Diseño geométrico de túneles ing. francisco suarez fino

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Diseño geométrico de túneles ing. francisco suarez fino

  1. 1. 1ªReunión de Vías Terrestres direccióningeniería & Febrero 2010 desarrollotecnológico
  2. 2. M.I. JOSÉ FRANCISCO SUÁREZ FINO DISEÑO GEOMÉTRICO DE TÚNELES direccióningeniería & Febrero 2010 desarrollotecnológico
  3. 3. PROYECTO DE TÚNELES CARRETEROS Topografía Proyecto Geométrico Estudio E t di Modelo Geológico Geofísico Obras de Acceso Estudio Geológico G ló i Clasificaciones Sondeos Geomecánicas Ensayos de laboratorio Modelo Geotécnico Propiedades Propiedades Geomecánicas Geomecánicas Análisis y De las Rocas Del Macizo Diseño d l Di ñ de las Excavaciones Supervisión y Control Construcción Proyecto de Calidad Ejecutivo
  4. 4. TÚNELES CARRETEROS Se diseñan para favorecer el paso fluyente fluyente, continuo, y seguro de vehículos motorizados, a través de los obstáculos topográficos que impone el trazado de una carretera cruzando montañas y horadando h d d macizos rocosos, con objeto d l b de lograr un trazado cómodo y funcional. funcional. Su diseño debe ser básicamente seguro, funcional y, hasta donde sea posible, estético. estético.
  5. 5. Requieren características geométricas particulares que les son impuestas por las necesidades del tráfico vehicular. t áfi vehicular. hi l Sus excavaciones, de entre 100 y 130m² de , 130m área, no son ni simples ni son de la forma y dimensiones convencionales que suelen adoptar otros túneles, (hidráulicos, ferroviarios), por ejemplo, ejemplo sección circular sección portal circular, o sección herradura. herradura.
  6. 6. TRAZADO Y SECCIÓN TIPO Los túneles se caracterizan por su trazado y sección, definidos por criterios geométricos de gálibos, pendiente y radio de curvatura. curvatura. El t trazado en planta y perfil del tú l d d l t fil d l túnel dependen d del trazado del resto de la carretera y de las características de ésta, con la que tiene que mantener una cierta homogeneidad, y suele ser más bien un parámetro de entrada al diseño del túnel que un resultado de éste. éste.
  7. 7. El trazado en planta generalmente viene determinado por la traza general de la carretera y p g normalmente no puede variarse de forma sustancial. sustancial. No responde a un planteamiento único ya que único, depende de la longitud, ubicación e incidencia en la ladera. ladera.
  8. 8. Consideraciones: Consideraciones: a) Evitar perdida de visibilidad a la salida: el salida: cambio de las condiciones de luz dificulta la percepción d l vía, di i ió de la í disminuyendo d f d de forma abrupta la velocidad. velocidad. b) Coordinación entre la orientación del túnel y la iluminación. iluminación. El trazado de un túnel corto (longitud < 200 m) m), debe ser recto, ya que conviene ver la salida (la percepción de la luz natural al otro lado ayuda a no tener deslumbramientos a la salida): salida):
  9. 9. Si el túnel es largo (1,000 a 1,500 m), es importante disponer de curvas en las bocas para bocas, evitar el deslumbramiento facilitando una transición adecuada d l condiciones d l . t i ió d d de las di i de luz luz. Para túneles de más de 1,500 m, se deben disponer curvas de radio amplio para no tener p p p más de 1,500 m de recta. recta. Los radios deben ser amplios, para facilitar una adecuada distancia de visibilidad. visibilidad. En general, no deben existir radios inferiores a 500 m.
  10. 10. ALINEAMIENTO HORIZONTAL
  11. 11. ALINEAMIENTO HORIZONTAL
  12. 12. Consideraciones para el trazado en perfil: perfil: a) Drenaje b) Pendiente longitudinal (entre 2 y 5 %): bidireccional; bidireccional; unidireccional ascendente (<2%); descendente (<5%) ( (<2 ( (<5 c) Evitar curvas verticales tanto cóncavas como verticales, convexas d) Ventilación e) Tipo de vehículos que circularán
  13. 13. ALINEAMIENTO VERTICAL
  14. 14. SECCIÓN TRANSVERSAL El diseño de la geometría de la sección suele obedecer más a aspectos propios del túnel (geología, geotecnia, procedimiento constructivo, instalaciones, etc.), que a etc. características propias de la carretera. carretera.
  15. 15. SECCIÓN TRANSVERSAL Consideraciones para su definición: 1. Tipo y calidad de roca: procedimiento constructivo roca:
  16. 16. Distribución de esfuerzos en el entorno de la excavación (variación gradual)
  17. 17. 2. Alineamiento horizontal y vertical, ancho de corona ( (número de carriles, acotamientos y sobreancho), , sobreancho), galibo y banquetas
  18. 18. Ancho de Calzada El número de carriles debe ser el mismo que en la carretera a cielo abierto
  19. 19. Ancho de Calzada El ancho de los carriles generalmente es de 3.5 m Generalmente se proyectan dos y tres carriles p y (bidireccionales)
  20. 20. Los túneles carreteros se diseñan para operar como unidireccionales ó como bidireccionales
  21. 21. El número de carriles en un túnel bidireccional será preferentemente de dos, aunque existen túneles bidireccionales de 3 carriles. carriles.
  22. 22. Es muy común que, para resolver la bidireccionalidad de las carreteras, sin caer en túneles de cuatro carriles, se opte por construir túneles gemelos, para 2 o 3 carriles cada uno. uno.
  23. 23. Para el caso de túneles gemelos se debe cuidar el espaciamiento centro a centro procurando una centro, distancia tal que impida las interferencias en su construcción y que evite que una excavación ió i ió influya en el comportamiento deformacional de la y p otra. otra.
  24. 24. 3. Sistema de iluminación y ventilación
  25. 25. 4. Instalaciones de seguridad y emergencia
  26. 26. OBRAS DE ACCESO Y EMPORTALAMIENTO El d fi i l definir los accesos a l b la boca d un túnel de tú l carretero es parte muy importante del diseño, ya que é t éstos pueden presentar serios problemas d t i bl constructivos, en ocasiones tan importantes como l del túnel mismo. los d l ú l mismo. Un emportalamiento o emboquille plantea dos problemas: problemas: 1. Estabilidad de los taludes 2. Construcción del túnel en sus primeros metros de avance
  27. 27. Ambos problemas se plantean en las condiciones más desfavorables y difíciles: difíciles: 1. Poca cobertura en los primero metros
  28. 28. Ambos problemas se plantean en las condiciones más desfavorables y difíciles: difíciles: 2. Baja calidad del terreno Portal Huatulco Granito de calidad geotécnica lid d té i mala a regular Terraplén Granito de calidad Carretera de geotécnica Salina Cruz muy mala A Huatulco Zona de desprendimiento Talud frontal Acumulación de granito descompuesto Talud lateral Berma derecho
  29. 29. Cada boquilla en cada túnel, representa un caso particular, difícilmente í extrapolable a otra situación similar o incluso a otra boquilla del mismo túnel. túnel.
  30. 30. ESTABILIDAD DE TALUDES La tipología de los deslizamientos o inestabilidades más habituales en los taludes corresponde con los siguientes tipos de falla: falla: Desprendimientos: Desprendimientos: Caída de bloques
  31. 31. Deslizamiento de planos: Masa de suelo o raca planos: que desliza hacía el talud
  32. 32. Rotura Semi-circular o rotacional Semi-
  33. 33. Rotura Plana
  34. 34. Rotura en Cuña
  35. 35. Rotura en Cuña
  36. 36. Rotura en Cuña
  37. 37. Roturas por Volteo y/o Pandeo
  38. 38. Estabilidad en los taludes de los tajos de acceso Consideraciones: a) Tipo y calidad de roca b) Geometría (pendiente y altura) c) Volumetría d) Estabilidad e) Tratamientos
  39. 39. Análisis de Estabilidad Deslizamiento plano: Rotura plana
  40. 40. Rotura en cuña
  41. 41. Rotura en cuña
  42. 42. Rotura semi-circular semi-
  43. 43. Tratamientos de estabilización en taludes a)Excavaciones a)Excavaciones b)Concreto b)Concreto lanzado (malla electrosoldada, fibras) electrosoldada,
  44. 44. Tratamientos de estabilización en taludes c) Anclaje (activo, pasivo) d) Drenaje
  45. 45. Tratamientos de estabilización en taludes e) Muros (concreto gaviones tierra armada etc.) (concreto, gaviones, armada, etc. f) Bermas
  46. 46. Tratamientos de estabilización en taludes g) I ) Inyecciones i h) Túnel Falso
  47. 47. Recomendaciones 1.- Planeación 2.- Di ñ d V l d Diseño de Voladuras 3.- Precorte 4.- Instrumentación
  48. 48. EMPORTALAMIENTO Estabilidad en los primeros metros de túnel La zona más cercana al portal del túnel presenta complicaciones adicionales sobre l problemática l d l b la bl á g general de la excavación. excavación. Se considera que los primeros 10 a 15 m iníciales de excavación de un túnel deben recibir un tratamiento distinto y más reforzado que el resto. t ata e to d st to ás e o ado e resto. esto
  49. 49. En las boquillas de un túnel se dan las siguientes circunstancias que complican su ejecución: ejecución: 1. Al tratarse de una zona próxima a laó superficie, la roca se encuentra más alterada y p , decomprimida que en el interior. interior. 2. 2 Las inestabilidades de la bóveda hastiales o bóveda, frente del túnel, pueden alcanzar la superficie del terreno. terreno. 3. En la zona de las boquillas se entrelazan las inestabilidades propias del túnel con las del ú talud frontal. frontal.
  50. 50. Medidas complementarias de sostenimiento: sostenimiento: 1.Fases de excavación con avances más cortos 2.Tratamiento con mayores espesores de concreto y p lanzado reforzado con fibras 3. Menor espaciamiento de los marcos metálicos p 4. Enfilaje o micropilotes (ligero o pesado)
  51. 51. TÚNELES FALSOS Además de funcionales, l túneles carreteros d bi Ad á d f i l los ú l debieran ser estéticos y relajantes. Para ello, el proyecto podría, relajantes. al menos, propiciar l minimización d l efectos d l l i i la i i i ió de los f de los cortes y la recomposición parcial de los daños que éstos causan en l montañas. las montañas. t ñ Los tajos de acceso deberían ser tan cortos como sea posible y, por consiguiente, los taludes laterales y frontal tan bajos como resulten. resulten. Es mejor construir túneles mas largos que por que, pretender acortarlos, comprometerse con grandes cortes que presenten problemas de estabilidad y requieran mantenimiento continuo. continuo.
  52. 52. Un túnel falso puede ser concebido como una prolongación de la estructura del revestimiento del túnel real; real; su construcción se efectúa normalmente en l l t ió f tú l t la etapa final de la obra. obra. Sea S que se restituya o no el t tit l terreno original, si l cortes i i l i los t son poco estables, el túnel falso proporciona una p , p p seguridad adicional muy conveniente, además de hacer mas relajado el acceso al túnel. túnel.
  53. 53. En las carreteras modernas, en laderas con cierto grado de inestabilidad o en aquellas vertientes en que ocurren sistemáticamente aludes y avalanchas de roca y suelos, se puede optar por la solución de auténticos túneles falsos que suelen ser estructuras de concreto cerradas, a veces con ventanas hacia el valle que se diseñan y valle, construyen con métodos que difieren sustancialmente de los que se emplean en los túneles excavados. excavados.
  54. 54. NUEVAS TÉCNOLOGIAS DE EMPORTALAMIENTO Imágenes tomadas del libro Desing and Construction of tunnels
  55. 55. TÚNELES
  56. 56. 1ªReunión de Vías Terrestres direccióningeniería & Febrero 2010 desarrollotecnológico
  57. 57. M.I. JOSÉ FRANCISCO SUÁREZ FINO DISEÑO GEOMÉTRICO DE TÚNELES direccióningeniería & Febrero 2010 desarrollotecnológico

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