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Captulo 10. Tneles falsos y boquillas

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Manual de diseo y construccin de tneles de carretera
10.1. Introduccin
Adems de funcionales, los tneles carreteros debieran ser estticos y relajantes. Para ello, el pro-yecto podra, al menos, propiciar la minimizacin de los efectos de los cortes y la recomposicin parcial de los daos que stos causan en las montaas.
Los tajos de acceso deberan ser tan cortos como sea posible y, por consiguiente, los taludes la-terales y frontal tan bajos como resulten. Es mejor construir tneles ms largos que, por pretender acortarlos, comprometerse con grandes cortes que presenten problemas de estabilidad y requieran mantenimiento contino.
Durante la operacin de la carretera, el portal del tnel es realmente la nica parte de ste que se ve, por lo tanto es conveniente y necesario que sea agradable estticamente, encajando dentro del entorno general tanto del paisaje como el resto de la carretera (Figura 10.1).
Con base en lo anterior, en los portales de los tneles de carretera se deben proyectar y construir tneles falsos concebido como una prolongacin de la estructura del revestimiento del tnel real; su construccin se efecta normalmente en la etapa final de la obra. Sea que se restituya o no el terre-no original, si los cortes son poco estables, el tnel falso proporciona una seguridad adicional muy conveniente, adems de hacer ms relajado el acceso al tnel.
Tnel Los Chorros, Coahuila. Consultec Ingenieros Asociados, S.C. 2004

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Figura 10.1. Ejemplo de tneles falsos.
En las carreteras modernas, en laderas con cierto grado de inestabilidad o en aquellas vertien-tes en que ocurren sistemticamente aludes y avalanchas de roca y suelos, se puede optar por la solucin de autnticos tneles falsos que suelen ser estructuras de concreto cerradas, a veces con ventanas hacia el valle (Figura 10.2), que se disean y construyen con mtodos que difieren sustan-cialmente de los que se emplean en los tneles excavados.
Figura 10.2. Tneles falsos con ventanas hacia el valle.
Por otro lado existen los tneles falsos que funcionan como medida de estabilizacin en cortes inestables y que funcionan realmente como una estructura de proteccin para la carretera. Para su construccin se excava desde la superficie el espacio que ocupar el tnel, se construye ste en el

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Figura 10.3. Talud inestable y solucin con Tneles falsos gemelos, carretera Mxico Acapulco.
Figura 10.4. Deslizamiento en los portales del tnel Agua de Obispo, septiembre de 2013, (izquierda, portal Acapulco; derecha portal Mxico).
espacio excavado y, una vez finalizada su construccin se cubre hasta lograr la altura de relleno ya sea para alcanzar el terreno natural que se tena antes o hasta cierta altura solo para protegerlo (Figura 10.3).
10.2. Consideraciones bsicas para determinar su longitud
En el captulo 2 de este Manual se mencion que la posicin del portal debera fijarse con base en las condiciones topogrficas, geolgicas, geotcnicas y con una cobertura conveniente para favorecer la estabilidad del portal y de los primeros metros de excavacin del tnel.
Tambin se mencion que en todos los casos es recomendable la construccin de tneles falsos para disminuir los efectos visuales de atrincheramiento y choque frontal y tambin para mejorar la funcionalidad del tnel evitando el riesgo de cados de bloques o deslizamientos sobre la calzada, como los mostrados en la Figura 10.4.
Tomando como base los criterios generales para la definicin de los emportalamientos descritos en el captulo 2 y, considerando que los taludes que conformarn el portal del tnel tienen que ser lo menos alto posible pero con la cobertura necesaria para que los primeros metros de tnel no ten-gan problemas de estabilidad, la longitud de los tneles falsos como prolongacin del tnel podr ser relativamente corta; sin embargo, s el portal por alguna razn presenta cortes altos, los tneles falsos tendrn otra funcin y la longitud y caractersticas estructurales tendrn que ser suficientes para soportar la posible cada de bloques y la eventual posibilidad de contener algn deslizamiento (Figura 10.5).

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En laderas con problemas de inestabilidades en la que ya fue construida la carretera pero se presentan recurrentes deslizamientos o cada de bloques, la solucin es un tnel falso cuya longitud depender de la zona o zonas inestables; la altura de su relleno depender de la altura del corte y, de las condiciones de estabilidad que permanezcan despus de construido el tnel falso.
Figura 10.5. Tneles falsos de longitud relativamente corta y de longitud considerable.
Figura 10.6.Tnel falso en la carretera Durango Mazatln.
Los tneles falsos son estructuras que requieren de tcnicas tanto de clculo como de construc-cin muy sofisticadas para su diseo, proyecto y construccin, a continuacin se presentan algunas consideraciones y recomendaciones.
10.3. Anlisis y diseo estructural1
Las obras de tneles falsos y alcantarillas tradicionalmente se han dimensionado con mtodos sim-plificados de diseo. Sin embargo, existe una serie de situaciones no contempladas por estos mto-dos que pueden poner en riesgo la estabilidad de la construccin. Cada obra tiene sus caractersticas particulares de geometra y topografa, que muchas veces quedan fuera de lo considerado como ideal, por lo que pueden presentarse situaciones en que las simplificaciones propuestas por los m-todos tradicionales estn muy lejos de cumplirse.
1 Los textos originales de esta seccin corresponden con la referencia [13].

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Entonces surge la necesidad de estudiar el problema en un espectro mucho ms amplio: la distri-bucin de esfuerzos en el medio, las condiciones de apoyo, las rigideces de los distintos elementos, la asimetra, etctera, empiezan a jugar un papel determinante en el comportamiento global de la obra y cualquiera de estos elementos puede ser el factor que desencadene una seria de problemas potenciales que incluso, en el peor de los casos, puede terminar en el colapso de la estructura.
Por otro lado, el hecho de poder analizar globalmente el problema de un tnel falso (saber qu es lo que pasa en el medio que la rodea), en su cimentacin y en su propia estructura, brinda alcances mucho mayores que, adems de permitir alcanzar una sensibilizacin muy completa, puede redundar en ahorros econmicos importantes, a la vez de aumentar la seguridad de la obra.
Los programas basados en tcnicas numricas (mtodo de elementos finitos y mtodo de las di-ferencias finitas en este caso) son de las herramientas ms verstiles y confiables con la que hoy se cuenta para el estudio global de problemas de interaccin sueloestructura. Sin embargo, tal y como se explic en el Captulo 6 de este Manual, las herramientas numricas no dejan de exigir un entendi-miento profundo de los fenmenos fsicos y por lo tanto, si no se emplean con bases slidas y con el dominio de todos los factores que influyen en los resultados, pueden representar armas de doble filo.
10.3.1. Aspectos fsicos a considerar en los anlisis
10.3.1.1. Interaccin terreno-estructura
La interaccin debe entenderse como el fenmeno producido en la intercara terreno-estructura, que consiste en la generacin de fuerzas distribuidas sobre el rea de contacto, tales que son capaces de mantener al sistema en equilibrio esttico teniendo como condicin adicional una compatibilidad de deformaciones determinada por las caractersticas de rigidez de cada elemento (Kovari, 1982).
Normalmente, en los anlisis realizados se asegura que las fuerzas de interaccin sean exclu-sivamente de compresin, por la razn lgica de que, si en algn punto de la intercara aparecieran fuerzas con tendencia a separar la estructura, simplemente desaparecera el contacto. Adems, en los casos que aqu se analizan, el fenmeno de interaccin terreno-estructura se desarrolla com-pletamente en el permetro de la seccin (el relleno, al confinarla, ejerce la doble accin de carga y soporte).
Las fuerzas que actan sobre la estructura pueden ser tanto de tipo activo (cargas directas pro-piciadas por la cedencia del soporte), como del tipo pasivo (reacciones del terreno que resisten la deformacin de la estructura); por lo tanto, resolver el equilibrio esttico del fenmeno, es decir, determinar esta compleja distribucin de fuerzas equilibrantes (que a su vez es resultado de una compatibilidad de deformaciones en los contactos), no es una tarea fcil, pero s es posible acotarlo dentro un intervalo aceptable de soluciones.
10.3.1.2. Condiciones estticas
Las consideraciones estticas para calcular las fuerzas y deformaciones del sistema se basan en un concepto de triple interaccin: primero, el subsuelo toma las cargas transmitidas por la cimentacin y en ste pueden generarse asentamientos y rotaciones de los apoyos; segundo, el relleno lateral que, una vez colocado y compactado acta como componente de la estructura y resiste los movi-mientos de arco produciendo reacciones que lo soportan lateralmente; finalmente, el material del terrapln as como los vehculos que transitarn actuarn bsicamente como carga (Figura 10.7).
Los elementos que componen el sistema son deformables e interactan unos con otros. Sin em-bargo, cuando la altura del terrapln sobre la clave de la bveda no es muy grande, sta acta slo

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