Roca Tipo III

ESTUDIOS DE INGENIERIA DEL TUNEL MARCAVALLE
EN LA VIA DE EVITAMIENTO LA OROYA - PERU
ANTONIO SAMANIEGO
ORLANDO FELIX
CARLOS SOLDI
UBICACION
LA OROYA
Pachachaca
El Proyecto
◊
La vía de evitamiento La Oroya, evitará que el
tráfico de Lima a Cerro de Pasco y/o Tarma pase
por la ciudad de La Oroya
◊
La longitud de la vía es de 14.2km, que incluye 2
intercambios viales
◊
La vía de evitamiento comprende 5 puentes y 2
túneles
◊
El Proyecto corresponde al Diseño Definitivo de
los Túneles y Puentes
Km. 14+638.67 = km. 4+700
Carretera La Oroya-Cerro de Pasco
Puente Shinca
Tunel Shinca
Distribuición
Del
Proyecto
Puente Tambo
Tunel Marcavalle
VIA DE EVITAMIENTO
Puente Curipata
Km. 0+000 = km. 162+500
Carretera Central
Alcance de los Trabajos
Programación
y
ejecución
del
programa
de
investigaciones de campo
Definición del trazo definitivo de la vía en cada puente
y túnel
Diseño a nivel definitivo de los puentes y túneles
Elaboración de expedientes de licitación
Datos básicos
• Temperaturas: 9.1 ºC media anual, 23.3 ºC máxima instantánea
y - 4.4 ºC mínima instantánea
• Altitud: entre 3,770 y 4,000 msnm
• Precipitación: 577.5 mm media, 35.9 mm máxima en 24 horas
• Dimensiones principales:
ESTRUCTURA
Puente intercambio N°1
Puente Curipata
Puente Tambo
Túnel Marcavalle
Túnel Shinca
Puente Shinca
Puente Intercambio N°2
DIMENSIONES
14.5 m.
71 m.
170 m.
1330 m.
141 m.
140 m.
40 m.
TUNELES - INTRODUCCION
•
Las dimensiones generales de los túneles son:
Túnel
Marcavalle
Shinca
•
Longitud
(m)
1,330
141
Ancho
(m)
9.8
9.8
Alto
(m)
7.1
7.1
Sección Revestimiento
(m2)
58.59 Concreto
58.59 Shotcrete
Se limitó pendiente en el túnel a 3.5% para mayor seguridad
vial y reducir riesgo de incendios
•
Se limitó radio mínimo de curvas en el túnel a 900m. por
motivos de visibilidad
•
Sólo el túnel Marcavalle tendrá ventilación, iluminación,
sistema contra incendio y comunicaciones
•
Ambos túneles tendrán sistemas de señalización
Investigaciones Geológicas y Geotécnicas Túneles
•
Interpretación de Información Satelital y Aerofoto
•
Mapeo Geológico de la Zona del Proyecto. Esc. 1:50,000
•
El Mapeo Geológico del Trazo de los túneles se realizó a escala
1:2000, y el de los portales a escala 1:200
•
Perfiles de Refracción Sísmica y Sondajes Eléctricos
•
Perforaciones Diamantinas con Profundidades de 20 - 160 m.
•
Pruebas de Campo: Carga Puntual, Esclerometría, Dilatometría,
Orientación de Testigos, Permeabilidad Lugeon, Registros RMR
yQ
•
Ensayos de Mecánica de Rocas: Corte Directo, Compresión
Triaxial,
Compresión
Uniaxial,
propiedades
elásticas,
Propiedades Físicas, Tracción.
Mapa Geológico e Imagen Satélite
Fotografías en zona de Túneles
Túnel Marcavalle. Portal de Entrada
Fotografías en zona de Túneles
Túnel Marcavalle. Vista Panorámica del Eje
Fotografías en zona de Túneles
Túnel Marcavalle. Portal de Salida
Túnel Marcavalle Perfil Geotécnico (1)
Túnel Marcavalle Perfil Geotécnico (2)
Túnel Marcavalle. Sección Típica - Criterios
• Capacidad de Tránsito requerida en los túneles
• Ancho y características de la calzada
• Dimensiones para veredas y zonas de estacionamiento
• Espacio para ductos, tuberías, cables
• Drenaje transversal y longitudinal
• Ubicación de la iluminación y señales de tráfico
• Espacio para ventiladores
Tipos de Roca
Roca Tipo II
(Masa Rocosa de Buena Calidad)
Calizas sanas, estratificadas y con escaso
fracturamiento.
RMR > 60
Roca Tipo III
(Masa Rocosa de Calidad Media)
Calizas ligeramente intemperizadas,
estratificadas y fracturadas.
60 > RMR > 40
Roca Tipo IV
(Masa Rocosa de Mala Calidad)
Calizas alteradas, con estratificación delgada,
fracturación media a intensa, con
intercalaciones de estratos de rocas suaves.
40 > RMR > 25
Roca Tipo V
(Masa Rocosa de Muy Mala Calidad)
Rocas muy alteradas, con estratificación muy
delgada, fracturación intensa, con las juntas o
diaclasas rellenas de material arcilloso,
intercaladas con estratos de rocas suaves.
RMR < 25
NOTA: Las zonas de los portales hasta los primeros 50 a 100 m de ambos túneles, y las zonas de falla que
atraviese la excavación, serán tratadas como masas rocosas de Tipo V.
Secuencia de Excavación
•
Avance del frente del túnel, en tres etapas:
La parte inferior de la
La parte superior
del túnel
hasta la bóveda,
con 4 m de altura
sección transversal
Remoción del piso
de trabajo
en dos etapas,
empleado durante
hasta un piso de trabajo
la excavación
temporal a ubicarse
de los túneles, hasta
alcanzarse
y 7 m. de ancho
entre 0.70 y 1.0 m por
la cota de diseño
en el piso
encima del piso final de la
del piso final.
excavación
•
Para cada etapa de la excavación, se instalará el refuerzo necesario
de acuerdo con la calidad de la masa rocosa que se encuentre.
Secuencia de Excavación
Vista Isométrica de la Secuencia de Excavación recomendada para los túneles
8.30 m
PRIMERA ETAPA
4.30 m
SEGUNDA ETAPA
5. 50
m
Valuación de Calidad del Macizo Rocoso
Tipo de roca
RMR
GSI
Calificación
II
61-80
60
Buena
III
41-60
45
Regular
IV
21-40
30
Mala
V
<20
10
Muy mala
Valores de los parámetros de resistencia
del macizo rocoso
Tipo de Roca
mb
s
a
II
2.40
0.0120
0.50
II
1.40
0.0020
0.50
IV
0.82
0.0000
0.50
V
0.40
0.0000
0.60
Valores del módulo de elasticidad, Relación de
Poisson y Módulo de Rigidez del macizo rocoso
Tipo de Roca
Em
(MPa)
R. Poisson
G (MPa)
II
14,900
0.20
6,200
III
6,300
0.25
2,500
IV
2,600
0.25
1,000
V
800
0.30
300
Análisis Estructural del Túnel
Pasos utilizados para similar la secuencia de excavación:
• 0→1
Estado inicial
• 1→2
Excavación del techo del túnel (corona)
• 2→3
Se coloca shotcrete temporal en el techo del túnel y se
instalan pernos de anclaje. Dado que el shotcrete es
reciente. Para el modelamiento se redujo la resistencia y
módulo de deformación a E’= 10GPa para simular este
efecto mientras que los pernos se modelaron a
resistencia completa.
• 3→4
Excavación de banco del hastial izquierdo
y del piso (invert)
Análisis Estructural del Túnel
• 4→5
Se coloca shotcrete en hastial excavado y se instalan los
pernos de anclaje según diseño para cada tipo de roca.
Para esta etapa se modela el shotcrete del techo a
resistencia completa mientras que el shotcrete del hastial
se modela a resistencia y módulo de deformación
reducida. Se repite el proceso de manera similar para la
excavación del banco del hastial derecho siguiendo los
mismos conceptos de resistencia y módulo de
deformación.
• 5→6
Se modela la capa total de shotcrete a resistencia y
módulo de deformación completa.
• 6→7
Se instala el revestimiento final se modela a resistencia
total se asume que el shotcrete temporal esta deteriorado
y todas los esfuerzos han sido transferidos al revestimiento
final.
Roca Tipo III
Factores de Seguridad – Etapa 1
(Sin sostenimiento)
Roca Tipo III
Factores de Seguridad – Etapa 1
(Con sostenimiento)
Roca Tipo III
Factores de Seguridad – Etapa 2
(Con Sostenimiento)
Roca Tipo III
Factores de Seguridad – Etapa 3
(Con Sostenimiento)
Roca Tipo III
Factores de Seguridad – Etapa 4
(Con revestimiento final)
Roca Tipo III
Deformaciones (m) – Etapa 0
(Sin Sostenimiento)
Roca Tipo III
Deformaciones (m) – Etapa 1
(Con Sostenimiento)
Roca Tipo III
Deformaciones (m) – Etapa 2
(Con Sostenimiento)
Roca Tipo III
Deformaciones (m) – Etapa 3
(Con Sostenimiento)
Roca Tipo III
Deformaciones (m) – Etapa 4
(Con revestimiento final)
Roca Tipo III
Esfuerzo Principal Mayor (MPa) – Etapa 4
(Con revestimiento final)
Roca Tipo III
Esfuerzo Principal Menor (MPa) – Etapa 4
(Con Revestimiento Final)
Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca
4.00 m
PRIMERA ETAPA
8.40 m
SEGUNDA ETAPA
Roca Tipo II
TERCERA ETAPA
11 m
• 3 m de avance por disparo
• Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 3 m long., cementados e instalados ocasionalmente
(cuando se requiera)
• 50 @ 75mm de Shotcrete
Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca
4.00 m
PRIMERA ETAPA
8.40 m
SEGUNDA ETAPA
Roca Tipo III
TERCERA ETAPA
11 m
• 2 a 3 m de avance por disparo
• Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 3 m long., cementados y espaciados a 2.0 m en ambas direcciones
• Una capa de malla de acero electrosoldada
• 75 @ 100 mm de Shotcrete
Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca
4.00 m
PRIMERA ETAPA
Roca Tipo IV
8.40 m
SEGUNDA ETAPA
TERCERA ETAPA
11 m
• 1.50 m de avance por disparo
• Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 4 m long., cementados y espaciados a 1.5 m en ambas direcciones
• Una capa de malla de acero electrosoldada
• 100 @ 150 mm de Shotcrete
• Cerchas de acero reticuladas, espaciadas a 1.5 m
Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca
5.00 m
PRIMERA ETAPA
Roca Tipo V
6.00 m
SEGUNDA ETAPA
TERCERA ETAPA
CUARTA ETAPA
11 m
• 0.8 - 1.0 m de avance por disparo
• Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 5 m long., cementados y espaciados a 0.8 m en ambas direcciones
• Una capa de malla de acero electrosoldada
• 150 @ 200 mm de Shotcrete
• Cerchas de acero reticuladas, espaciadas a 0.8 m
Monitoreo Geotécnico
Sistema de Monitoreo Integrado del Túnel
• Monitoreo de Deformación
• Evaluaciones de Nivelación
• Dimensiones del perfil (Verificación de
perfil y curvatura
• Setting Out
• Red Geodésica
• Control mediante laser
Sistema de Control mediante laser
Control de alineamiento de cerchas en el
túnel
Instalaciones Auxiliares Túnel Marcavalle
Sistema de Ventilación - Demanda de Aire
3
3
Parámetros
3
Emisión (m /h ó mg/h)
2000
2010
2020
2000
2010
2020
23.17
37.74
61.51
2.45
4.00
6.52
200 ppm
Límite Máximo Permisible
3
Caudal de aire necesario (m /h)
3
Qreq (m /s)
Velocidad del aire en el túnel (m/s)
Hollín (mg/h)
NOx (m /h)
CO (m /h)
2000
2010
2020
605,339 986,285 1,607,280
3
15 ppm
1.50 mg/m
182,773 297,794 485,294 258,150 420,607 685,434 403,559 657,524 1,071,520
51
83
135
72
117
190
112
183
298
0.85
1.38
2.25
1.20
1.95
3.17
1.87
3.04
4.96
Instalaciones Auxiliares Túnel Marcavalle
Sistema de Ventilación - Criterios de Diseño
•
El aire circulará desde el portal de salida hacia el portal de entrada, por efecto
de la pvn.
•
El Túnel Marcavalle, por su longitud, requiere de un sistema de ventilación
mecánico.
•
Dilución del monóxido de carbono, gases nitrosos y hollín a niveles máximos
permisibles (200 ppm, 15 ppm y 1.5 mg/m3 respectivamente)
•
La demanda máxima corresponde al año 2020: Se requiere una velocidad de
5 m/s para la dilución del hollín (visibilidad)
•
Para emergencias (incendio en el túnel), se ha considerado una velocidad del
aire de 8 m/s.
•
El sistema comprende 13 estaciones de ventilación equipadas con dos
impulsores (jet-fans) de 1.5 m de diámetro externo cada una, espaciadas cada
100 m a lo largo del túnel.
Túnel Marcavalle
Perfil del Sistema de Ventilación
Distribución de las estaciones de ventilación a lo largo del Túnel Marcavalle
FLUJO DE AIRE
60 m
60 m
60 m
100 m
100 m
100 m
100 m
100 m
100 m
Portal de
Entrada
150 m
Portal de
Salida
Cada estación consta de dos impulsores (jet fans) de 1500 mm de diámetro externo,
equpados con motores de 20 kW c/u y fijados a la bóveda del túnel
Túnel Marcavalle. Ubicación de Ventiladores
9.00 m
5.30m
Límite de la excavación
Ventiladores de
1500 mm de diam. ext.,
espaciados cada 100 m
a lo largo del eje del túnel
9.80 m
11 m
7.10 m
Iluminación - Criterios de Diseño
• Se diseñó para que el tráfico se aproxime, atraviese y salga del túnel a
velocidad apropiada
• La intensidad de la iluminación se definió por tramos, contados desde los
portales.
Luminancia
cd/m2
N° de
lámparas
de 91W
Acceso
Umbral
(60m)
1raTransición
(100m)
2da
Transición
(100m)
Interior
3,500
188
79
36
7
224x2
160x2
66x2
102
• Las luminarias se instalarán colgadas de la bóveda del túnel a una altura
de 5 m. sobre la calzada.
• Luminarias tipo Vapor de Sodio de Baja Presión.
• Alimentadores en bandejas metálicas ubicadas en canaletas bajo piso.
Túnel Marcavalle
Agua Contra Incendio - Criterios de Diseño
• Se
seleccionó
un
sistema
aislado
provisto
de
2
tanques
de
abastecimiento de 60 m3 cada uno.
• Cuenta con 2 bombas de 500 GPM cada una, una accionada por un motor
eléctrico y otra por un grupo diesel. Adicionalmente cuenta con una
bomba jockey para mantener presión en el sistema.
• Permite una presión mínima de 6 atm y abastecer hasta 1200 l/min
• Se dispondrá cada 100 m, de gabinetes provistos de mangueras de 60 m
cada una y de extintores de polvo seco.
• El sistema está dimensionado para que 2 suministradores contiguos
puedan abstecer hasta 1200 l/m a una presión de 0.6 a 1.2 MPa.
Túnel Marcavalle. Suministro Eléctrico
• Línea de transmisión de aproximadamente 1 km desde la SE Alambrón en
Huaymanta, a 11KV, y que en el futuro operará a 10KV.
• Para emergencias grupo diesel y sistema de baterías como back up.
• La distribución será en tensiones de 480V y 230V.
• El sistema está capacitado para abastecer una carga de hasta 850kW.
• La demanda de iluminación será 105kW de día y 18kW de noche.
• En emergencia, los 15min iniciales se abastecerán con baterías,
posteriormente abastecerá el grupo diesel con autonomía de 24 horas.
Túnel Marcavalle. Seguridad y Control
• Caseta de control
• Sistema de detección de incendio
• Sistema de detección de polución
• Sistema de ventilación
• Manual de mantenimiento
• Sistema de control de altura de vehículo
ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL
AREA DE INFLUENCIA INDIRECTA
• Ha sido establecida teniendo en cuenta los límites de las
microcuencas
• Su influencia ha sido determinada por la interacción de los
parámetros bióticos, físicos y socioeconómicos
• Comprende las provincias de Yauli (Yauli, Paccha, San
Cristóbal de Sacco, La Oroya y Huayhuay) y Tarma (Tarma)
AREA DE INFLUENCIA DIRECTA
Espacio geográfico que podría ser modificado o alterado en
forma directa por las diferentes actividades a ejecutar por el
proyecto durante sus diferentes fases (pre-ejecución,
construcción, operación)
Principales Impactos Ambientales Túneles
• Incremento del ruido y partículas por acción de explosivos
• Alteración de los lugares de nidificación
• Construcción de accesos (Alteración de vegetación, riesgo de
erosión)
• Riesgo de deslizamientos y derrumbes
• Incremento del riesgo de accidentes
• Alteración de las actividades educativas (Túnel Shinca)
• Interferencia con las actividades ferroviarias (Túnel Shinca)
• Alteración de las condiciones socioeconómicas de La Oroya y
poblaciones adyacentes
Medidas de Mitigación - Túneles
• Reacondicionamiento integral de los accesos construidos
• Diseño específico para depósito de desmontes de la excavación
• Traslado temporal de las actividades en escuela (Túnel Shinca)
• Colocación de mallas de protección en lugares de trabajo (laderas)
• Estructuración del Plan de Compensación a las afectaciones
• Estructuración de previsiones para el tránsito ferroviario
GRACIAS