Introducción

En obras públicas se plantea frecuentemente el problema de la construcción de túneles, ya que nuestro país tiene una accidentada geografía a causa de grandes sistemas montañosos. Esto ha dado origen a este tipo de construcciones, para poder enlazar en forma más expedita ciudades o lugares de importancia y facilitar los transportes más diversos. Además, dado al notable crecimiento en la última década de la actividad económica de nuestro país, ha sido necesario estudiar nuevas alternativas de tránsito a las ya existentes, mejorando así los niveles de servicios de los caminos. Las técnicas de construcción de túneles se mejoran y perfeccionan continuamente, tanto en el aspecto de seguridad como en el de rendimiento, es así como surge la necesidad de investigar las nuevas técnicas de construcción para el aprovechamiento de los recursos disponibles a un costo de operación y mantención más bajo.En el presente informe, se describe de manera detallada la construcción de un túnel civil para un lugar físico determinado, con datos reales que permitirán determinar de manera óptima el sistema de fortificación para que el túnel tenga una duración aproximada de 50 años.

Objetivos

Objetivo General

Realizar la construcción de un túnel civil, describiendo su respectivo desarrollo y fortificación, considerando diversos factores geológicos y geotécnicos presentes en el lugar.

Objetivos Específicos

Realizar el desarrollo y construcción de un túnel, con una fortificación apta para 50 años.

Definir las condiciones del macizo rocoso para la construcción. Definir los ciclos de desarrollo. Describir la construcción de sus portales.

Consideraciones Generales

A continuación, se resumen las principales características para la construcción del túnel, con los diversos factores a considerar para su óptimo desarrollo:

La sección del túnel es de 6 m², con un carril de circulación y una longitud de 2500 mt en total. Además, para su construcción se consideran aspectos generales tales como: instalaciones de ventilación, sistemas de seguridad, control de aguas, entre otros.

Estudios preliminares

Todas las construcciones subterráneas necesitan de una detallada y extensa investigación antes de su proyecto, para que se pueda hacer la mejor elección de su trazado y diseño. Esta necesidad es, sin duda, mayor que para otro tipo de construcciones e implicará el estudio geológico del terreno, de sondeos y de túneles de reconocimiento. No obstante, no hay que olvidar que la investigación continuará realizándose también durante la construcción.Estos estudios preliminares, se realizan mediante sondeos, los cuales darán información sobre la naturaleza de las distintas capas presentes en el terreno, su consistencia y su grado de humedad.

Datos Geológicos y Geotécnicos

Para la construcción del túnel, hemos considerado que éste se situará en un área de relativa complejidad (geológicamente hablando). Se aprecia en la formación del lugar, materiales sedimentarios tales como brechas y calcarenitas, existiendo además rocas instrusivas de tipo porfídicas.A este contexto, hay que señalar la presencia de un terreno de baja calidad geotécnica y además la presencia de agua.

El RMR calculado para este terreno, ha oscilado entre los 40 y 64 puntos, correspondiendo por lo tanto en su mayor parte, a un macizo rocoso de calidad geotécnica media.En la figura 1 se muestra un perfil longitudinal del túnel, en donde cada uno de los colores señalan la presencia de diversas estructuras presentes en el macizo.

Figura 1: Las áreas de color rojo indican las zonas de fractura del macizo, mientras que las de color verde muestran la gran cantidad de zonas meteorizadas presentes en la estructura.

Construcción

Método de Perforación

Según la naturaleza del terreno se puede realizar la excavación del túnel con una sección más o menos grande. La roca dura permitirá el ataque a sección completa; sin embargo los terrenos de media a mala calidad sólo permitirán avanzar mediante pequeñas secciones y provistos de blindaje. Es este caso el que hemos tomado para nuestro proyecto, dado que el RMR ha entregado como resultado que la roca corresponde a una calidad media. Para este caso, ocuparemos un método de perforación llamado “Método de la galería en clave o método belga”. Este es uno de los métodos más utilizados, y tiene la característica de ejecutar primeramentela excavación de la bóveda (es lo que se llama avance en bóveda), incluido elsostenimiento que descansa directamente sobre el terreno, pues de esta manera se protege laobra por encima. Después se realiza la excavación de la parte inferior llamada destroza, comenzando por la zona central y siguiendo, en cortos tramos alternativos, por los hastiales,que una vez excavados se revisten; de esta manera no se compromete la seguridad de labóveda que descansa siempre sobre la destroza no excavada o sobre los pilares ya construidos.Se termina por la construcción de la solera cuando es necesaria.

Figura 2: Método Belga

Operaciones básicas en la construcción

Para la construcción del túnel, hemos dispuesto de cuatro operaciones básicas: el arranque, la carga, el transporte y el sostenimiento (o fortificación).Dado que el túnel a construir es de una sección pequeña, el espacio disponible es escaso y el trabajo debe obligatoriamente ser repetitivo. Este ciclo se convierte en crítico ya que una vez seleccionado el sistema de construcción es muy difícil modificarlo si surgen imprevistos.

El arranque:La excavación se puede realizar por tres métodos que son: manual (mediante herramientas neumáticas de potencia ligera o media); con explosivos y mecanizado. Para la construcción de nuestro túnel, hemos dispuesto realizar el arranque mediante explosivos, dado que es el método que se utiliza con mayor frecuencia, ya que se adapta a cualquier tipo de dureza (roca blanda, media o dura).Esta excavación se realizará con equipos jumbo del tipo boomer. (Ver anexo 1)La excavación utilizando la perforación y los explosivos produce inevitablemente una operación cíclica que consta de los siguientes pasos:

- Perforación de la frente, siguiendo un patrón y con la profundidad adecuada para el avanceprevisto en la voladura (plan de voladura o tiro).

- Retirada del equipo perforador.- Carga del explosivo y retirada del personal.- Detonación de las cargas.- Ventilación para eliminar humo, polvo y vapores- Desprender la roca suelta.- Realización de la entibación provisional si es necesario.

En el método con explosivos es de gran importancia el plan de voladura. En la figura 3 el punto negro representa el taladro cargado de explosivo y la numeración indica el orden en el que se hace explosionar a cada uno de ellos, lo que se consigue con detonadores retardados que se activan eléctricamente.

Figura 3: Esquema de plan de voladura

La carga:En secciones pequeñas, las palas de volteo de accionamiento neumático, sobre vía o sobre rueda, son los equipos más aplicados a los túneles de pequeña sección, sin embargo en casos extremos de sección mínima, solamente se puede cargar manualmente el escombro.

El transporte:El transporte puede realizarse de diversas maneras. Para efectos de esta construcción, el transporte del material fragmentado se realizará mediante camiones de bajo perfil de la línea finining modelo AD30, el cual posee una capacidad de 30 TM. (ver anexo 2)

La Fortificación:Para la construcción del túnel hemos determinado los siguientes tipos de fortificación:

Acuñadura mecanizada con martillo Implementación de pernos de acero con resina Malla electrosoldada Proyección de shotcrete

Construcción de portales

La construcción de los portales se llevará a cabo mediante la implementación consecutiva de marcos de acero separados entre sí a una distancia de 1,5 mt y revestidos con hormigón proyectado (HP). En la figura 4 se muestra la colocación de marcos de acero

Figura 4: implementación de marcos de acero

Control de Agua

En la construcción del túnel, el control de agua se realizará implementando una pendiente a lo largo del túnel de grado 1,25%. Asimismo, el ancho del camino constará de una pendiente de grado 1%, con el fin de escurrir las aguas hacia las canaletas o zanjas de drenaje que poseerá el túnel en cada uno de sus costados.

Ventilación

En un comienzo la ventilación será natural, hasta alcanzar los 100 metros en donde se implementará un sistema de ventilación artificial.

Costos

El costo de avance por metro lineal para el túnel de 6x6 será de 2000 USD.

El valor del shotcrete es de 40 USD x m2.

El valor del perno es de 20 USD la unidad.