.

Se podrían comentar otros ejemplos de índices igualmente contradictorios:

a) las rocas blandas permeables o impermeables requieren tratamientos diferentes en

cuanto al corte mecánico;

b) una roca blanda pero tenaz (caso típico son las formaciones masivas de yeso) puede

presentar dificultades de arranque muy peculiares, tanto si se emplean explosivos, como

si se estudia su arranque mecánico, etc.

Por todo ello, se ha visto la necesidad de llegar a caracterizaciones de tipo global de los

macizos, a partir de los trabajos e índices que se han comentado y, así han nacido las

actuales Clasificaciones Geomecánicas de los Macizos Rocosos".

Históricamente, puede decirse que nacen con Terzaghi a mediados de los años 40, ya

que su Clasificación, aunque pueda llamarse simplista, sigue dando hoy día, en general,

resultados del lado de la seguridad, pese a dicha simplicidad, y no cabe duda de su

aplicabilidad al diseño de los sostenimientos. Lo mismo se podría decir de otras

Clasificaciones desarrolladas en los años 50 y 60 (Lauffer, Protodyakonov, etc.).

No obstante estos precedentes históricos reales, que se emplearon con profusión

particular en la minería, se considera que la consagración universal de las modernas

Clasificaciones geomecánicas tiene lugar con la publicación de las de Barton y de

Bieniawski a mediados de los años 70, y presentadas ambas al Congreso Internacional

de Mecánica de Rocas de 1979, celebrado en Montreux

Estas dos Clasificaciones famosas definen sendos índices globales de Calidad a partir de

algunos índices simples de las rocas matrices. Así, Barton define su índice Q de Calidad

del Macizo Rocoso (que llama, literalmente, Rock más quality) en función de los

índices simples siguientes: el de fracturación (índice RQD - Rock quality designation -

de Deere-); el de diaclasado (número de familias observables); el de rugosidad de

diaclasas (planas, onduladas, continuas, etc.) y el de alteración de las mismas (alteración

nula, ligera, con detritus, milonitos, etc.). Añade a ellos dos factores, el de reducción por

presencia de agua y el representativo del estado tensional.



18

Bieniawski, por su parte, define el índice RMR de Valoración del Macizo Rocoso

(literalmente llamado Rock más rating) en función de: la resistencia a la compresión

simple, el índice RQD de Deere; la separación de diaclasas; la continuidad/rugosidad de

las diaclasas y un factor por presencia de agua.

Hay, por supuesto, otras clasificaciones que han buscado perfeccionar más algunas

cualidades concretas del macizo, pudiendo decir que no hay inconveniente alguno,

antes al contrario, en hacer adaptaciones para su empleo en casos concretos, si bien debe

contarse siempre con el asesoramiento de expertos.

La clasificación geomecánica del macizo rocoso es, pues, en primer lugar, el banco de

datos que se ofrece para el diagnóstico cualitativo del macizo que se estudia. Pero,

además, y como se verá, el elemento básico de lo que se puede llamar métodos

empíricos de dimensionamiento y cálculo de la estructura resistente del túnel.

Investigación de sitio

Geología de superficie.

Sondajes en portales, a lo largo del túnel y zonas aledañas. Incluir ensayos de

permeabilidad y piezómetros.

Geofísica

Muestras sacadas en cota del túnel.

Información debe ser tal de poder generar perfiles a lo largo del túnel con tipos

de roca, estructuras, calidad geotécnica y condiciones hidrogeológicas.

Condiciones de temperatura y posible presencia de gases en la excavación deben

ser examinadas.

Prospecciones geofísicas

Métodos sísmicos

Métodos eléctricos



19

5.- CLASIFICACIONES GEOTECNICAS Y GEOMECANICAS PARA

TUNELES.

5.1.-HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES

Las clasificaciones llevan más de 100 años en uso, pero es a partir de la década de los

años 70 cuando se extienden más internacionalmente.

La clasificación de rocas de terzaghi (1946).

Clasificación de stini y lauffer (1958).

Caterpillar tractor con.(1966)

Obert & duval (1967) para minería.

Ege (1968) tuneles r.ristalinas. kruse et al (1969) revestimiento túneles.

Goodman & duncan (1971) taludes.

Laubasher (1974) para minería.

Clasificación de wickham et al., 1972 r.s.r.

Clasificación csir de macizos rocosos fisurados (1973) coautor bieniakski.

Índice de calidad tunelera barton (1975).

Clasificación de protodiakonov (1976).

Clasificación de bieniawski (1979).

Clasificación sur (1983) de Gonzales de vallejo.

Romana (1985).

Clasificación de bieniawski (1989).

palmstrom (1995) índice rmi.



20

clasificación de rabcewicz (natm) norma alemana.

5.2.-LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS MAS EMPLEADAS:

A.- TERZAGHI

• Propuso esta clasificación para calcular las cargas que deben soportar los marcos de

acero en los túneles.

• Experimento en túneles ferrocarrileros con refuerzo de acero en los Alpes.

• Destaca la importancia de la exploración geológica que deberá hacerse antes que se

termine el diseño y sobre todo insiste en conseguir información sobre los defectos en la

formación de la roca.

“desde el punto de vista de ingeniería, el conocimiento del tipo de defecto en la roca y

en su intensidad puede ser más importante que el tipo de roca que se pueda encontrar.

Por lo tanto, durante la exploración hay que dar especial atención a los defectos de la

roca. El informe geológico deberá contener una descripción detallada de los efectos

observados en términos geológicos. También deberá mencionar la roca defectuosa en

términos de tune leo, como por ejemplo: roca en bloque, junteada, roca que se

comprime o expande.”

Terzaghi define los términos de tuneleo como sigue:

Roca inalterada, no tiene fisuras ni ramales. Por lo tanto, cuando se rompe, lo hace a

través de la roca sana. Debido al daño que se hace a la roca con el uso de explosivos,

pueden caer del techo desgajes de rocas varias horas o varios días después de la

voladura. Esta condición se llama desprendido. La roca dura, inalterada, también puede

verse afectada por chasquidos, lo que implica la separación espontánea y violenta de

láminas de roca de las paredes o del techo. Roca estratificada, está constituida por

capas unitarias con pocas o ninguna resistencia a la separación a lo largo del plano

limítrofe entre estratos. La capa puede haberse debilitado o no debido a fracturas

transversales.

Los desprendimientos son comunes en este tipo de rocas.

Roca medianamente fisurada, tiene fisuras y ramaleos pero los bloques entre las

juntas están soldados o tan íntimamente embonados que las paredes verticales no

necesitan refuerzo. En rocas de este tipo, se puede encontrar a la vez el desprendimiento

y el chasquido.

Roca agrietada en bloques, es una roca químicamente inalterada o casi inalterada,

cuyos fragmentos se encuentran totalmente separados unos de otros y no embonan. Esta

clase de rocas puede necesitar además laterales en las paredes.



21

Roca triturada, pero químicamente sana tiene la apariencia de ser un producto de

trituradora. Si los fragmentos, en su mayoría o todos son del tamaño de arena y no ha

habido recementación, la roca triturada que está abajo del nivel de las aguas freáticas

tienen las propiedades de una arena saturada.

Roca comprimida, avanza lentamente en el túnel sin aumento perceptible de volumen.

Un prerrequisito de compresión es un porcentaje elevado de partículas microscópicas o

sub-microscópicas de micas o de minerales arcillosos de poca expansibilidad.

Roca expansiva, avanza básicamente en el túnel debido a su propia expansión. La

capacidad de esponjamiento parece estar limitada a las rocas que contienen minerales

arcillosos como la montmorillonita, con una alta capacidad de expandirse.

Diagrama de carga de roca sobre un túnel (terzaghi, 1946)

LOS CONCEPTO USADO POR TERZAGHI REPRESENTA EL MOVIMIENTO DE

ROCA SUELTA HACIA EL TUNEL

Durante la construcción del túnel habrá algún relajamiento de la cohesión de la

formación rocosa arriba y en los lados del túnel.

La roca suelto dentro del área a c d b tendera a interrumpir en el túnel.

A este esfuerzo se opondrán fuerzas de fricción a lo largo de los límites laterales

a c y b d y estas fuerzas de fricción transfieren la parte más importante del peso

de la carga de roca w al material de los lados del túnel.

El techo y los lados del túnel no tienen que soportar más que el resto de la carga

que equivale a una altura hp.

El ancho b1 de la zona de la roca donde existe movimiento, dependerá de las

características de la roca y de las dimensiones ht y b del túnel.

Terzaghi realizo muchas pruebas en maquetas, utilizando arena sin cohesión para

estudiar la forma de lo que él llamaba el “arco del suelo” encima del túnel.



22

B.-CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA RMR

Desarrollado por Bieniawski, (1989) constituye un sistema de clasificación de

macizos rocosos que permite a su vez relacionar índices de calidad con

parámetros de diseño y de sostenimiento de túneles.



23

El parámetro que define la clasificación es el denominado índice RMR

(ROCK MASS RATING ), que indica la calidad del macizo rocoso en cada

dominio estructural a partir de los siguientes parámetros:

1.-Resistencia a la compresión simple de la matriz rocosa.

2.-R.Q.D. Grado de fracturación del macizo rocoso.

3.-Espaciado de las discontinuidades.

4.-Condiciones de las discontinuidades, el cual consiste en considerar los

siguientes parámetros:

- Abertura de las caras de la discontinuidad.

- Continuidad o persistencia de la discontinuidad.

- Rugosidad.

- Alteración de la discontinuidad.

- Relleno de las discontinuidades.

5.-Presencia del Agua, en un macizo rocoso, el agua tiene gran influencia sobre

su comportamiento, la descripción utilizada para este criterio son:

completamente seco, húmedo, agua a presión moderada y agua a presión fuerte.

6.-Orientación de las discontinuidades.

Para obtener el Índice RMR de Bieniawski se realiza lo siguiente:

1. Se suma los 5 variables o parámetros calculados, eso da como

resultado un valor índice (RMR básico).

2.-El parámetro 6 que se refiere a la orientación de las

discontinuidades respecto a la excavación.

El valor del MR varía entre 0 a 100

1er PARÁMETRO: RESISTENCIA DE LA ROCA SANA

DESCRIPCIÓN

RESISTENCIA A

COMPRESIÓN SIMPLE (

Mpa)

ENSAYO DE

CARGA

PUNTUAL (MPa)

VALORACIÓN

Extremadam ente

dura

>250 > 10 15

Muy dura 100 – 250 4 – 10 12

Dura 50 – 100 2 – 4 7



24

Moderadamente

dura

25 – 50 1 – 2 4

Blanda

Muy blanda

5 -25

1 – 5

< 1

< 1

2

1

0 Resistencia de algunas rocas sanas en (MPa)

2do PARÁMETRO: CÁLCULO DEL R.Q.D. La calidad de

roca R.Q.D se puede determinar:

- Trozos de rocas testigos mayores de 10cm recuperados en sondeos.

- Número total de discontinuidades que interceptan una unidad de volumen

(1m3) del macizo rocoso, definido mediante el parámetro Jv.

- Teóricamente a partir de la densidad de las discontinuidades o frecuencia de las

discontinuidades ( ) por Hudson, 1989.

Para el primer caso se utiliza la primera fórmula:

El valor obtenido en las formulas A, B o C son comparados con la siguiente tabla:



25

Índice de Calidad

R.Q.D. (%)

Calidad

Valoración

0 -25 Muy mala 3

25 – 50 Mala 8

50 – 75 Regular 13

75 – 90 Buena 17

90 - 100 Excelente 20

Muchos han intentado relacionar el RQD a los factores de carga rocosa de terzaghi y a

los requerimientos del empernado de túneles. Cording y Deere (1972), Merrot (1972)

y Deere and deere (1988).

3er PARÁMETRO: SEPARACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES.

La separación o el espaciamiento de las discontinuidades está clasificada según

la tabla que a continuación se observa:

Para calcular el rango se utiliza el siguiente gráfico:

Grafico Para calcular el parámetro del espaciamiento de las

discontinuidades.

4to PARÁMETRO: CONDICIONES DE LAS DISCONTINUIDADES.

Aberturas de las discontinuidades.

Grado

Descripción

Abierta

Separación de

las caras

Valoración

1 > 5mm 0

Descripción

Espaciado de

las Juntas

Tipo de

macizo

rocoso.

Valoración

Muy separadas > 2 m Sólido 20

Separadas 0,6 – 2 m. Masivo 15

Moderadamente

juntas

200– 600 mm. En bloques 10

Juntas 60 – 200 mm. Fracturado 8

Muy juntas < 60 mm. Machacado 5



26

2

Moderadamente

abierta

1 – 5 mm

1 3 Cerrada 0,1 – 1 mm 4

4 Muy cerrada < 0,1 mm 5

5 Ninguna 0 6

Continuidad o persistencia de las discontinuidades.

Grado Descripción Continuidad Valoración

1 Muy baja < 1 m 6

2 baja 1 – 3 m 4

3 Media 3 – 10 m 2

4 Alta 10 – 20 m 1

5 Muy alta > 20 m 0

Rugosidad de las discontinuidades.

Grado Descripción Valoración

1 Muy rugosa 6

2 Rugosa 5

3 Ligeramente rugosa 3

4 Lisa 1

5 Plana (espejo de falla) 0

Relleno de las discontinuidades.


1 Blando > 5 mm 0

2 Blando < 5mm 2

3 Duro > 5mm. 2

4 Duro < 5 mm 4

5 Ninguno 6

Alteración de las discontinuidades.


1 Descompuesta 0

2 Muy alterada 1

3 Moderadamente alterada 3

4 Ligeramente alterada 5

5 No alterada 6

5to PARÁMETRO: LA PRESENCIA DEL AGUA.

Para calcular la valoración según la presencia del agua se toma como

referencia la tabla que a continuación se especifica.

Tabla para obtener el parámetro de la presencia del agua



27

Caudal por

10 m de

túnel

Relación Presión

agua – Tensión ppal

mayor

Descripción

Valoración

Nulo 0 Seco 15

< 10 litros/min < 0,1 Ligeramente húmedo 10

10-25 litros/min 0,1 – 0,2 Húmedo 7

25-125 litros/min 0,2 – 0,5 Goteando 4

>125 litros/min > 0,5 Fluyendo 0

6to PARÁMETRO: ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES.

Para la valoración de este parámetro se debe clasificar la roca de acuerdo al rumbo y

buzamiento con respecto a la obra civil que se va a ejecutar, esta clasificación se

especifica a continuación:

Tabla de clasificación para la determinación de los buzamientos con respecto

al efecto relativo con relación al eje de la obra

Dirección Perpendicular al Eje de la

obra

Dirección Paralelo

al

Eje de la obra.

Buzamiento

0 -20°

Cualquier

dirección.

Excav. Con

buzamiento.

Excav. Contra

buzamiento Buz

45° - 90°

Buz

20° - 45°

Buz

45° - 90°

Buz

20° - 45°

Buz

45° - 90°

Buz

20° – 45°

Muy favorable

Favorable

Medio

Desfavorable

Muy desfavorable

Medio

Desfavorable

Valoración para Túneles y Minas.

Calificativo Valoración

Muy favorable 0

Favorable -2

Medio -5

Desfavorable -10

Muy desfavorable -12

Valoración para Fundaciones.



28

Calificativo Valoración

Muy favorable 0

Favorable -2

Medio -7

Desfavorable -15


Valoración para Taludes.

alificativo Valoración

Muy favorable 0

Favorable -5

Medio -25

Desfavorable -50


Calidad del macizo rocoso con relación al Índice RMR

CLASE CALIDAD VALORACIÓN RMR

COHESIÓN ÁNGULO DE ROZAMIENTO

I Muy buena 100-81 >4 Kg/cm2

> 45º II Buena 80-61 3 – 4 Kg/cm

2 35º - 45º

III Media 60-41 2 – 3 Kg/cm2

25º - 35º IV Mala 40-21 1 – 2 Kg/cm

2 15º- 25º

V Muy mala < 20 < 1 Kg/cm2

<15º

SISTEMA DE CLASIFICACION Q

Desarrollado por Barton, Lien y Lunde en 1974, constituye un sistema de

clasificación de macizos rocosos que permite establecer sistemas de sostenimientos

para túneles y cavernas. El sistema Q está basado en la evaluación numérica de

seis parámetros que definen el índice Q. Este índice viene dado por la siguiente

expresión.

𝑄 =𝑅𝑄𝐷

𝐽𝑛 𝑋

𝐽𝑟

𝐽𝑎𝑋

𝐽𝑤

𝑆𝑅𝐹

RQD is the Rock quality Designation

Jn = Es un indicador de número de familias

Jr = Es un indicador de la rugosidad de las juntas



29

Ja = Es un indicador de la meteorización o alteración de las juntas

Jw = Es un indicador de la presencia de agua

SRF = Es un factor reductor de tenciones

RQD

𝐽𝑛 Representa el tamaño de los Bloques.

Jr

𝐽𝑎 Representa la resistencia al corte entre los bloques.

𝐽𝑤

𝑆𝑅𝐹 Representa el estado tensional del macizo rocoso.

TABLAS USADAS PARA LA CLASIFICACIÓN Q

Descripcion Jn

Roca masiva o.5-1

Una familia de diaclasas 2

Una familia y algunas juntas ocasionadas 3

Dos familias 4

Dos familias y algunas juntas 6

Tres familias 9

Tres familias y algunas juntas 12

Cuatro o más familias, roca muy fracturada, (terrones de azucar), etc 15

Roca triturada terrosa 20

En boquillas, se utiliza 2Jn y en interacciones de tuneles 3Jn

Con tacto entre las dos caras de la junta mediante un Jr



30

desplazamiento cortante de menos de 10cm

Juntas discontinuas 4

Junta rugosa o irregular ondulada 3

Suave ondulada 2

espejo de falla, ondulada 1.5

Rugoso o irregular, plana 1.5

Suave plana 1

Espejo de falla plana 0.5

No existe contacto entre las dos caras de la junta cuando

ambas se desplazan lateralmente

Zona conteniendo mineral arcillas, suficientemente gruesa para

impedir el contacto entre las dos caras de la junta 1

Arenas, gravas o zona fallada suficientemente gruesa para

impedir el contacto entre las dos caras de la junta

1

Nota. Si el espaciado de la familia de juntas es mayor de 3m hay que aumentar el Jr

en una unidad para juntas planas con espejo de falla provisto de lineaciones, si están

orientadas en la dirección de mínima resistencia se puede usar Jr 0.5



31

Descripción Jw

Presión

agua Kg/

cm2

Excavaciones secas o de fluencia poco importante, p.e.

menos de 51/min localmente 1 < 1

Fluencia o presión medias, ocasional lavado de los

rellenos de las juntas 0, 66 1 - 2,5

Fluencia grande o presión alta, considerable lavado de

los rellenos de las juntas 0,33* 2,5 - 10

Fluencia o presión de agua excepcionalmente altas al dar

las pegas, decayendo con el tiempo o,1 - 0,2* >10

Fluencia o presión de agua excepcionalmente altas y

continuas, sin disminución 0,05 - 0,1* >10

Los valores presentados con el signo * son solo valores estimados. Si se instalan

elementos de drenaje, hay que aumentar Jw

Los problemas causados por la formación de hielo no se consideran



32

DESCRIPCION

Roca fluyente, flujo plástico de roca incompetente bajo la influencia de altas

presiones litostaticas SRF

N Presión de flujo suave 5 - 10,0

O Presión de flujo intensa 10 - 20,0

Roca expansiva, actividad expansiva química dependiendo de la presencia de agua SRF

P Presión de expansión suave 5 - 10,0

R Presión de expansión intensa 10 - 20,0

Observaciones al S.R.F. -Reducir los valores del SRF en un 25 - 50% si las zonas de rotura solo influyen pero no intersecta

a la excavación - en los casos en

que la profundidad de la clave del túnel sea inferior a la anchura del mismo, se sugiere aumentar el

SRF de 2,5 a 5 (ver H)

- Para campos de tensiones muy anisótropos (si se miden) cuando 5 ≤ σ1/σ3 ≤ 10 reducir σc y σt a

0,8σc y 0,8σt. Cuando σ1/σ3 > 10 reducir σc y σt a 0,2σc y 0,6σt

σ1 y 0,3 Son las tensiones principales máximas y mínimas

σc y σt Son las resistencias a compresión y tracción de la roca

DESCRIPCION

Zonas débiles que intersectan en la excavación y pueden causar caídas de bloques, según avanza

la misma SRF

A

Varía zonas débiles conteniendo arcilla o roca desintegrada químicamente, roca muy suelta

alrededor. Cualquier profundidad 10

B

Solo una zona débil conteniendo arcilla o roca desintegrada químicamente. Profundidad de

excavación menor de 50m 5

B

Solo una zona débil conteniendo arcilla o roca desintegrada químicamente. Profundidad de

excavación mayor de 50m 2,5

D

Varias zonas de fractura en roca competente (libre de arcilla). Roca suelta alrededor. Cualquier

profundidad 7,5

E

Solo una zona fracturada en roca competente (libre de arcilla). Profundidad de excavación menor de

50m. 5

F

Solo una zona fracturada en roca competente (libre de arcilla). Profundidad de excavación mayor

de 50m. 2,5

G Juntas abiertas sueltas, muy fracturadas. Cualquier profundidad 5

Rocas competentes, problemas de tenciones en las rocas σ c/σ 1 σ t/σ 1 SRF

H Tenciones pequeñas cerca de la superficie > 200 > 13 2,5

J Tenciones medidas 200 - 10 13 - 0,66 1,0

K

tenciones altas, estructura muy compacta (normalmente favorable para la

estabilidad, puede ser desfavorable para la estabilidad de los estallidos)

10 - 5,0 0,66 -

0,33 0,5 - 2,0

L Explosión de roca suave (roca masiva) 5 - 2,5

0,33 -

0,16 5 - 10,0

M Explosión de roca fuerte (roca masiva) < 2,5 < 0,16 oct-20

σc u σt son las resistencias a comprensión y a tracción, respectivamente, de la roca, σ1 es la tensión principal

máxima que actúa sobre la roca



33

6.-DISEÑO Y EXCABACION DE TUNELES

6.1.- SEGÚN SU FUNCION

La función de los túneles, tiene una importancia muy relevante en el diseño, para la

aplicación de métodos de construcción del túnel.

Entre los usos más frecuentes pueden enumerarse:

•Los túneles para vehículos

•Redes de ferrocarril urbano o Metros

•Uso peatonal

•Abastecimiento de agua

•Saneamiento

•Galerías de servicio

•Almacenamiento de residuos

6.2.-METODOS DE EXCAVACION

Los métodos de excavación dependen del tipo de terreno que se va realizar el túnel.

SECCION DEL TUNEL.

La sección del túnel juega un rol muy importante en la excavación, que puede aumentar

o disminuir el rendimiento de equipos, mano de obra.

Existen tres métodos de excavación:

Excavación sin perforación y voladura

Excavación con perforación y voladura

Excavación con TBM.

6.2.1.-EXCAVACIÓN SIN PERFORACIÓN Y VOLADURA

Se excava en terrenos de mala calidad, estos terrenos se encuentran de acuerdo al

mapeo geotécnico o geomecanico en las clasificaciones de RMR por debajo de <25,

GSI. MFP ó EFP



34

6.2.2.-EXCAVACIÓN CON PERFORACIÓN Y VOLADURA

Para la excavación de túneles con perforación y voladura se tiene en cuenta los

siguientes puntos:

Tipos de roca

Nos indica la resistencia, abrasividad, cantidad de explosivos a utilizar.

Equipos, Herramientas y materiales a utilizar

La sección del túnel nos define el tipo de equipos a utilizar.

Los cuales pueden ser:

Perforadoras.

- Neumáticas

- Eléctricas

Explosivos.

Comprensoras

Barrenos

Equipos que extraen el material

- Volquetes

- Carros mineros

Locomotoras, etc.



35

6.2.3.-EXCAVACIÓN CON TBM

TUNELADORA TBM.

Una tuneladora o T.B.M. (del inglés Túnel Boring Machine) es una máquina capaz de

excavar túneles a sección completa, a la vez que colabora en la colocación de un

sostenimiento si este es necesario, ya sea en forma provisional o definitiva.

La excavación se realiza normalmente mediante una cabeza giratoria equipada con

elementos de corte y accionada por motores hidráulicos, aun cuando también existen

tuneladoras menos mecanizadas sin cabeza giratoria. El empuje necesario para adelantar

se consigue mediante un sistema de gatos perimetrales que se apoyan en el último anillo

de sostenimiento colocado o en zapatas móviles (denominadas grippers), accionados

también por gatos que las empujan contra la pared del túnel, de forma que se obtiene un

punto fijo desde donde empujarán.

Detrás de los equipos de excavación y avance se sitúa el denominado "equipo de

rezaga" de la tuneladora (o en denominación inglesa back up), constituido por una serie

de plataformas arrastradas por la propia máquina y que, a menudo, ruedan sobre rieles

que la misma tuneladora coloca, donde se alojan todos los equipos transformadores, de

ventilación, depósitos de mortero y el sistema de evacuación del material excavado.

Los rendimientos conseguidos con tuneladoras de cabeza giratoria son elevadísimos si

se comparan con otros métodos de excavación de túneles, pero su uso no es rentable

hasta una longitud mínima de túnel a excavar: hace falta amortizar el precio de la

máquina y eclipsar el tiempo que se tarda en diseñarla, fabricarla, transportarla y

montarla. Además, los túneles a excavar con tuneladora tienen que tener radios de

curvatura elevados porque las máquinas no aceptan curvas cerradas, y la sección tiene

que ser circular en túneles excavados con cabeza giratoria.

http://es.wikipedia.org/wiki/Idioma_ingl%C3%A9s

http://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%BAnel

http://es.wikipedia.org/wiki/Riel_%28transporte%29



36

Tipos de tuneladoras:

Se distinguen dos grandes grupos: los topos y los escudos.

Topos: Son tuneladoras diseñadas para excavar rocas duras o medianas, sin demasiadas

necesidades de sostenimiento. Su diferencia fundamental con los escudos es que no

están dotados de un cilindro de acero tras la rueda de corte que realiza la función de

entibación provisional

.

Escudos: Son tuneladoras diseñadas por excavar rocas blandas o suelos, terrenos que

necesitan sistemáticamente la colocación de un sostenimiento. A diferencia de los topos,

los escudos cuentan con una carcasa metálica exterior (que da el nombre a este tipo de

máquina) que sostiene provisionalmente el terreno desde el frente de avance hasta algo

más allá de donde se coloca el sostenimiento definitivo, normalmente consistente en

anillos formados por unas 7 dovelas. De este modo, se garantiza en todo momento la

estabilidad del túnel. A menudo están preparadas para avanzar bajo el nivel freático.

Doble Escudo: Capaz de trabajar como topo o como escudo, en función de la calidad

del macizo rocoso, siendo la mejor solución para macizos con tramos de tipología

variable suelo-roca. En este tipo de tuneladoras el escudo está dividido en dos partes, la

delantera en la que se encuentra la cabeza de corte, y la zona trasera en la que se realiza

el montaje del anillo de dovelas.

ESTUDIO DE LA TBM

En este capítulo se detalla todos los parámetros y factores que intervienen en el

funcionamiento de la TBM, su operación, manejo y efectos de su funcionamiento.

Asimismo, se analiza la velocidad de corte y el ciclo de excavación. También se

determina el rendimiento de la TBM y los elementos de corte, entre otros aspectos.

DESPLAZAMIENTO DEL EQUIPO: La TBM se desplaza por la acción de

pistones hidráulicos, dispuestos como mordazas, patas y cilindros de avance. Los 4

pistones de avance con una carrera de 1,50 m, empujan al cabezal contra la roca. Las

mordazas están dispuestas adecuadamente en el cuerpo de la TBM para fijarla contra las

http://es.wikipedia.org/wiki/Roca

http://es.wikipedia.org/wiki/Entibaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Tuneladora_T%C3%BAnel_de_San_Pedro.JPG

http://es.wikipedia.org/wiki/Suelo

http://es.wikipedia.org/wiki/Dovela

http://es.wikipedia.org/wiki/Nivel_fre%C3%A1tico



37

paredes laterales del túnel, evitando su viraje por el alto torque que ejerce el cabezal,

están provistas de zapatas curvas para acoplarse a la excavación. Las patas delanteras

soportan el peso de la parte delantera de la TBM, haciendo una configuración de una

“T” con las mordazas. Las 2 patas posteriores van fijadas en la parte inferior de la caja

de engranajes y soportan el peso de la parte posterior de la TBM.

ESTUDIO DE TIEMPOS Y MOVIMIENTOS: Para este propósito, se

establecieron una serie de formatos, entre otros: Reporte del Operador, Reporte

Mecánico, Actividad Horaria de la TBM. Durante el estudio se pudo identificar al

menos 50 factores que afectaban la operación de la TBM. El tiempo total por metro

de avance varía de acuerdo al tipo de roca, como ilustra el cuadro 1.

Cuadro de tiempo de excavación por metro (Hr/m) en función del tipo de roca.

ACTIVIDAD TIPO DE ROCA

B B-CH CH CH-CM CM CM-CL CL CL-D D

CAMBIO DE

CORTADORES 0,018 0,085 0,052 0,000 0,053 0,000 0,000 0,000 0,000

DEMORAS

OPERATIVAS 0,052 0,026 0,021 0,000 0,094 0,222 0,044 0,599 0,682

EXCAVACION 0,393 0,401 0,376 0,224 0,350 0,451 0,597 0,374 0,568

INSPECCION

DEL CABEZAL 0,084 0,074 0,085 0,021 0,034 0,011 0,053 0,000 0,000

REINICIO DEL

CICLO 0,114 0,101 0,135 0,044 0,114 0,201 0,180 0,235 0,873

REPARACION

ELECTRICA 0,103 0,177 0,243 0,116 0,025 0,140 0,384 1,869 4,545

REPARACION

MECANICA 0,193 0,303 0,270 0,026 0,054 0,173 1,075 1,267 2,545

SOPORTE DE

ROCA 0,033 0,043 0,349 1,528 1,900 3,022 5,336 16,272 56,818

TIEMPOS

MUERTOS 0,017 0,017 0,100 0,042 0,101 0,191 0,865 2,654 10,377

TOTAL (Hr/m) 1,008 1,228 1,631 2,000 2,725 4,409 8,534 23,270 76,409

VELOCIDAD DE CORTE O AVANCE DE LA “TBM

La producción de la TBM está afectado por factores geológicos y otros como

suministro de energía, agua, etc.

Las frecuentes paralizaciones por diversos motivos. Se realiza un análisis del tiempo

neto de excavación, tiempo de sostenimiento de roca, velocidad de penetración,

penetración por giro, presión de empuje del cabezal y el tiempo total por metro de

avance. El tiempo neto de excavación.

Se dice cuanto más auto soportante es la roca, el avance promedio por día de la

TBM es mayor.



38

CORTADORES PARA LA TBM

Son dispositivos de alta dureza para el corte y excavación de rocas de dureza superior a

los 100 MPa, las cabezas de corte de las tuneladoras se equipan con cortadores que

trabajan sometiendo a la superficie de la roca a esfuerzos de cizalladura provocados por

la penetración de los aros de los cortadores próximos entre sí.

Debido a este complicado mecanismo, la importancia de la calidad del material del

aro de corte y su perfil, al igual que la correcta calibración del par de giro del cortador,

son cálculos fundamentales para alcanzar los resultados más exigentes y rentables

posibles.

Bartz fabrica una gran variedad de cortadores diferenciados en función de

su geometría y de la adaptación que realiza de los aros de corte para los diferentes tipos

de terreno. En general podemos distinguir nuestra producción entre cortadores simples,

dobles, frontales o de gálibo y en tamaños de 12” hasta 19”.

Adaptamos siempre tanto la geometría como la dureza de los aros de corte a las

necesidades del cliente, estudiando específicamente las características del terreno en el

que ha de desarrollar su trabajo.

Características Terreno ARO TENAZ ARO ESTANDAR ARO DURO

HOMOGENEIDAD baja Media alta

RESISTENCIA 50-120MPa 120-180MPa 180-280MPa

ABRASIVIDAD baja Moderada elevada



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ANÁLISIS DE COSTOS POR METRO DE AVANCE:

Para este cálculo, además de la inversión, se ha considerado todos los requerimientos

para la adecuada operación de la TBM. Con un avance promedio de 20-30 m/día,

resulta 1 400 $/m, sin los costos de sostenimiento, revestimiento, ambientales, gastos

generales, entre otros.

LONGITUD ECONÓMICA DE EXCAVACIÓN CON LA TBM

Una regla general es que un túnel de longitud mayor de 7-8km. Será de menor costa al

ser ejecutado con TBM.

En algunos países donde la mano de obra es más alto estas longitudes disminuirían

hasta 5-6km.



40

CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

Para iniciar un proyecto se tiene que realizar un buen estudio de terreno.

De acuerdo a la necesidad de un proyecto se diseña el tipo de excavación a

utilizar.

Los métodos de excavación son por P&V y TBMs., de acuerdo a su longitud de

proyecto, tiene una ventaja por TBM.

Las longitudes mínimas para la excavación con TBM, de acuerdo a su

rentabilidad y alto costo de equipo no debe ser de 7-8km de longitud.

La velocidad de excavación con TBM. Son de 2 a 3 veces más rápidos que

P&V.

Los TBMs. No perturba la roca durante la excavación.



41

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Subterráneas”. Inglés-Español. AETOS, Asociación Española de Túneles y

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Documents

Informe de Tuneles