Túneles
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Túneles Presentation Transcript

  • 1. TUNELES
  • 2.
    • La mayoría de los túneles se construyen
    • para salvar un obstáculo natural y permitir el
    • acceso a vías de comunicación para
    • transporte urbano (metros), transvases y
    • conducciones; o para unir islas o estrechos
    • y para pasos fluviales, en cuyo caso el
    • trazado se efectúa bajo una lámina de agua.
  • 3. Las excavaciones subterráneas están estrechamente relacionadas con la energía y los recursos minerales (aprovechamientos hidroeléctricos, centrales, explotaciones mineras, almacenamientos subterráneos, etc
  • 4.
    • Los túneles se caracterizan por su trazado y sección,
    • definidos por criterios geométricos de gálibo,
    • pendiente, radio de curvatura y otras
    • consideraciones de proyecto. Bajo el punto de vista
    • de la ingeniería geológica los datos más
    • significativos son la sección, perfil longitudinal,
    • trazado, pendientes, situación de excavaciones
    • adyacentes, boquillas y accesos intermedios.
  • 5. SOSTENIMIENTO
    • Son los elementos estructurales de sujeción
    • del terreno, aplicados inmediatamente después
    • de la excavación del túnel, con el fin de
    • asegurar su estabilidad durante la construcción
    • y después de ella, así como garantizar las
    • condiciones de seguridad.
  • 6.
    • El revestimiento se coloca con posterioridad al
    • sostenimiento y consiste en aplicar sobre dicho
    • sostenimiento una capa de hormigón, u otros
    • elementos estructurales, con el fin de
    • proporcionar resistencia a largo plazo al túnel y
    • dar un acabado regular, mejorando su
    • funcionalidad (condiciones aerodinámicas,
    • impermeabilidad, luminosidad, albergar
    • Instalaciones y propiciar la estética de la obra).
    REVESTIMIENTO
  • 7.
    • Los estudios geológicos-geotécnicos son
    • absolutamente necesarios para poder
    • proyectar y construir una obra subterránea.
    • La metodología básica de los estudios tiene
    • los objetivos siguientes :
  • 8. METODOLOGIA DE LOS ESTUDIOS GEOLOGICOS – GEOTECNICOS PARA TÚNELES
  • 9.  
  • 10.  
  • 11. SECCIONES TIPICAS DE TUNELES Y SUS DENOMINACIONES
  • 12. Túnel de carretera SECCIONES TIPICAS DE TUNELES Y SUS DENOMINACIONES
  • 13. Túnel Ferroviario SECCIONES TIPICAS DE TUNELES Y SUS DENOMINACIONES
  • 14. Excavación de una central eléctrica subterránea
  • 15.
    • Las investigaciones geológicas de los
    • túneles son, en general, más costosas que
    • en otras obras de ingeniería civil. Sin
    • embargo, el no dedicar suficientes medios a
    • estos estudios puede conducir a situaciones
    • imprevistas:
    • “ Cuando el terreno no se investiga, el terreno es un riesgo”.
  • 16.
    • La inversión adecuada en los estudios
    • geológico- geotécnicos depende de la
    • complejidad geológica, longitud del túnel,
    • espesor de recubrimientos, etc. y puede
    • llegar al 3 % del presupuesto de la obra;
    • por debajo de este porcentaje aumentan los
    • casos de túneles con problemas y, por
    • encima los imprevistos son mínimos
  • 17.
    • Ante la importancia, tanto técnica como
    • económica, de las investigaciones in situ
    • resulta esencial llevar a cabo una correcta
    • planificación de las mismas.
    • Los criterios básicos para planificar las
    • Investigaciones in situ son las siguientes:
  • 18. FASES, OBJETIVOS Y CONTENIDO DE LAS INVESTIGACIONES IN SITU PARA TÚNELES
  • 19.  
  • 20.  
  • 21.  
  • 22.
    • Al perforar un túnel se puede encontrar tres tipos
    • de Condiciones Naturales que dan lugar a la
    • pérdida de resistencia del macizo y, por tanto, a
    • problemas de estabilidad :
    • Orientación desfavorable de discontinuidades.
    • Orientación desfavorable de las tensiones con
    • respecto al eje del túnel.
    • Flujo de agua hacia el interior de la excavación
    • a favor de fracturas, acuíferos o rocas carstificadas.
  • 23.
    • Orientación desfavorables de las discontinuidades
    INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES GEOLÓGICAS Condiciones naturales de inestabilidad en excavaciones de túneles en roca
  • 24. INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES GEOLÓGICAS
    • Orientación desfavorables de tensiones
    Condiciones naturales de inestabilidad en excavaciones de túneles en roca
  • 25. Filtraciones hacia el interior de la excavación INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES GEOLÓGICAS Condiciones naturales de inestabilidad en excavaciones de túneles en roca
  • 26.
    • Estas condiciones están directamente
    • relacionadas con los siguientes factores
    • geológicos: estructura, discontinuidades,
    • resistencia de la roca matriz, condiciones
    • hidrogeológicas y estado tensional.
  • 27.
    • Por otro lado, la excavación del
    • túnel también genera una serie de
    • acciones inducidas que se suman a
    • las citadas condiciones naturales,
    • como son:
  • 28.
    • Pérdida de resistencia del macizo que rodea
    • a la excavación como consecuencia de la
    • descompresión creada: apertura de
    • discontinuidades, fisuración por voladuras,
    • alteraciones, flujos de agua hacia el interior
    • del túnel etc.
    • Reorientación de los campos tensionales,
    • dando lugar a cambios de tensiones.
    • Otros efectos como subsidencias en
    • superficie, movimientos de ladera, cambios
    • en los acuíferos, etc.
  • 29.
    • La respuesta del macizo rocoso ante las
    • acciones naturales e inducidas determina las
    • condiciones de estabilidad del túnel y, como
    • consecuencia, las medidas de sostenimiento a
    • aplicar. Por otro lado, el proceso constructivo
    • también depende de la forma de excavación de
    • las rocas, que asimismo es función de la
    • resistencia, dureza y abrasividad, entre otros
    • factores.
  • 30. ESTRUCTURA GEOLOGICA
  • 31.
    • La estructura geológica es uno de los
    • factores que más influye en la estabilidad de
    • una excavación subterránea.
    • En rocas plegadas y estratificadas la
    • orientación de los estratos condiciona
    • diferentes modos de comportamiento frente
    • a la estabilidad en un túnel, influyendo los
    • siguientes factores:
  • 32. Estructura geológica
    • Buzamiento de la estructura con
    • respecto a la sección del túnel.
    • Dirección de la estratificación con
    • respecto al eje del túnel.
    • Tipo de pliegues.
  • 33. ORIENTACION ESTRUCTURAL DESFAVORABLE TUNEL PARALELO A LA ESTRUCTURA
    • PLIEGUE SINCLINAL
    • Distribución de tensiones
    • desfavorable
    • Flujo de agua hacia el interior
    • del pliegue
    INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA GEOLOGICA EN LA ESTABILIDAD DE UN TÚNEL
  • 34. ORIENTACION ESTRUCTURAL FAVORABLE INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA GEOLOGICA EN LA ESTABILIDAD DE UN TÚNEL TUNEL PERPENDICULAR A LA ESTRUCTURA
    • PLIEGUE ANTICLINAL
    • Distribución de tensiones
    • favorable
    • Flujo de agua hacia el
    • exterior del pliegue
  • 35. DISCONTINUIDADES
  • 36.
    • La mayoría de los problemas de estabilidad se
    • deben a la intersección de la sección del túnel con
    • planos de Discontinuidad. Se distinguen las
    • siguientes discontinuidades:
    • Discontinuidades de tipo sistemático (están
    • presentes en casi todas las rocas):
    • a) Diaclasas,
    • b) Planos de estratificación, y
    • c) Esquistosidad
    • Discontinuidades de tipo singular.
    • a) Fallas
  • 37.
    • El estudio de las fallas y demás discontinuidades singulares
    • es uno de los aspectos geológicos más importantes en un
    • túnel. Para dicho estudio se requiere:
    • - Conocer la estructura tectónica regional y local.
    • - Cartografía geológica y análisis estructural.
    • Identificación de fallas y su clasificación en función del
    • origen, edad, tipo y geometría.
    • - Identificación de rellenos de falla, su resistencia y expansividad.
    • - Conocer la transmisibilidad hidráulica.
    • - Estudios sobre las implicaciones tensionales y
    • sobre sismicidad.
  • 38.
    • La incidencia de las fallas en la estabilidad de una
    • excavación depende de las características de las
    • mismas; de forma simplificada, éstas pueden ser:
    • Fallas caracterizadas por una o varias superficies
    • de discontinuidad, planos de despegue o
    • contactos mecánicos entre distintos materiales.
    • Fallas caracterizadas por una zona de espesor variable
    • y de baja resistencia formada por materiales
    • blandos, inestables, plásticos o expansivos.
    • Fallas caracterizadas por una zona de alta transmisibidad
    • hidráulica.
  • 39. DISCONTINUIDADES Influencia de las Discontinuidades en la estabilidad de un túnel PROBLEMAS DE ESTABILIDAD Sobreescavación producida en un túnel de trasvase
    • ESTRATIFICACION HORIZONTAL
    • Caída de bloques
    • Roturas por flexión
  • 40. PROBLEMAS DE ESTABILIDAD
    • ESTRATIFICACION INCLINADA
    • Caída de cuñas y
    • bloques
    DISCONTINUIDADES Influencia de las Discontinuidades en la estabilidad de un túnel Sobreescavación producida en un túnel de trasvase
  • 41. PROBLEMAS DE ESTABILIDAD DISCONTINUIDADES Influencia de las Discontinuidades en la estabilidad de un túnel Sobreescavación producida en un túnel de trasvase
    • ESTRATIFICACION
    • VERTICAL-SUBVERTICAL
    • Formación de chimeneas
    • Pandeo de estratos
  • 42. RESISTENCIA DE LA MATRIZ ROCOSA
  • 43.
    • La resistencia de la matriz rocosa influye de
    • forma decisiva en el método de excavación, y es
    • un factor importante en la estabilidad de la
    • misma. A partir del factor de competencia F C =
    • σ ci / σ v (donde σ ci es la resistencia de la matriz
    • rocosa y σ v la tensión o esfuerzo máximo
    • vertical), se diferencian tres condiciones de
    • estabilidad:
    • F C > 10: la matriz rocosa tiene una resistencia
    • muy superior a las tensiones del
    • macizo y la excavación es estable.
  • 44.
    • 10> F C > 2: la estabilidad está condicionada por
    • el tiempo y las propiedades de la
    • roca, pudiéndose establecer tres
    • tipos de deformaciones: elástica,
    • plástica y rotura frágil con riesgo de
    • explosión de roca (rack burst).
    • F C < 2: la excavación puede ser inestable al
    • sobrepasar las tensiones la resistencia
    • de la matriz rocosa.
  • 45. Representación estereográfica de planos de discontinuidades Intersección de discontinuidades con la sección REPRESENTACION Y ANALISIS DE DISCONTINUIDADES
  • 46. REPRESENTACION Y ANALISIS DE DISCONTINUIDADES Orientaciones preferentes de discontinuidades Representación en bloques diagramas
  • 47. CONDICIONES HIDROGEOLOGICAS
  • 48.
    • La excavación de un túnel produce el
    • efecto de un gran dren hacia el cual fluye el
    • agua de los acuíferos interceptados, dando
    • lugar a las siguientes consecuencias:
  • 49.
    • a) Disminución de la resistencia del macizo.
    • Aumento de las presiones intersticiales sobre
    • el sostenimiento y el revestimiento.
    • Hinchamientos y reblandecimientos en
    • materiales arcillosos.
    • En materiales salinos se pueden formar
    • cavidades muy rápidamente.
    • e) Graves problemas de avance en la excavación.
  • 50. ESTABILIDAD DE LAS ROCAS DE FALLA EN UN TÚNEL MATRIZ FLUYENTE
  • 51. MATRIZ REPTANTE ESTABILIDAD DE LAS ROCAS DE FALLA EN UN TÚNEL
  • 52. Matriz estable ESTABILIDAD DE LAS ROCAS DE FALLA EN UN TÚNEL
  • 53. Matriz seudoestable ESTABILIDAD DE LAS ROCAS DE FALLA EN UN TÚNEL
  • 54.
    • Las filtraciones en los macizos rocosos
    • provienen principalmente de:
    • Fallas y fracturas.
    • Rocas de brecha, rellenos de falla, zonas
    • alteradas.
    • Contactos litológicos entre rocas de
    • permeabilidad muy diferente.
    • Conductos cársticos, tubos en rocas
    • volcánicas, etc. Las cavidades cársticas pueden
    • suponer un gran riesgo de filtraciones, además
    • de ser difíciles de localizar.