Construcción de túneles en roca

UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA
Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports
Túnels i Mecànica de
Roques
Tema VIII:
Construcción de túneles en
roca
MÉTODOS DE EXCAVACIÓN
Los sistemas de excavación mecánica son fundamentalmente tres: Tuneladoras (Topos)
Rozadoras
d
Martillos hidráulicos
ÚTILES DE CORTE
Tipos
Procesos de fracturación y excavación
Factores NUEVO MÉTODO AUSTRÍACO
Métodos de excavación y resistencia de las rocas
MÁQUINAS
TUNELADORAS
TBM TOPOS
Máquinas integrales para la excavación de
túneles en roca (sin grandes necesidades de
soporte inicial) a sección total
Túnell Lötschberg
Tú
Löt hb
a Suïssa.
S ï
Construido
C
t id entre
t 1999 y 2007
Longitud: 34.6 km (el 4º más largo del mundo en 2011)
Diámetro: 9.43 m
TOPOS
Back-up
Componentes principales:
Cabeza giratoria
g
Grippers
Cilindros de empuje
Back-up (transformadores, captadores de polvo, casetas de ventilación,
sistema de evacuación de escombros, entre otros).
Tuneladora utilizada en el Túnel de Gotard (Suiza)
CONTROL CABIN From here the
TBM driver operates the
CUTTERHEAD
machine and monitors
tunnelling
SHIELD (partial shiel) supports
BELT CONVEYOR
the rock behind the cutterhead
transports the excavated
material to the end of the
back-up system
BUCKETS
transport the
excavated rock
behind the
cutterhead onto a
belt conveyor
t
face
f
system
ROOF BOLTING UNIT can be
moved around the machine’s
axis. Drills holes for the bolts
which stabilize the rock
DISC CUTTERS are mounted in
THRUST CYLINDERS brace
the cutterhead and roll in
concentric cirles over the tunnel against the gripper shoes and
face. The rock is crushed by the press the rotating cutterhead
against the tunnel face
contact pressure
SHOTCRETE
ROBOT lines
the tunnel
with
ith
shotcrete to
stabilize it
GRIPPER CYLINDERS
press the GRIPPER
PLATES laterally
against the tunnel wall
WALKING DEVICE The rear of the
TBM and the back-up systems res
on the feet of the walking device.
They are lifted as tunnelling
progresses, and the back-up
system follows
2010
ROBBINS (EEUU)
CABEZA GIRATORIA
Esquema tipo de la disposición de los discos de corte en una
rozadora TBM
CABEZA GIRATORIA
Cangilones
Terminal del Aeropuerto de Málaga (2009)
Túnel de Gotard, Suiza
Túnel de Gotard, Suiza
Recogida del material
excavado a través de la
cabeza de excavación
mediante cangilones
g
Detalle de un cortador y un cangilón de carga de una
de las tuneladoras que va a construir el Túnel de
Lostchberg, (Suiza).
Fotografía extraída del proyecto final de carrera de Ignacio Sáenz de Santa María Gatón
DISCO DE
CORTE
GRIPPERS O ZAPATAS
Vista de uno de los
grippers de la tuneladora
utilizada en la galería
experimental
p
de Tarifa
Fotografía extraída del proyecto final de carrera de Ignacio Sáenz de Santa María Gatón
BACK-UP
TUNELADORA
PARA TÚNELES
DE PEQUEÑO
DIÁMETRO
MÁQUINAS
Á
ROZADORAS
Componentes
p
principales:
p
p
- Chasis y tren de rodaje
- Sistema hidráulico
- Brazo
- Cabeza de corte
- Dispositivo de giro
carga.
- Sistema de recogida y carga
- Equipo eléctrico
Máquinas
áqu as rozadoras.
o ado as S
Sistemas
ste as de co
corte
te
Máquinas
áqu as rozadoras.
o ado as S
Sistemas
ste as de co
corte
te
Máquinas
áqu as rozadoras.
o ado as S
Sistemas
ste as de co
corte
te
Punta
Vástago o mango de acero
Utilización
Ut
ac ó de la
a rozadora
o ado a

Sistema de excavación por fases en los túneles de
Bochum (Austria)
Utilización
Ut
ac ó de la
a rozadora
o ado a

Rozado y extracción de escombros simultáneamente
(Diseño Alpine)
MARTILLOS HIDRÁULICOS
Excavación
ca ac ó mecánica
ecá ca de tú
túneles
e es e
en roca
oca
Topos
Útiles de excavación mecánica (Roxborough, 1985)
Proceso de
fracturación de las
rocas mediante
discos
Proceso de fracturación de las rocas mediante discos
Proceso de fracturación de las rocas mediante discos
Resistencia a la tracción




Aspecto clave de la roca para explicar la eficiencia del
arranque y muy influida por:
Discontinuidades
Planos de sedimentación
Esquistosidad
Orientación

Velocidad de avance
paralela a la
p
esquistosidad

Velocidad
V
l id d d
de avance
perpendicular a la
esquistosidad
q
v
Factores que controlan el rendimiento de las máquinas tuneladoras I

Macizo rocoso

Resistencia (qu)
• Muy importante:
– Roca dura : v
– Roca blanda : 3v
• Controla diseño de la cabeza
– Empuje cortadores
– Espaciamiento cortadores

Composición química
• Contenido en cuarzo (sílice) - desgaste de cortadores
A qu = cte.
Bajo contenido en Si O2 : Cambio de discos a ritmo r
Alto contenido en Si O2 : Cambio de discos a ritmo 10r
• Al
Alterabilidad
bilid d (i
(incompatibilidad
ibilid d d
de TBM con h
hormigón
i ó proyectado
d
próximo al frente) → Máquinas polivalentes
Factores que controlan el rendimiento de las máquinas tuneladoras II

Discontinuidades
• Muy importante
• La fisuración densa incrementa la velocidad de avance
• Si fracturación excesiva → soporte adicional (máquinas mixtas:
escudo/TBM)

Agua
• Casi siempre perjudicial
– Dificultades en extracción y transporte
p
de material excavado
– Daño a instalaciones eléctricas

Recubrimiento
• Irrelevante en si mismo. Depende de propiedades de la roca
(plastificación)
Diseño de la cabeza-cortadores

Fuerza por cortador



Separación
p
entre cortadores


A menor separación, más eficacia (pero se incrementa coste,
energía)
Afilado


Se necesita umbral mínimo (fractura a tracción)
La penetración se incrementa con la fuerza por cortador
Decrece  con el desafilado (discos de filo constante en rocas
duras)
Revoluciones

Penetración crece con RPM (pero desgaste aumenta)
p
Aproximadamente:
32 a 38
RPM 
D : Diámetro en m
D
Estimación del avance en roca dura (p
(propuesta
p
del NGI))


Avance = F (Índice de perforabilidad
perforabilidad, empuje y diámetro
cortador, fisuración de la roca)
Índice de perforabilidad (DRI = Drilling Rate Index). Se determina en
Laboratorio
DRI = f (Ensayo caída, ensayo de perforación en miniatura)
S20
SJ
(fragilidad)
(tenacidad superficial)
Ensayo de caída (drop test)
S20 : % que pasa por # 11.2 mm tras 20 impactos (media de 3-4 ensayos)
Mouinkel & Johannssen (1986)
Ensayo de perforación
SJ : Profundidad del taladro (en 1/10 mm) tras 200 revoluciones
de la barrena bajo w = 20 kg (media de 4-8 ensayos)
Mouinkel & Johannssen (1986)
DRI : f (S20, SJ)
Determinación
del DRI
Mouinkel & Johannssen, (1986)
Correlación entre el DRI y la resistencia a compresión
p
de la roca
Mouinkel & Johannssen
Johannssen, (1986)
Correlación entre el DRI y la resistencia a compresión
d lla roca
de
Mouinkel & Johannssen, (1986)
(
)
Cálculo
Cá
cu o de la
a pe
penetración
et ac ó
PT  PN k D k S
PT
:
Penetración total
PN
:
Penetración
P
ió neta (DRI,
(DRI empuje
j por
cortador)
kD
:
Corrección p
por diámetro de cortador
kS
:
C
Corrección
ió por fracturación
f t
ió de
d la
l roca
Determinación
ete
ac ó de la
a pe
penetración
et ac ó neta
eta ((PN))
PN : (y kD)
Mouinkel & Johannssen, (1986)
ks para rocas pertenecientes a la clase “SP” (Joint
Cl
Class)
)
Incluye juntas continuas que pueden
observarse
b
alrededor
l d d
de todo el perfil del
túnel.
ú e Pueden
uede ser
se
abiertas (ej. Juntas de
estratificación en granito) estar ccubiertas
nito),
biertas
con arcilla o minerales blandos/resbaladizos (ej. Calcita, clorita
o minerales similares)
ks para rocas pertenecientes a la clase “ST” (Fissure
Cl
Class)
)
Incluye juntas discontinuas (sólo pueden
observarse
b
parciali l
mente alrededor del
perfil del túnel))
p
Juntas rellenas con
poca resistencia al
corte
t y fisuras
fi
en ell
plano de estratificación ((“partings”)
p
g ) ((ej.
j
en esquistos y gneiss
de mica)
ks para rocas pertenecientes a la clase “0” (Non-fractured
rock mass)
Roca maciza
R
i sin
i
juntas o fisuras.
Puede observarse en
diques de intrusión,
batolitos, etc.
J
Juntas
rellenas
ll
con
alta resistencia al
corte (ej. juntas
rellenas de minerales
hidrotermales como el
cuarzo, epidota,
id t etc.
t
podrían incluirse en la
Clase 0))
ks = 1
Abrasividad
b as dad
Controla la duración de cortadores e indirectamente la
velocidad de avance.
Medida de la abrasividad: CLI (Cutter Life Index)
CLI = F (AVS , SJ) = 13.84 (SJ/AVS)0.3847
Abrasion value steel
LABORATORIO
AVS: Peso perdido del cortador (acero) expresado en mg tras 20
revoluciones de la mesa giratoria del acero de un ensayo de
laboratorio normalizado.
Ensayo de abrasión
Mouinkel & Johannssen (1986)
Valor
a o de
del (C
(CLI)) pa
para
ad
diversas
e sas rocas
ocas
Mouinkel & Johannssen (1986)
Vida
da y coste de co
cortadores
tado es I
Vida
da y coste de co
cortadores
tado es II
Coeficiente
Coe
c e te de ut
utilización
ac ó (CU)

Se define como el cociente:
CU 

Horas reales de trabajo de la máquina
Horas efectivas de trabajo
El tiempo real de la máquina varía en función de las
incidencias del resto de actividades que intervienen
intervienen, que son:

Tiempo neto de perforación

Cambio de cortadores

Mantenimiento y reparaciones del TBM

Mantenimiento y reparaciones del back
back-up
up

Tiempo de transporte de escombros no solapable

Tiempo
p de sostenimiento

Otras causas
Valores del (CU) según las condiciones de trabajo (a partir de casos reales)
Condiciones
de trabajo
Definición

Óptimas


Buenas



Normales



Duras



Muy duras



Valor
del CU
Roca, dureza media
Equipos de apoyo óptimos
No sostenimiento
0.46
Roca, dureza
R
d
media
di
No sostenimiento
0.42
Roca dura no muy
y abrasiva
Sostenimiento muy ligero
Poca filtración de agua 6 l/seg
0.34
Rocas muy duras
R
d
y abrasivas
b
i
Sostenimiento ligero
Mediana filtración de agua < 32 l/seg
0.34
Rocas extremadamente duras y abrasivas
Rocas de fluencia
Sostenimiento considerable
Alta filtración de agua > 32 l/seg
0.20
Comparación
p
de métodos de excavación I
Característica
Perforación y voladura

Estabilidad

Frente sin proteger
Roca
alterada
por
voladuras: posible caída de
bloques
Basado en
Tarkoy (1995)
TBM
Soluciones
mecánicas
para
estabilización temporal de:
 Frente
 Área de trabajo
 Túnel detrás del área de trabajo
la
Forma
Cualquier forma es posible
Naturalmente estable. Ideal para:
 Metros
 Perforación en túnel piloto
 Conductos de agua sin recubrimiento
Sobreexcavación
Sobrexcavación inevitabe
Eliminación
excavación
Sostenimiento

Casi siempre necesario
casi
total
de
la
sobre-
El sostenimiento del túnel puede verse
reducido en un 90%
Comparación de métodos de excavación II
Característica
Funcionamiento
Perforación y voladura
Muy cíclica; ambiente de
trabajo peligroso y
desagradable

Voladura


Sobreexcavación
Tarkoy (1995)
TBM
Funcionamiento continuo (no cíclico) y
repetitivo, con un ambiente de trabajo
más seguro y agradable que el de
perforación y voladura. Frente
protegido
Aumento de la necesidad
de sostenimiento
Aumento de la entrada
de agua
A
Aumento
t d
de lla sobreb
excavación
Relleno con hormigón:
dificultoso
Eliminado
Soporte
Soluciones mecánicas disponibles para
la estabilización y sostenimiento
temporal del frente, área de trabajo y de
manera permanente
t d
detrás
tá d
de la
l
operación de excavación
Equipo
Operaciones consistentes, repetitivas,
menos técnicas y de fácil aprendizaje
p
j
(se asignan tareas limitadas de carácter
repetitivo para crear una rutina e
incluso competencia entre el personal)
Se necesitan todas las
técnicas
Comparación de métodos de excavación III
Característica
Estructura de
acceso
Perforación y voladura
Pozos verticales y galerías de
captación necesarias para abrir
varios “headers” o galerías de
ataque
t
TBM
Puede eliminar todas las estructuras
de acceso temporales, especialmente
si el proyecto está bien diseñado
Tarkoy (1995)
Factores
acto es que co
controlan
t o a la
a ab
abrasividad
as dad



Contenido en sílice
Tamaño medio de grano de
mineral abrasivo
Cuanto mayor tamaño: mayor
abrasividad
Si Ø < 20  → abrasividad
abrasi idad m
muy
pequeña
Cemento
(varias propuestas de ensayo de
abrasividad CERCHAR, SHIMAZEK,
NGI etc.)
NGI,
t )
Tipo de roca
% S 1O 2
Arenisca
silícea
98
Otras
areniscas
80 95
80-95
Arcosas
70-80
Granito
70
Grauwacka,
granodiorita
60-70
Pizarra,
Pi
sienita
50-65
Basalto,
gabro
50
Arcilla
40
Caliza,
d l í
dolomía
2-10
2
10
Ábaco que proporciona
el coeficiente desgaste
Shimazek en función del
diámetro del grano de
cuarzo, del contenido de
minerales abrasivos y de
la resistencia a tracción
de la roca ( Westfalia)
Calificación del índice Schimaze
Abrasividad F (kp/cm) Rozabilidad
0.2 – 0.3
Muy buena
0 3 – 0.4
0.3
04
B
Buena
0.4 – 0.5
Moderada
0.5 – 0.6
Regular
0.6 – 08
Mala
0.8 – 1.0
Muy mala
Relación entre potencia y resistencia de la roca
( t í Westfalia)
(cortesía
W tf li )
Potencia de la cabeza
de corte (KW)
Resistencia a compresión simple
del terreno (MPa)
Rendimiento m3/h ((Ce = 1.00)) ((Ri)
120
100
50
30
20
8
23
29
50
72
94
116
12
29
48
67
81
27
27
34
46
50
12
17
41
40
6
12
35
3
12
300
200
110
20
Desgaste
esgaste e
en p
picas
cas
% de minerales abrasivos
Resistencia
de la roca
(kg/cm2)
Desgastes UDS/m3
15
25
35
50
60
70
80
200-300
0.04-0.08
0.08-0.12
0.13-0.17
0.20-0.24
0.24-0.28
0.27-0.30
0.32-0.36
300 400
300-400
0 08 0 12
0.08-0.12
0 12 0 16
0.12-0.16
0 17 0 21
0.17-0.21
0 24 0 28
0.24-0.28
0 28 0 32
0.28-0.32
0 30 0 35
0.30-0.35
0 36 0 40
0.36-0.40
400-500
0.12-0.16
0.16-0.20
0.21-0.25
0.28-0.32
0.32-0.36
0.35-0.39
0.40-0.44
500-600
0.16-0.20
0.22-0.26
0.26-0.30
0.32-0.40
0.36-0.43
0.39-0.46
0.44-0.48
600-800
0.20-0.24
0.26-0.30
0.30-0.34
0.40-0.44
0.43-0.47
0.46-0.50
0.48-0.56
800-1000
0.24-0.32
0.30-0.39
0.34-0.46
0.44-0.56
0.47-0.58
0.50-0.61
0.56-0.70
Influencia del porcentaje de cuarzo, resistencia a compresión,
tracción de la roca y coeficiente de abrasión en el consumo de
picas (cortesía Kennametal)
t
(MPa)
Coeficiente
de
abrasión
Consumo
de picas
Uds/m3
Tipo de roca
% cuarzo
c
(MPa)
Pizarra arenosa
11
-
0.6
0.002
0.04
Pizarra arenosa
15
-
3.4
0.031
0.07
Arenisca
65
75
25.1
0.571
1.22
Arenisca tableada
29
30
5
0.094
0.98
Arenisca
66
85.5
26.7
0.881
1.24
Arenisca
70
78.4
13.2
2.31
1.11
Arenisca
65
71.3
9.8
0.956
0.9
Ventajas
e tajas que o
ofrece
ece e
el e
empleo
p eo de rozadoras
o ado as I





Es un sistema que admite alta mecanización
Reduce sobre-excavaciones en relación con el uso de
explosivos
No altera prácticamente las características iniciales de
la roca
Reduce la cuantía del sostenimiento frente al uso del
explosivos
Se adapta mejor que otros sistemas a la ejecución por
fases
Ventajas
j q
que ofrece el empleo
p
de rozadoras II

En comparación con máquinas TBM (TOPOS)
presenta las siguientes ventajas:


Mayor flexibilidad para adaptarse a cualquier cambio de terreno
Se puede utilizar en una amplia gama de secciones, tanto en
relación con su forma como con sus dimensiones

Su instalación es fácil y económica

El porcentaje de mano de obra especializada es pequeño



En rocas de mala calidad permite un mejor acceso al frente
para efectuar los trabajos de sostenimiento
Permite
P
it efectuar
f t
la
l excavación
ió en ffases, lo
l que es d
decisivo
i i en
terrenos de mala calidad
El mayor
y rendimiento de avance del TBM es neutralizado p
por la
incidencia del tiempo de los trabajos de sostenimiento
TÚNEL EN ARCILLAS MIOCENAS
DEL BIERZO.
CANAL DEL BOEZA
PLANO ESQUEMÁTICO DEL TRAMO EN TÚNEL
Taludes Estables (E) e
Inestables (I) en la
depresión del Bierzo
Resistencia a
compresión simple
en función de la
h
humedad
d dd
de lla
muestra
Resistencia a la compresión simple en
función de la profundidad
Ensayos de corte directo sobre muestras extraídas en sondeos
Profundidad : 5 m
W = 20%
Profundidad : 12 m
W = 17%
Envolventes de rotura
Canales excavados en las laderas de arcillas terciarias
Posición del túnel en relación con los sondeos perforados a lo largo de la traza
NUEVO MÉTODO AUSTRIACO (NMA)
El Nuevo método Austriaco (NATM):
(Rabcewicz & Müller y Pacher (años 60))
““…constitutes
constitutes a method where
the surrounding rock or soil
formations of a tunnel are
integrated into an overall
ringlike support structure.
Thus the supporting formations
will themselves be part of this
supporting structure.”
Austrian Society of Engineers and Architects,
Nuevo Método Austriaco y otros
métodos relacionados caracterizados
por una excavación (g
p
(grande)) sin
estabilización del frente
● Resulta útil especialmente en macizos rocosos profundos y
heterogéneos (se puede llegar a sostenimientos relativamente
ligeros)
● La idea es aprovechar al máximo la capacidad resistente del
terreno
● Se ha empleado también en macizos rocosos y suelos, con
escaso recubrimiento
Una explicación tensional sencilla:
Estado típico de
tensiones en la
periferia de la
excavación (si no
se aplica ningún
sostenimiento)
t i i t )
Ganancia al sostener
(hormigón proyectado
por ejemplo) Por dos
conceptos Más
conceptos:
confinamiento y
mejora de la
resistencia de la roca
El NMA fue una reacción contra una situación anterior de
excavación “convencional” de túneles donde predominaban
p
las cerchas como elemento de sostenimiento
• Decompresión grande del terreno
• Mayor excavación
ó necesaria
Era siempre necesario un revestimiento definitivo
Algunas características del NMA
● Sostenimiento inmediato: Ver diagramas de
Mohr anteriores (confinamiento inicial)
● Jugar con:
 Densidades de los elementos de sostenimiento
 Momento de colocación (variable tiempo)
● Los gradiente  - t inmediatamente
después de la excavación (días)
● + inspección visual: INDICATIVO VALIOSO
● E
Experiencia,
i
i documentación
d
t ió de
d obras
b
previas, etc.
Elementos de sostenimiento
● Bulones de acero
● Cerchas
C h TH d
deslizantes
li
t ((o bi
bien cerchas
h HEB d
de más
á iinercia)
i )
Se rellena de hormigón
proyectado
● Hormigón proyectado
● Malla de acero electro-soldada
 Alambre/redondo de 3-6 mm
 Luces de 15 x 15 cm
Razones para
su colocación
de esta forma
(fenómenos
arco locales)
Bulones I
● Colocar con rapidez tan pronto como se pueda

En colocación: mecanización total posible (t < 2 min)

RENDIMIENTO FLEXIBLE (hasta 100 bulones/8 horas con un
equipo)

Sostenimiento activo
● Acero de armar, corrugado, alto límite elástico

Ø = 20-25 mm

Longitud: ½ a ¼ luz
● El anclaje puntual no se suele emplear en NMA; no se da, en
general, tensión previa. Suelen emplearse bulones inyectados,
con resina o con cemento
cemento, en toda su longitud

Resina → cartucho → batido rotación bulón/bisel → fraguado
4 6 min
4-6
i

Cemento → cartucho 2-3 horas
Bulones II
● Plan de ensayos: Comprobar al menos 5 por cada 1000
bulones empleados
 Cargas del ensayo:
–
10T si 20 mm Ø
–
15T si 25 mm Ø
 Densidad:
–
1 bulón
/
4 m2
–
1 bulón
/
1 m2
● Cuidar asiento placa → evitar esfuerzos transversales
● No utilizables en terrenos blandos, fallas, etc.
Cerchas
● Ligeras: 16 kg/ml
● Pesadas:
P
d
58 kkg/ml
/ l
A veces hay otra capa adicional
Usar abrazaderas → Permitir deslizamiento relativo
En proyecto hacer el despiece
En las zonas de solape no H.P. para evitar roturas por cte (si
luego se ha de revestir).
H
Hormigón
i ó proyectado
t d
● Algunas fechas:
Ing Price
 1907 → Ing.
 1940 → EEUU (mortero puesto en obra mediante
aire comprimido: Cement-gun o gunita)
 1968 → ACI: Standard for shotcreting
● Óptimo: 15 cm de espesor
 1940 → Árido máximo: 8 mm
 1950 → Árido máximo: 25 mm (hormigones)
Hormigón
g p
proyectado
y
● Vía húmeda (EEUU):

Buen control del agua

Poca pérdida rebote

j higiene
g
Mejor
● Vía seca (Europa):

Mayor flexibilidad en la utilización

Más compacidad hormigón

Más rendimiento

Único posible en terrenos con
agua

Resistencia más uniforme

Hasta 200 m de alcance (los
materiales se transportan bien
hasta la zona de aplicación
aplicación, a
excepción del hormigón)

Más aditivos

Máquinas robotizadas
H
Hormigón
i ó proyectado
t d
● Capas:
 5-10 cm
 Espesor total < 30-40 cm
● Rendimiento:
 3
3-6
6 m3/hora
 Hacer pruebas antes del comienzo de la obra
 Resistencias
–
100-130 kg/cm2 a 3 días
–
250 300 kkg/cm
250-300
/ 2 a 28 dí
días
Hormigón proyectado
● Coeficiente de rebote:
 Cae al suelo/Queda adherido
< 50% en bóvedas
< 15% en hastiales
● Factor de colocación
 Volumen consumido/Volumen a colocar teórico
> 2.5
CONSECUENCIAS ECONÓMICAS
(Depende del recorte de la excavación (tipo de roca) espesor
teórico,
ói
etc.))
Morteros con incorporación de fibras de acero (morteros con
microsilica etc
microsilica,
etc.)) ASCE CE finales 83 - Noruega
Nor ega
Aplicación
● Establecer un CUADRO GENERAL DE EXCAVACIÓN ↔
SOSTENIMIENTO como síntesis del reconocimiento (ver
diapositiva siguiente)
● Tiempos de ejecución
● Lista de operaciones:












Marcar
Perforar
Cargar
Voladura y ventilación
Sanear
Sellar
Desescombro
esesco b o
Cercha con bulones
Mallazo
Perforar bulones
Hormigón proyectado
Averías
Conseguir
g p
proceso
RUTINARIO y sistematizar
Túnel dividido
entramos por
p
calidades
geotécnicas
Ejemplo:
T
Tramo
I
II
III
IV
Cerchas
Th28 cada
1
1m
No
No
Th28 cada
1
1m
Bulón
L=6m cada
1m2
L=6m cada
4m2
HP
Dos capas
de 10 cm
Una capa
de 10 cm
L=6m cada
4m2
Dos capas
de 10 cm
L=6m cada
1m2
Una capa
de 10 cm
● A comprobar sistemáticamente:






Convergencias
Observación visual
Bulones a tracción
Resistencias HP a 24 h
Células de presión (radial y tangencial)
M did extensométricas
Medidas
t
ét i
(d
(deformación)
f
ió )
● Equipos entrenados
CLASE Bieniawski
RENDIMIENTO
R
m/día
MANDAN:
1-2
8-12
Desescombro y perforación
3
5-8
Sostenimiento y excav.
desescombro
4
3-5
Excav. con rozadoras pesadas
y rendim. bulonadoras
5
2-3
Condiciones hidrológicas
RAZONES para algunos fracasos del NMA (Müller, 1978)
1 No controlar la longitud del avance ((“pase”)
1.
pase )
Túnel en Austria. Roca alterable. El gráfico muestra la influencia de la longitud del avance en
las deformaciones horizontales medidas
2. Esperar demasiado a cerrar la sección (1)
Massenberg Tunnel en Austria.
Austria El avance en calota es largo y está sostenido con HP
HP. El
contraste de rigidez con la sección completa cerrada provoca roturas y flexiones.
Especialmente grave si el “arco” de H.P. de sostenimiento de la calota transmite tensiones en
su base que no puede resistir la roca subyacente: hundimiento de todo el revestimiento sin
cambios importantes de convergencia
2. Esperar demasiado a cerrar la sección (2)
Tres ejemplos
T
j
l d
de túneles
ú l en rocas
blandas que muestran la influencia
que tiene el tiempo transcurrido hasta
el cierre de la sección en los
movimientos
i i t verticales
ti l d
de lla clave.
l
Unas pocas horas o escasos días
pueden suponer un incremento de los
asientos en el 200% o más
3. Ausencia de cierre de la sección (contrabóveda)
Túnel de metro en Alemania,
Alemania excavado en margas
margas. En la parte inferior del perfil geológico existía un
banco de areniscas “sólidas”. Se juzgó que no era necesaria una contrabóveda de hormigón. Pero en
una zona las juntas de la arenisca eran paralelas al túnel y buzaban como se indica. La excavación de la
calota se hizo en pequeños avances. El mismo proceso debía haberse seguido cuando se excavó la
contrabóveda Sin embargo,
contrabóveda.
embargo se excavó de golpe una longitud de 15 m.
m Se produjo una rotura a lo largo
de los planos de estratificación y el H.P. las cerchas y los anclajes colapsaron hacia el túnel
4. Degradación de la roca debido a grandes deformaciones
A la derecha la forma tradicional de g
galerías mineras en la cuenca del Ruhr con recubrimientos de
hasta 1000m. Es frecuente la deformación de la solera (hasta 30 cm de excavación cada año para
mantener la forma). Se intentó corregir con mediante H.P. y bulones pero sin éxito. Solamente una
sección circular sostenida con 25cm de H.P., cerchas pesadas y pocos bulones y un cierre
inmediato de la sección a menos de un diámetro de distancia al frente de avance conseguían
g
resolver el problema
Una crítica conceptual al NMA (Kovari, 1994)
• La acción de auto-soporte del terreno es una “ley” universal y no algo propio del NMA
• La idea fundamental: “La
La tarea más importante en la excavación moderna de túneles es la de
preservar y desarrollar dentro de lo posible las propiedades de soporte de la masa de roca”
(Rabcewicz, 1962), ya era un hecho muy conocido
• El NMA habla de un “terreno anular de p
protección” alrededor de la excavación de vaga
g definición
y menos aún de ser calculable
• El solapamiento de “terrenos anulares” en torno a procesos constructivos por fases (galerías
múltiples) se considera perjudicial para la masa de roca de acuerdo con la filosofía del NMA
(Müller 1978).
(Müller,
1978) Por ello el NMA tiende a recomendar la excavación a frente completo
completo, como uno
de sus principios. La experiencia indica el riesgo de excavar a sección completa en roca de baja
calidad.