clase nº 5 de túneles

Universidad de Los Andes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Vías
Geotecnia
CLASE Nº 5 DE TÚNELES
Prof. Silvio Rojas
Mayo, 2009
Forma y dimensiones de la sección:
La sección puede estar condicionada por algunos de los siguientes
aspectos:
Sección producida únicamente
por topos.
Este túnel es para carretera:
Para sección circular se
desaprovecha mucho espacio de
la sección.
Para la excavación de rocas blandas
ya existen en el mercado topos que
producen secciones ovaladas.
Sección requerida
Galería de avance hecha con topo
de diámetro pequeño ( ejemplo: 5 m
diámetro)
Sirve de un gran cuele
Sirve como una galería de
reconocimiento
Resto de la sección se obtiene
con voladura u otro sistema de
avance
Los túneles de carretera, por
su gran sección,
generalmente se excavan en
fases
método
de
perforación
voladura para rocas duras
y
y las rozadoras y excavadoras
hidráulicas para rocas blandas.
Topos 12 m de diámetro máximo
Las rozadoras de mayor envergadura de brazo alcanzan los 7.50 m
de altura.
Fases de la excavación
Terreno de baja
calidad y secciones
mayores de los 40 a
50 m2.
(es posible que que
el terreno sea
buena calidad y se
avance en fases)
Realizar la
excavación del
túnel por fases
Justificación de la excavación en fases:
1
Túneles
construidos
sobre el
mismo suelo
Túnel pequeño
genera menores
problemas de
estabilidad del
terreno circundante
El túnel de mayor
dimensión da más
problemas en cuanto
a la estabilidad del
terreno
secciones
con
alturas
mayores al brazo de la
maquinaria hace difícil las
labores de la colocación del
sostenimiento
(bulones,
cerchas, gunitado) y de la
propia excavación.
Secciones muy grandes están
limitadas al alcance de la maquinaria
normal (palas, jumbos, rozadoras)
tienen máximo 6 – 8 metros de
altura.
2
L
Distintos equipos pueden trabajar
simultáneamente
en
fases
distintas a una cierta distancia
Excavación por
fases pueden
conseguirse
mayores
rendimientos
Se logran avances
superiores a los que se
conseguirían a sección
completa.
2
L
El desfase entre una fase y la
siguiente depende, tanto de criterios
constructivos (movimientos de las
máquinas, rampas), como de
criterios geotécnicos.
Para garantizar que la excavación
de una fase no influya en la
anterior deben estar separadas
mínimo
dos
veces el diámetro.
como
4
Además de la maquinaría y el rendimiento se debe tomar en cuenta
la calidad de la roca para definir las fases.
Ejemplo de dimensiones
normales para un túnel
de carretera
Esquema habitual de fases de un
túnel de carretera
Fase de
avance
Destroza
Bataches
Contrabóveda
(cierre de anillo)
La forma en los túneles de carretera y ferrocarril
En la forma de be tomarse en
cuenta:
El gálibo necesario para desarrollar la
función del túnel
El tipo de formación (roca,
suelo) donde se desarrolle y las
cargas sobre el sostenimiento
provisional y revestimiento final.
La longitud del
túnel,
profundidad,
ancho.
La forma más adecuada desde el punto de vista tenso –
deformacional:
•Es la circunferencia
•Intentando que la sección pase
predominantemente a compresión
a
trabajar
•Trabajará totalmente a compresión si los empujes
verticales y horizontales son aproximadamente los
mismos.
Siglo XIX construyeron túneles estrechos de
carretera con techo plano, donde consideró la
posibilidad de utilizar formaciones rocosas, de
estratos resistentes planos
Luego fueron ampliados transformando la bóveda a
casi circular
Hipótesis:
El arco superior se apoya en hastíales verticales rectos o con
ligera curvatura (herradura)
Hastíales terminan en soleras planas o incluso sin solera.
Túneles de dimensiones mayores se usan los esquemas mostrados
?
Sin embargo en la etapa de proyecto se
deben hacer los correspondientes
cálculos de estabilidad de cada una de
las fases y de la sección completa
Secciones de túneles
europeos antiguos
Bóvedas en arco y hastíales
pseudoverticales (herradura),
Secciones de túneles europeos antiguos con bóvedas en arco y
hastíales pseudoverticales (herradura), aunque a veces esa forma se
hacía más compleja (fig. 1b).
En el análisis estructural se
consideraban:
La carga
sobre la bóveda
deducida
empíricamente
o
tomando todo el peso del terreno
sobre el arco
El hastial era un cimiento del
arco, y sirviendo como un muro
si se introducían empujes
horizontales.
OJO OJO OJO
La ausencia de solera o
contrabóveda,
permitió
enormes deformaciones, con
cierre de hastíales en unos
casos y levantamiento del
fondo en otros (expansión y
descompresión
en otros
casos),
alcanzando
un
levantamiento máximo de 2.50
m a lo largo de los años.
s. R
A aparentemente no consideraban en
el
cálculo
las
soleras
o
contrabóvedas que apuntalan la parte
inferior de los hastíales.
Los Hastíales pueden ser rectos o curvos.
Los hastíales rectos, intentan:
a.- Resistir los empujes laterales
a modo de muros
b.- Trabajan como zapatas o
apoyos de las bóvedas y
transmiten al terreno inferior las
cargas que éstas reciben. Por
ello, necesitan una anchura
mayor en su base, de forma
que ocupen parte de la solera o
contrabóveda.
El siguiente análisis refleja la deformación de los hastíales:
Diagramas de momentos flectores
de los túneles de Trasvasur (Gran
Canaria)
Bóveda circular
s.r
Momento
negativo
Hastíales verticales y una
altura aproximada de
unos 3.2 m.
La excavación
fue hecha en
unas capas de
arcilla
esmectíticas en
el seno de las
fonolitas.
Se analizaron los esfuerzos debidos a la
expansividad de la arcilla en las dos
secciones de túneles.
Sección circular
Sección en herradura
momentos
flectores llegaron
a unos 200 KN.m
Los momentos
fueron 65%
menos
Sección adoptada en
Trasvasur (Oteo et al.,
1999) para ese túnel fue
tiende a ser sección
circular, tomando en
grandes
cuenta
los
momentos
que
se
producían en la sección
en herradura.
Si la sección fuera
completamente circular y
expansión
radial
la
uniforme:
No habría momentos
Revestimiento trabajará a
compresión simple.
Por está razón trato de
hacerse lo más circular
posible.
sección de un túnel moderno, en
que los hastíales son curvos y
puede haber una contrabóveda
curva.
Esta sección con una superficie
plana de utilización, sea para
carretera o ferrocarril, es muy típica
en la actualidad
La sección ayuda
a que el usuario
vea una bóveda
cilíndrica y unos
hastíales curvos,
que
dan
una
impresión
de
sección
casi
circular.
Aún tendiendo la sección a ser
curva siempre tendrá más flexiones
que el círculo de radio único.
La bóveda plana, si la
estratigrafía de techos planos
lo permite.
En este caso son un
requerimiento los bulones
para conseguir una placa
resistente
En Madrid:
Las bóvedas de hormigón en masa fueron cortadas y sustituidas por
techos planos
Las estaciones actuales (Madrid, Sevilla, Málaga, etc.)
pantallas
continuas y
techo plano
armado o
postensado
Esta solución se utiliza, a veces para túneles de línea superficiales
(profundidades de rasante de 15 – 18 m)
Metro de Barcelona, Bilbao, Madrid, Málaga, Sevilla, valencia, etc.
En algunos falsos túneles
Chamartín de Madrid)
(ferrocarril
Atocha-
S.r
Si es un cajón el
problema está resulto
Las bóvedas son de gran
tamaño, de hormigón en masa
y
prácticamente
sin
recubrimiento..
Se ha transformado parte de la sección
original en techo plano, con losa de
hormigón armado
Métodos de construcción de túneles en
suelos:
¿Cómo a vanzado la construcción de túneles en suelos?
1.- Antiguamente los túneles se excavaban con secciones pequeñas,
entibadas con maderas, ampliando poco a poco la sección.
2.- Más recientemente el método Austriaco,
con sección partida, que dio buenos
resultados.
Se abren dos
galerías de
avance o
reconocimiento
Luego se amplia la clave, entivando con madera,
hasta excavar toda la zona de la bóveda,
haciendo avances de 1.5 a 2 m,
Los escombros producidos en la zona de bóveda
se extraen por la galería de la solera, a través de
pozos hechos cada 20 metros aprox.
Pozos de
comunicación
cada 20 m aprox
Luego se coloca de abajo
hacía arriba el revestimiento
definitivo.
Luego se excavan los
hastíales
4.- Método de Madrid. Del método Belga, se pasa al método de
Madrid.
No es recomendable, ya que
se pueden generar grietas
de tensión en los picos.
3 + 2 = Excav. Bóveda
5 + 6 = Excav de hastíales
3 = Hormig.´bóveda
6 = Hormig de hastíales
4 = Excav de destroza
7 = Excav y hormig de solera
Es un proceso constructivo a sección partida
La bóveda cilíndrica
puede ser de varios o
un único radio, como
en el caso de túneles
de bastante anchura
La bóveda suele
apoyarse en una
pata de elefante
Los hastíales se construyen de manera de evitar
descalzar simultáneamente los dos apoyos de la
bóveda
La bóveda
queda
parcialmente
descalzada al
excavar la zona
de hastíales
Método bastante seguro y se pueden tener varios frentes de
avance. Se ha usado en túneles de hasta de 12 m de ancho
En el proceso constructivo:
Los avances son de 2.50 m
s.r estas fases pueden ir
haciéndose en paraleo cpn el
avance
Se usan elementos
metálicos (longarinas)
para el sostenimiento
longitudinal y madera
para todo el resto del
sostenimiento.
Sostenimiento provisional
Destroza se
puede
excavar con
pala
Si el terreno es muy
duro se puede emplear
martillo o rozadora
s.r cimbrado =
colocación de costillas
Luego se excava destroza
Hormigonado
definitivo de la bóveda
en cada avance (dura
24 horas.)
Sostenimiento definitivo
Los hastíales se
hormigonan por
bataches que van
a unos 25 metros
del avance.
Métod Bernold:
Aplicado en suelos consistentes y rocas de mala calidad.
El avance es de 1 a 3 metros
Colocación enseguida de cerchas
metálicas a todo lo ancho de la bçoveda
en la que se apoyan chapas metálicas
Antes del siguiente avance,
se rellena con hormigón o
gunita, el trasdós entre la
chapa y la roca entre 15 a
30 cm de espesor .
Se refuerza el exterior con
gunita
Para la parte inferior se prolongan
las cerchas y chapas y se aplica el
hormigonado.
Posteriormente puede construirse el
revestimiento definitivo con
hormigón o reforzar más la sección
con gunita.
Escudos de lanza penetran el suelo
aplicándoles fuerza a través de una
serie de gatos
Bajo el escudo se excava con
máquina o a mano
El avance de 2.5 a 3 m y se aplica
hormigonado
El resto de la sección se usa el
método de madrid.
Prebóveda cuyo hueco se hace con
una sierra.
El espesor de la prebóveda de 10 cm a
30 cm y longitudes de 3 a 4.5 m.
La excavción mecanizada ya fue mencionada
El método aleman:
Primer sector de
avance son los
hastíales
A veces en
dos fases
Método apropiado para luces importantes de
bóveda o cuando el terreno en el apoyo de
bóveda es de baja calidad.
Hastíales se
construyen
anchos para
transmitir
cargas al
terreno.
La solera o contrabóveda
Solera plana, sirviendo de
puntal a los hastíales rectos
Solera curva, forma muy
apropiada para el caso de
empujes de agua
Puede ser variable:
horizontal en su parte
superior y en ángulo en la
inferior. Sirviendo de puntal
como de resistente frente a
empujes horizontales en esa
zona
Proceso constructivo
Estado de
tensiones
Unión de las diferentes
partes del
revestimiento
No basta que tenga
forma circular aparente.
Al construir los hastíales la bóveda puede
quedar descalzada.
Solución:
Colocar bulones parte baja de la bóveda
Hacer patas de elefante.
Al construir la zona de contrabóveda:
La bóveda y hastíales pueden quedar descalzados
Solución se bulona adecuadamente esa zona de unión.
Si no es preciso que la
contrabóveda sea curva (no
hay empujes de agua):
Usar solera plana como puntal
contra posibles empujes
horizontales
Pero siempre con un apoyo
adecuado, de forma que no se
corte la solera (salvo
puntualmente) por cajones de
servicio.
En el túnel trasvasur:
Unión entre hastial y solera se resolvió
bulonando el pie de la cerchas, a fin de que
desde el comienzo, hubiera resistencia frente
a acciones laterales.
El proceso constructivo por fases
condiciona las formas:
La bóveda se realizaba con el sistema de prebóveda conseguida
con precorte con sierra y gunitando el hueco.
Sección de proyecto
corresponde a los dos túneles
paralelos de la M-40
de
Madrid
El ancho tenía casi de 20 m. No
se podía ejecutar en una sola fase
Construir las
galerías de
los hastíales
primero
Luego gunitar
y colocar
bulones y
hormigonar
serviría de apoyo a la
bóveda (con 14 m de luz).
El suelo estaba conformado por:
arena ( 7- 10% de finos) y arenas
arcillosas (25 – 35% de finos).
La idea básica de
excavación, era aplicar
el método alemán
De los análisis se determinó:
Al construir por fases esta obra, se concentraban mucho los esfuerzos de
flexión y corte.
Se decidió a utilizar la siguiente sección.
Modificaciones:
Galerías de los hastíales
se modificaron en su
forma
Se
redujo
apuntalamiento de
bóveda
el
la
Se modificó el hastial
transformándolo en una
estructura de gravedad
con una zapata ancha
que pudiera repartir las
cargas de la bóveda.
El cambio de forma permitió ejecutar
la obra sin problemas
El calculado se hizo:
Siguiendo el proceso constructivo y teniendo en cuenta la historia de
esfuerzos de cada fase.
Por tanto el cálculo debe hacerse por fases y no solo para la sección
terminada
La sección inicial planteada, si el análisis se hacía ya terminada, al ser
inicialmente casi circular resultaba adecuada al problema, pero solo
cuando estuviera construida enteramente.
En general las situaciones pésimas corresponden a situaciones
intermedias y no a la final.
Tratamientos especiales
Estabilización de la clave:
Se aplican cuando al efectuar el avance ésta es inestable.
1 Enfilaje o forepiling
Bulones en la parte alta
del frente inclinados unos
40º - 45º hacia adelante
Los bulones cosen
por delante del
frente las cuñas
que puedan
producirse en la
zona de clave en
avances posteriores
2 Paraguas
Se introducen antes de cada avance
Pueden construirse con bulones de diámetro 32 mm paralelos
al túnel
Pueden construirse con tubos huecos inyectados de diámetro
102 a 150mm y espesor 3 a 4 mm.
Se usa para
atravesar una
zona de roca
muy fracturada
o muy alterada
Solape entre tubos de 2 a
3 m, Cuando la zona
atravesar es amplia.
El paraguas actúa como una viga, por tanto deben
apoyarse. Por tanto deben colocarse cerchas a
medida que se avanza.
3
Paraguas o corona de Jet Grouting
Conformados por perforaciones inyectadas a
presión, lo cual consolidan el suelo en una
zona amplia que rodea el futuro perímetro del
túnel.
Son apropiados
para atravesar
zona de material
suelto (zona de
falla) o roca
descompuesta
Estabilización del frente
Si el frente es inestable, existe la posibilidad de derrumbe del frente
hacia el interior del túnel.
El tratamiento no debe ser moderado ya que se debe remover para el
avance.
1 Machón central
No se excava
todo el frente
Hastíales y clave excavados para colocar
sostenimiento
Se deja un
contrafuerte o
machón que
soporte los
empujes del frente
2 Bulonado del frente
Se cose el frente con bulonado L = 9 m
Prefible los bulones deben
ser de fibra de vidrio que
son fáciles de excavar
1 Bulón por metro
cuadrado
Proporciona buena estabilidad del frente
tanto en suelos como en rocas alteradas y
fracturadas
3 Sellado del frente
Se realiza un
sellado del frente
con gunita
Ese espesor del concreto es
de 3 a 5 cm
Evita el lavado de las juntas o arrastrar roca
suelta
Se debe drenar bien el agua del frente
4 Excavación a media sección
Es una buena medida
para estabilizar un frente
Se excava en dos
fases mínimo
Desfase mínimo entre
ambas 20 metros
Si hay más divisiones
requiere mayor
organización
Cobtrabóveda
Ya los tratamientos
de la solera para su
estabilización los
vimos
Bulones en la base de los
hastiles
Pata de elefante para la bóveda
Otros tratamientos especiales
son:
las inyecciones de
consolidación alrededor del
perímetro
Drenaje
Inyecciones de lechada de
cemento cuando se detecten
huecos dentro del macizo
Huecos:
Dificultan el bulonaje
Concentración de esfuerzos
Afluencia de agua
Tratamientos comunes:
Hormigón
colocado
Encofrado y vibrado
Concreto proyectado:
1.- Sella la superficie de la roca, cierra las juntas, evita descompresión
y alteración de la roca
2.- Desarrolla resistencia. Puede trabajar como un lámina que resiete
cargas. Resiste cargas de cuñas o bloques.
Aridos:
Tamaño máximo de áridos: 8 mm por vía humeda y 16 mm (recomendable
12 mm) por vía seca.
La tendencia es no superar los 8 – 10 mm.
Cemento:
Convencional
Cumplir especificaciones técnicas RC-88
También debe cumplir:
Principio de fraguado: 1.5 a 4 horas
Menor tamaño de árido mayor
cantidad
Finura: 3500 a 4500 cm2grs
Aluminato y sulfatos ??
Contenido: 300 a 400 kgm3:
Mayor resistencia mayor
cantidad
Agua
Las comunes en la practica
Y aquellas con bajo contenido de sales y sustancias
orgánicas
Aditivos
Acelerantes
El cemento reacciona rápidamente y alcaza latas
resistencias iniciales
Silicatos, aluminatos, carbonatos, hidróxilos,
cloruros
A largo plazo se reduce la resistencia
Acelerante en líquido 8% agua /cemento. Más
eficaz
Acelerante en polvo 10% agua/cemento.
Acelerante líquido ayuda a eliminar el polvo en el
frente de trabajo
Cenizas volantes
Mejora la adherencia a la superficie de la roca
Mejora la resistencia a largo plazo
Humo de silice
(SiO2) o microsilice
Reduce el polvo
Reduce el rechazo
Mejora la adhesión y resistencia
Debe comprobarse la compatibilidad con el
acelerante
Puesto en obra por vía seca
1Mezcla:
Cemento, áridos,
aditivos en polvo, fibras
si existen
2Agitador
4En la boquilla
de la manguera
se añade agua y
los aditivos
líquidos, que
vienen por otra
manguera.
3 Aire comprimido
empujando la
muestra a través de
tubería y manguera
de proyección
5 El operador regula la entra
de agua, según observa la
consistencia del hormigón.
Puesto en obra por vía húmeda
Tolva gunitadora: Se vierte la
mezcal completa de cemento
+ áridos + agua + aditivos
Se impulsa la mezcla a la
manguera a través de un
tornillo sin fin.
En la boca se añade aire
comprimido para proyectar la
mezcla
Actividad
Vía seca
Vía Húmeda
Equipos
Más
baratas.
Bajo
mantenimiento.
Desgastes
considerables
Equipos más compactos. Menor
consumo de aire comprimido .
Menores desgastes.
Mezclado
En la obra o planta. La mezcla
puede almacenarse en un lugar
seco.
Problemas
con
la
humedad de la arena.
Hasta 5 m3 por hora. Puede
transportarse por cinta.
Mezcla más ajustada, hecha en
planta. No hay problemas con la
humedad de la arena.
Rechazo
Entre un 20 y 50%. Pérdida de
áridos por rechazo.
Menor rechazo, hasta un 10%
como mínimo.
Calidad
Mayores resistencias.
hormigón heterogéneo.
Menores
resistencias.
homogéneo.
Rendimient
o
Resulta
Has 10 m3 /hora.
Más
Actividad
Vía seca
Vía Húmeda
Velocidad
de impacto
Alta,
resulta
una
mejor
adherencia y facilidad de
empleo en bóveda.
Inferior, pero suficiente.
Aditivos
Los aditivos en polvo se añaden
con la mezcla, los líquidos en la
manguera de salida.
Todos en la mezcla, más fácil de
usar aditivos líquidos.
Polvo
Se produce más polvo.
Se produce poco polvo: mejor
visibilidad y no hay problema
peligro de laminación por polvo.
Flexibilidad
Puede usarse para todo tipo de
gunitado.
Puede usarse también para
bombear hormigón colocado.
Recomendaciones generales:
La superficie
debe limpiarse
con aire y
humedecer
También se recomienda
u robot gunitador
manejado a control
remoto.
En los puntos donde exista
flujo de agua debe
entubarse.
Distancia de la boquilla a
la superficie entre 0.60 y
2 m.
Se debe gunitar con la
boquilla perpendicular a la
superficie, describiendo
círculos de abajo hacia
arriba.
Caudales requeridos de aire para un compresor de 700 kgcm2 =
700 KPa
No se coloca y su función es de sellado (espesores
inferiores a 5 cm)
Malla y fibra
Si su función es de resistencia se coloca malla o
fibra.
El refuerzo permite gunitar mayores espesores
La tabla indica la cantidad de malla requerida por m2
Para maniobras
se recomienda
que la cantidad
se inferiores a 3
kg/m2
Para adaptarlo
mejor a
irregularidades
Métodos de sujeción de malla
Malla colocado
primero y luego
se gunita.
La ventaja: Actúa
desde el primer
momento,
evitando caídas.
Desventaja:
corrosión por aguas
Peor comportamiento
estructural
Solape entre paños
de malla: 20 a 30
cm
Para que trabaje
adecuadamente, la malla
debe estar embebido dentro
del hormigón
Por tanto se debe efectuaren
dos capas y la malla se coloca
entre ambas.
Fibra de acero
Alambres de acero
A la mezcla se le añaden fibras y se
dispondrán en todas direcciones
Resist a flexión
concreto con fibras
--------------------------Resist a flexión
concreto sin fibras
Le confiere mayor resistencia a la tracción
al concreto comparado con el concreto
normal en masa
Cantidad: 30 a 50 kg de fibra por m3
Ensayo: probeta de
15 x 15 x 60 cm
Ventajas y desventajas
Fibras
Malla
Puesto en obra sencillo
Puesto en obra lento y difícil
Ocasiona desgaste en máquinas
y mangueras
No ocasiona desgaste en equipo
de bombeo
Actúa después de varías horas
que el hormigón ha endurecido
Actúa desde el primer momento y
por si sola sostiene cuñas
El rechazo del concreto hace
que se pierda fibras colocadas a
la mezcla y que no se puede
controlar
La cantidad de acero se mantiene
Disminuye el rechazo del
hormigón proyectado
La malla si deja huecos entre ella y
la roca, aumenta el rechazo. La
malla vibrará
Control de espesores
Ensayos y control del
concreto proyectado
Contenido de fibras
Control de resistencia a corto y largo plazo
Espesores
Dejar clavos en los hastíales y clave, los cuales
deben cubrirse totalmente con el concreto (espesor
exigido)
Si el concreto ya se ha proyectado, usar un
taladro y medir el espesor
Sacar un testigo de los hastíales y que también
sirve para la compresión simple
De una muestra antes del gunitado,
separando el las fibras.
Contenido de fibras
De una muestra del hastial separando el
concreto de fibras (debe cumplir lo exigido)
Una muestra tomada de una artesana
donde se ha proyectado concreto y se ha
dejado en el túnel por algunos días
Se mide resistencias a los 3, 7 y 28 días
Resistencia a la
largo plazo
Las probetas obtenidas del hastial o de una
artesana. La artesana se deja en el túnel
hasta que frague el concreto
En general es más importante que la
resistencia a largo plazo.
Resistencias a corto plazo
Si el túnel lleva un revestimiento definitivo
encofrado es todavía más evidente (en roca
que se desconfina rapidamente)
Resistencias requeridas por
la norma Austriaca de
hormigón proyectado en las
primeras 24 horas
Métodos para determinar la resistencia a corta edad
Penetrómetro
Bulones
Cosen
Confinan macizo
Se une a la roca
por la punta
El bulbo de
lechada se forma
en la punta
Fuste libre de lechada para poder
tensar
El tensado se logra a
través de la placa y
tuerca, que le transmiten
la fuerza impuesta al
anclaje al macizo en la
cara de la placa
La fuerza de tensado
varía entre 6 ton a 15 ton,
y esta fuerza la debe
resistir el bulbo que se
forma en la punta.
Se inyecta en toda su
longitud
Trabaja cuando la roca se
deforma
No es necesario el uso de
placa
Es el más usado
Más rápido y sencillo de colocar
Aunque se le debe colocar
para sujetarla a la malla
Deja deformarse la roca, lo cual es
uno de los principios en el diseño,
que la propia roca seael principal
soporte del túnel
Tipos:
Bulón de anclaje mecánico
La barra se tensa
mediante con el uso de
la placa y tuerca
Se fija a la roca con una
cuña que se expande en la
punta mediante un sistema
de roscado
El anclaje en la punta es
sensible al diámetro del
taladro y a la calidad de la
roca
Con el tiempo se tiende a perder
el agarre con la roca
Datos técnicos del bulón
de anclaje mecánico
El más utilizado
Bulón de Redondo inyectado
Barra de acero
corrugado
Si es pasivo:
Si es activo:
Se fija mediante
:cartuchos de resina
epoxi,
Se inyecta solo el bulbo de
anclaje, por medio de un
obturador.
cartuchos de mortero
de cemento
Si se usan cartuchos solo se
introducen en le fondo.
o inyectando lechada
de cemento (mejores
resultados)
Tensado se hace cuando
halla fraguado la resina o el
cemento
Luego de tensado se puede
inyectar el resto.
Datos técnicos del bulón de Redondo inyectado
Bulón Dywidag
Acero más resistente
Similar al
anterior
Datos técnicos del bulón tipo Dywidag
Bulón de fibra de vidrio
Se usa en zonas que han de excavarse en fases posteriores
Datos técnicos
del bulón de
fibra de vidrio
Bulones de cables
Funcionamiento
similar al bulón de
redondo.
No pueden
usarse cartuchos
s.r
Es de utilidad en túneles con gálibos
escaso, en los que es necesario instalar
bulones largos, ya que al ser flexibles,
pueden colocarse sin dificultad
Es un ancla je
activo
Debe ser
inyectado solo en
la punta
Datos técnicos del
bulón de cables
Bulón Swellex
Acero deformable
Al expandirse rellena todo el taladro logrando
generar la fricción necesaria con las paredes del
barreno.
Datos técnicos de los bulones Swellex
Es un bulón hueco,
que se introduce en
el taladro y luego
se expande
inyectándole agua
a presión en su
interior.
Colocación de los bulones
Replanteo:
Se marca con pintura en los hastíales y
clave según la cuadricula. Aunque esta
puede variar para adaptarlos a coser las
juntas.
Ejecución de los taladros:
El mismo jumbo o Máquina bulonadora
Colocación:
Cuando se utilizan cartuchos de resina o
mortero, el bulón ha de introducirse de
manera que rompa los cartuchos.
Se usa el jumbo, para introducir el bulón
en el taladro con rotación continúa, de
manera que la resina o el mortero, quede
bien distribuida a lo largo del fuste.
Inyecciones: Seguir la técnica de
instalación (s.r)
Control:
Los pasivos hacer un tensado mínimo
Los activos no lo necesitan
Cerchas:
Colaborar con el hormigón proyectado
Su resistencia inicial es la definitiva
Definen la geometría del túnel ayudando a
conseguir los espesores adecuados de
concreto
Se deben colocar en contacto con el terreno a
lo largo de toda su longitud y firmemente
apoyadas en el suelo
En secciones grandes cada cercha se divide
en tres arcos
Entre cerchas se debe colocar barras de acero
de unión, llamadas tresillones
Cerchas TH
Muy usadas en minería y tuneles
Grapas
de unión
Cerchas HEB (IPN)
Inconveniente es el solape: Se efectúa
mediante chapa y tornillos
Dificulta la colocación de la cercha (la
cercha debe ajustarse a la roca)
Características geométricas de las cerchas
Cerchas reticulares:
Formadas por retícula de
barras soldadas
Al gunitar quedan bien
embebidas dentro del hormigón
proyectado
Solape entre arcos mediante
tornillos
Pasos generales a seguir en el
proyecto y construcción:
1.- Dividir tramos
según su
litología,
variación
estructural,
grado de
meteorización
3.- Obtener
los índices de
Valoración
RMR, Q, etc.
4.- Caracterizar
geomecánicamente el
macizo: Calidad,
fricción, cohesión
5.- Estimar sostenimientos
7.- modifique el
sostenimiento.
6.- Ajustar los índices de
valoración a medida que avanza la
construcción del túnel
Manual Romana (Conferencia)
Gonzáles Vallejo (2002). Nuevo Método Austriaco (Rabcewicz, 1964)
1.- Utilizar la roca como
elemento resistente.
Se debe lograr que el terreno circundante actúe como
un anillo portante, pasando hacer parte del
sostenimiento.
3.- Colocar
sostenimiento
flexible a una
velocidad
adecuada.
4.- Controlar la
influencia del
tiempo en el
comportamiento
de la roca.
2.- Métodos excavación
que minimice los daños
al macizo rocoso
5.- Construir el revestimiento definitivo, cuando sea
necesario, también flexible para minimizar los
momentos.
Si se necesita resistencia: Armaduras, bulones,
cerchas.
Nota: La colocación del
sostenimiento inmediato
evita descohesión,
meteorización, pérdida
de dilatancia.
Continuación método Austriaco. Vallejos.
1.- En forma inmediata aplique
hormigón o gunita a toda la
sección.
2.- Para rocas
diaclasadas instale
bulones
3.- Para evitar fases de
diferentes reajustes del estado
de tensiones, de ser posible se
debe excavar a sección
completa o al menos reducirla a
tres las excavaciones parciales.
4.- Se debe generar secciones
redondeadas, para evitar
concentración de esfuerzos en
esquinas y salientes.
5.- No considerar el
túnel como una
estructura tipo arco.
6.- Considerar el túnel como un
tubo, que tiene mucha capacidad
portante.
7.- Por tanto en terrenos de mala
calidad se debe cerrar la solera con
una contrabóveda.
Cambios de tensiones debido al avance del túnel
Estado de esfuerzos antes de
ser excavado
(s.r los esfuerzos en mabos
elementos son
aproximadamente los
mismos)
Línea Ko
Los esfuerzos disminuyen en el perímetro debido a la relajación que supone
la excavación.
s.r descompresión de la roca (disminuye la fuerza entre partículas debido al
desplazamiento de las mismas)
8
Influencia del tamaño de la sección en la
estabilidad
Zona descomprimida
Entre más pequeño es el área
excavada menor es la zona
afectada en el frente de
excavación
Se debe tratar de reducir el número de fases de
excavación para aumentar el rendimiento pero
teniendo en cuenta la estabilidad
s.r Comportamiento
plástico a a partir del
pto indicado.
OJO
Desplazamiento
cuando empieza a
actuar el
sostenimiento
s.r Desplazamiento que ha
ocurrido en el perímetro
antes de que el
sostenimiento actue
El permitir este
desplazamiento
se hace que la
roca actúe como
un autosoporte
1Curvas características que
ocurren después que se alcanzado
el punto de equilibrio entre roca y
sostenimiento
2Esto se debe a la fluencia de los
materiales con el tiempo
3ncrementos de esfuerzos sobre
el revestimiento por fluencia
4 s.r
5Estos esfuerzos de fluencia
deberían ser absorbidos
posteriormente por el
revestimiento definitivo.
Los esfuerzos producidos la fluencia
se deben a que la descompresión
moviliza toda la resistencia de la roca,
y luego posteriormente no existe
resistencia que pueda aportar la
propia roca
1Casos peligrosos de altas
fluencias de los materiales
después de colocado el
revestimiento
2 esto Puede ocurrir en
materiales como:
Rocas muy fracturadas,
tectonizadas
Formaciones volcánicas
(escorias, tobas, piroclastos)
En suelos: En arenas arcilosas
y arcillas fisuradas se pierde la
cementación
3 para estos casos:
Excavación inmediata y colocación
inmediata de revestimiento semi-rígido