UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE SUELOS

GESTION TECNOLOGIACA EMPRESARIAL

GEOLOGIA DEL TUNEL- TREN SUBTERRANEO

NOMBRES Y APELLIDOS : CHÁVEZ CHÁVEZ, Luis Alberto.

CODIGO : 20030185-C

CODIGO DEL CURSO : GE831-H

PROFESOR: Ing. VASQUEZ ESPINOZA ALFREDO

2010-II

INDICE

INTRODUCCION

OBJETIVO

I. GENERALIDADES

1.1. Tipos de roca

1.2. Defectos físicos de rocas

1.3. Uso de los túneles

1.4 Túneles según tipos de suelos

II. ESTUDIO GEOLOGICO

2.1 Investigaciones preliminares

a) Influencia de las Condiciones Geológicas

b) Fenómenos de alivio de presión

c) Influencia de la estratificación de las rocas en la presion sobre el

revestimiento.

2.2 Exploraciones preliminares

III. CONSTRUCCION DEL TÚNEL

3.1 Secuencia de las operaciones

3.2 Trazado de perforaciones

3.3 Métodos de excavaciones

3.4 Métodos constructivos

3.5 Perforación en roca

3.6 Montaje de taladros para túneles pequeños

IV. SELECCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO

V. ESTIMACIÓN DE CARGAS

VI. CARGA Y DETONACIÓN DE LOS AGUJEROS

VII. VENTILACIÓN DE TÚNELES

VIII. ESCOMBRADO

IX. ADEMES

X. CONTROL DE AGUA

XI. REVESTIMIENTO

XII.ASPECTOS IMPORTANTES ACERCA DE PERNOS HELICOIDALES PARA

SOSTENIMIENTO SE TERRENOS

XIII. USOS

1. CONSTRUCCIN DE TUNELES Y CAVERNAS DE ROCAS

2. EXCAVACIÓN DE TUNELES EN ROCA

3. ESTABILIDAD DE EXCAVACIONES TEMPORALES

4. OTRAS APLICACIONES

ANEXO

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCION

La ingeniería de túneles hace posible muchos servicios vitales, submarinos y subterráneos. Se utilizan técnicas únicas de diseño y construcción, debido a la necesidad de proteger a los constructores y usuarios de estos servicios de los ambientes extraños. Estos servicios deben construirse para dejar fuera los materiales a través de los que pasan, incluyendo el agua.

A menudo tienden a soportar altas presiones. Y cuando se usan para el transporte o la ocupación humana, los túneles deben proveer iluminación adecuada y una atmósfera segura, con medios para eliminar los contaminantes.

En los valles estrechos con ríos caudalosos es difícil desviar el cauce del mismo, pero a su vez este cauce puede transformarse en una obra de toma. Tambien en presas altas de tierra y roca resulta muchas veces es más económico construir un túnel que un conducto, todo debido a las cargas que actuarían en dicho conducto, ya que deberían tener un gran espesor y un gran diámetro.

Aun así existe una diferencia fundamental entre túnel y conducto, todo esta diferenciación de caracteres se resumen en uno sencillo y simple, las cargas que debe soportar cada uno son muy distintas, en el caso del túnel se utilizará donde las alturas y los pesos sean muy grandes y los conductos con pesos de un menor valor.

    Los túneles figuran entre los proyectos de construcción a gran escala más duros. Y entre los más caros, hasta 50.000 dólares por metro de túnel acabado. Pero la fascinación de la tarea asegurará que se sigan diseñando en el futuro.

OBJETIVO:

Nuestro país tiene una accidentada orografía a causa de grandes sistemas montañosos, esto ha dado origen a construcciones de túneles de carretera de razonables longitudes para poder enlazar en forma más expedita ciudades o lugares de importancia y facilitar los transportes más diversos.

Además los túneles se construyen con diversas finalidades, tales como las de proporcionar:

1. Pasajes para ferrocarriles y vehículos automotrices a través de montañas y debajo de extensiones de agua.

2. Túneles para acceso a minas.

3. Canales o cañerías para agua.

4. Túneles para transporte: carretero o peatonal.

I. GENERALIDADES:

1.1 TIPOS DE ROCALas rocas que se encuentran en las operaciones de excavación de túneles,

pueden dividirse en tres grupos principales:

Rocas ígneas

Rocas sedimentarias

Rocas metamórficas

Rocas ígneas.-Las rocas ígneas son el resultado del enfriamiento de masas derretidas que

emergieron del interior de la tierra a través de fisuras. Si la masa derretida se enfrió antes de llegar a la superficie de la tierra, la roca se define como intrusiva. Son ejemplos de estas el granito y el gabro.

Si la masa de roca se enfrió después de haber llegado a la superficie de la tierra, la roca se define como extrusiva. Son ejemplos de estas la riolita y el basalto.

Rocas sedimentarias.-Las rocas sedimentarias son las que tienen contacto con el ingeniero, incluyen

las que fueron depositadas por las corrientes de agua, tales como conglomerados, areniscas, pizarras y arcillas, y las que fueron depositadas por organismos marinos, como las calizas y las dolomitas.

Rocas metamórficas.-Cuando las rocas ígneas o sedimentarias se sujetan a altas temperaturas y

presiones, sufren cambios en su estructura y en su textura. Las rocas que han sufrido estos cambios se describen como rocas metamórficas.

Bajo ola influencia de presiones y temperatura moderadas, la arcilla y el barro se transforman en esquistos y pizarras, que son rocas metamórficas de mala calidad. Cuando se sujetan a altas presiones y temperaturas, las pizarras y los esquistos se metamorfizan para el duro y denso gneiss. La piedra caliza al metamorfizarse forma el mármol, y la arenisca se transforma en cuarcita.

1.2 DEFECTOS FÍSICOS DE LAS ROCAS:

Todas las rocas, independientemente de este tipo, tienen defectos físicos o estructurales que ejercen una considerable influencia en las operaciones de perforación de túneles. Estos defectos consisten en fracturas, cuyas magnitudes y espaciamiento varían considerablemente. Las fracturas simples se definen como juntas, mientras que las fracturas mayores, asociadas con desplazamiento relativamente grandes se definen como fallas.

Las grietas.-

Son las superficies de fallas físicas o separaciones con muy poco o ningún desplazamiento entre los componentes de la roca en lados opuestos de la grieta. Estas pueden existir en dos o tres planos aproximadamente ortogonales entre sí. Al perforar un túnel en una formación rocosa, la existencia de juntas afectará la cantidad de ademe que tenga que ponérsele al domo durante las operaciones de perforación del túnel. También, las juntas proporcionan un pasaje por donde puede filtrarse el agua subterránea en el túnel.

Fallas.-

Es una zona en una formación en donde ha ocurrido un gran desplazamiento a lo largo del plano de falla. El desplazamiento puede ser horizontal, vertical, o una combinación de las dos. Por lo general, una falla constituye un peligro indeseable en la perforación de un túnel. Debido a las enormes fuerzas que producen la falla, la formación de rocas en la zona de la falla estará quebrada. El material triturado puede variar de tamaño desde arenas finas hasta grandes bloques que tienden a caerse hacia adentro del túnel al estarlo perforando a través de la zona de falla.

Si existe agua freática en la formación, el material triturado dentro de la zona de falla proporcionará un excelente pasaje por el cual podrá fluir el agua al túnel a no ser que se tomen pasos correctivos antes de excavar en esa zona. Podrá llegar a ser necesario inyectarle concreto a la formación antes de perforar el túnel para eliminar el peligro del agua subterránea.

1.3 USO DE LOS TUNELES:

a) Túneles para agua.-

Pueden ser túneles de derivación o de toma para plantas hidroeléctricas, o para acueductos que traen el agua a los sistemas de distribución de las ciudades. Los túneles de derivación desvían el agua alrededor de la zona de construcción de la represa. Se diseñan para que lleven el escurrimiento máximo que pueda esperarse durante este periodo de construcción.

También puede servir para descargar el exceso de agua después de que se ha llenado el embalse, o convertirlos en túneles de toma para una planta de fuerza situada en la ladera del valle, debajo de la presa. Si no se necesitaran después de terminado el proyecto, se cierran los túneles de derivación con tapones de concreto.

Los túneles son en su mayor parte de rocas y operan bajo una carga hidrostática positiva.

En terreno permeable y con grietas se revisten de concreto armado; en rocas firmes, puede ser adecuado un revestimiento de concreto aplicado con pulverizador para proporcionar una superficie lisa.

Los túneles a nivel del terreno pueden recubrirse con concreto simple. Con rocas muy firmes se ha utilizado el revestimiento de concreto aplicado por aspersión (shotcrete).

b) Túneles para alcantarillado y drenaje.-

Las grandes ciudades requieren muchas millas de túneles para conducir el escurrimiento pluvial y las aguas negras a las plantas de tratamiento. Estos se construyen en una gran diversidad de terrenos.

Algunos se construyen como alcantarillas de cajón por el método de corte y cubierta, pero más se excavan con escudos y aire comprimido. Los túneles de drenaje pluvial son generalmente más pequeños.

La sección transversal de las alcantarillas y túneles de drenaje tiene generalmente forma de herradura o circular, con revestimiento de concreto.La calidad del concreto reviste especial importancia, a fin de poder resistir los efectos de las aguas negras. Generalmente son túneles sin presión.

El alineamiento se rige por la ubicación de las plantas de tratamiento, las condiciones del terreno y la traza de las calles de la ciudad. Se debe

mantener la pendiente continuas excepto en los sifones. Se debe mantener una pendiente mínima para asegurar el flujo por gravedad.

c) Túneles de corte y cubierta.-Los túneles de poca profundidad, como las líneas de tránsito rápido por

debajo de las calles de la ciudad, pasos inferiores, secciones en tierra de los túneles subacuáticos, o las secciones terminales de los túneles a través de colinas, se construyen por los métodos de corte y cubierta.

d) Túneles de carretera y ferrocarriles.-Los túneles pueden tener uso no solo para el paso de trenes de

pasajeros o de mercancías sino que además pueden convertirse en autopistas ferroviarias, en la que coches y camiones son transportados en trenes.

La seguridad es distinta y se explica por presentar mayor riesgo los de carretera, debido al desigual numero de conductores (por ejemplo, cientos de coches frente a un solo tren, en relación al paso de un volumen igual), y otro inconveniente, la necesidad en los de carretera de mayor ventilación por los gases. Estos túneles necesitan además unas medidas de seguridad mínimas, como galerías de escape o dos tubos.

1.4 SEGÚN LOS TIPOS DE SUELOS:

a) Túneles en roca.-

Para la excavación en roca, las más importantes condiciones geológicas que se deben anticipar son las siguientes:

- La presencia de fallas, que generalmente involucran áreas de rocas muy fracturadas.

- Dirección y grado de la estratificación.- Grietas y juntas- La presencia de agua, que puede ser caliente o fría, o contener

ingredientes corrosivos o irritantes.- Bolsones de gases explosivos o tóxicos.- Deformaciones en la roca.

La petrografía tiene menor importancia a menos que la roca sea altamente abrasiva, y cause excesivo desgaste de las barrenas.

b) Túneles en materiales firmes.-

Entre los materiales, que no sean rocas, que se pueden encontrar al excavar un túnel, se encuentran las arenas de diversas densidades y tamaño de granos; arenas mezcladas con limo o arcilla; arcillas puras o

con limo o arena; desde relativamente plásticas, con un alto contenido de agua hasta firmes y secas; mezcla aluviales de arena y grava. Es posible excavar estos materiales por procedimientos de minería.

Al excavar en todos estos tipos de materiales se requieren tablestacas, apoyadas en pies derechos o postes para sostener el techo.

II.-ESTUDIO GEOLÓGICO

2.1INVESTIGACIONES PRELIMINARES:

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 (túneles paralelos), mejorando así los niveles de servicios de nuestros caminos.

Para seleccionar la mejor alternativa o solución es necesario proceder sistemáticamente; primero un estudio previo, que permita recomendar una solución ( a veces varias) y el año óptimo de su puesta en servicio. Luego viene la etapa de anteproyecto de la o las soluciones recomendadas y por último el proyecto de la obra completa. A continuación se indican las fases que se deben considerar al construir un túnel:

El objetivo de la obra subterránea

La geometría Del Proyecto: trazado y sección tipo

La geología y geotecnia Del macizo

El sistema Constructivo

La estructura resistente: El Cálculo

Las instalaciones para la explotación.

Antes que nada deben realizarse levantamientos planimétricos para determinar todas las características topográficas y localizar todas las estructuras superficiales y subterráneas que puedan verse afectado por la construcción del túnel.

Para los túneles por debajo del agua se deben efectuar sondeos para determinar el perfil del fondo. (Para esto se dispone de sondas sónicas de precisión)

El conocimiento de las condiciones geológicas es útil en la construcción de cualquier tipo de túnel, pero es de primordial importancia en los túneles en roca.

Las exploraciones por medio de perforaciones de reconocimiento en terrenos blandos y en túneles subacuáticos son fáciles de hacer en la cantidad que sea necesaria. Sin embargo, especialmente en los túneles en roca muy largos, las posibilidades de efectuar perforaciones se ven a menudo limitadas.

Los túneles con poca o nula presión interior tienen, por lo general, una sección de herradura; los túneles a presión son circulares y revestidos con concreto armado. El revestimiento es de concreto, de 6 a 36pulg de espesor, esto depende del tamaño, la presión y la naturaleza de la roca.

Este estudio debe basarse en una cuidadosa investigación del terreno y el examen de todos los registros disponibles, incluyendo los registros de otras construcciones en los alrededores, tales como túneles anteriores, minas, canteras, excavaciones a cielo abierto, pozas y perforaciones. El geólogo debe preparar un informe detallado para que sirva de guía a los diseñadores y contratistas.

a) Influencias de las condiciones geologicas

Fenómenos de alivio de presión.Las rocas en la naturaleza, especialmente las que se encuentran

bastante profundas, están afectadas por el peso de los estratos superiores a ellas y por su propio peso. Debido a estos factores se producen esfuerzos y deformaciones en la masa rocosa. Una partícula necesita cierta libertad para ser desplazada, si la roca esta confinada y por tanto su movimiento impedido habrá solo un corrimiento parcial de la roca, en caso de que se produzca alguno. El esfuerzo que no pudo producir deslizamiento, por la falta de espacio, permanece todavía en ella y se dice que esta almacenado en la misma. A este esfuerzo se denomina esfuerzo residual. Al permitirse movimiento, este es el caso de una excavación para un túnel, la energía se libera en forma de deslizamientos, estos están en función del tipo de roca, profundidad, etc.

Influencia de la estratificacion de las rocas en la presion sobre el revestimiento.

La presión total sobre el revestimiento de un túnel y la forma en que se distribuye a lo largo de el dependen, en primer lugar, de la estratificación de la roca en la que se construye.

Esto será analizado en block diagramas y el eje de túnel; presentamos gráficamente las diversas alternativas que se encuentran en la construcción de túneles, cualquiera que sea su utilización.

1. Se indica ciertas características de comportamiento de las presiones en el techo y paredes, así como las posibilidades de compensar empuje, debido a plegamientos en estratos simples.

2. Al atravesar zonas acuíferas deben realizar adecuados para ver la manera de protegerlos y agregar en las zonas críticas, los revestimientos apropiados y un buen drenaje o impermeabilizándolo.

3. Debido a la posición que se encuentra el eje con respecto a las laderas del valle tendremos también condiciones de menor estabilidad siendo de especial cuidado los medios túneles, por ser de la posición mas crítica.

Tunel que atraviesa zonas acuiferas

a. Rocas permeablesTúnel en roca permeable por fisuración. En este caso el revestimiento es total y se estudiará un sistema de drenaje especial.

-Impermeabilización-Inyecciones-Drenaje-Revestimiento

b. Rocas parcialmente permeablesTúnel en un horizonte acuífero. El revestimiento es parcial

- Controlable.- Debe tratarse inmediatamente después de localizarlo.

c. Suelos permeables. Túnel en suelo permeable por porosidad. Los métodos de avance son especiales como el de la congelación o el de cámara de presión.

-El Revestimiento no falta.-Difícil control geológico.- El comportamiento depende del tipo del suelo.

Generalmente los túneles en suelos siempre representan mayores problemas que en Rocas, aquí para condiciones sísmicas existen códigos especiales.

2.2 EXPLORACIONES PRELIMINARES:

Aún cuando la localización aproximada de un túnel está dictada por la clase de servicio que va a prestar, la localización final deberá estar basada en el resultado de las exploraciones superficiales y subsuperficiales. Estas exploraciones se hacen antes de seleccionar la localización exacta de un túnel para poder determinar las clases de formaciones que existan y la cantidad de agua freática presente en las formaciones a lo largo de la ruta del túnel propuesto. Las formaciones pueden incluir escombros no consolidados, arena, grava, o arcilla, con o sin agua freática.

Puede haber roca sólida, o quebrada, pueden existir fallas o pliegues. Si se perfora un túnel a través de una roca sólida, puede requerir muy poco o ningún soporte para el domo del túnel, mientras que si se perfora a través de una roca muy quebrada, será necesario proporcionar grandes ademes para las paredes y para el domo.

Si una exploración indica la presencia de cantidades significativas de agua freática, es aconsejable buscar un sitio más favorable, o si esto es imposible, será necesario inyectarle concreto a la formación al frente de la excavación como medio de reducir el flujo de agua. Los planos deberán hacerse con una provisión suficiente de bombas disponibles para sacar el agua.

Un geólogo competente puede obtener valiosos datos a partir de una exploración superficial. Pueden obtenerse datos más precisos relativos a una formación, perforando a lo largo de la ruta y sacando muestras de la formación. Los agujeros deberán taladrarse cuando menos hasta el piso del túnel propuesto y estar espaciados lo suficientemente cerca para que puedan proporcionar muestras que sean representativas de la formación.

Si la formación está libre de irregularidades estructurales severas y de variaciones, puede ser mayor el espaciamiento de los agujeros que para una formación que contenga fallas, pliegues, u otras irregularidades estructurales.

Si la formación es rocosa; los agujeros pueden perforarse con taladros de vagoneta, abrasivos, rotatorios, o con algún tipo de taladro que produzca detritos de sondeo. Como estos taladros producen pequeñas virutas en vez de núcleos de muestra inalterados, el material que se recobra de los agujeros no indicará si la formación es sólida o si consiste en roca quebrada. Como tiene que agregarse agua a los agujeros de explotación perforados con taladros abrasivos para poder sacar los detritos, estos no indicaran la cantidad de agua freática que exista en la formación.

Una vez que se hayan completado las exploraciones preliminares y analizado los resultados, pueden seleccionarse la localización que permita la satisfactoria construcción de un túnel al más bajo costo posible.

III. CONSTRUCCIÓN DEL TUNEL:

3.1 SECUENCIA DE LAS OPERACIONES:

Tan pronto como se haya comenzado la construcción de un túnel, deberán llevarse a cabo las operaciones de acuerdo con una secuencia bien planificada. Las operaciones variarán con el tipo y tamaño del túnel, con el método de ataque

en la cabeza, y con la clase de formación rocosa que se en cuentre. La construcción puede estar sobre la base de uno o dos turnos diarios.

Para un túnel perforado a través de roca, pueden aplicarse las siguientes operaciones:

1. Instalación y principio de la perforación2. Carga y detonación de los explosivos.3. Ventilación y remoción del polvo después de una explosión.4. Carga y acarreo de los escombros.5. Remoción del agua freática si es necesario.6. Erección de los ademes para el domo y las paredes, si se necesita.7. Colocado de refuerzos metálicos.8. Colocado del forro del concreto.

Las primeras cuatro operaciones están relacionadas a la perforación del túnel, y con frecuencia establecen la velocidad de avance en la construcción del mismo. El avance de las otras operaciones debe de estar coordinado con la velocidad de la perforación, mientrás sea practicable hacerlo.

3.2 SECCION TRANSVERSAL DE UN TUNEL:La figura muestra un esquema de la sección transversal de un túnel. Calzada bidireccional con pistas de 4m c/u Veredas peatonales de 0,85 m. a cada lado Canaletas de drenaje de filtraciones y derrame de líquidos Canaletas para ductos Gálibo útil vertical mínimo de 5m., en todas las pistas de circulación

vehicular Pendiente longitudinal mínima, la que permita un adecuado drenaje. Zonas de aparcamiento en túneles de más de 1.000 m.

La forma de la sección transversal de un túnel con capa de concreto, dependerá de la presión de tierras que tenga que soportar la capa y del fin para el que construye el túnel.

Si el terreno es de roca sólida, puede seleccionarse cualquier forma de sección transversal.

Para un acueducto, la forma puede ser circular, mientras que para un túnel que servirá de viaducto la sección puede consistir de paredes verticales con un domo arqueado.

Si el terreno está formado por roca fragmentada, sujeta a presión horizontal, la sección de paredes verticales de un túnel-viaducto debe sustituirse con curvas de herradura para resistir esta presión.

Si el terreno es altamente inestable, por ejemplo arcilla suave o arena, puede ser necesario utilizar una sección de forma circular, debido a su mayor resistencia a las presiones extremas, independientemente del objeto para la cual se vaya a utilizar el túnel.

Las secciones transversales más comunes están ilustradas en la figura.

Incluyen los tipos circular, elíptico, herradura, y de paredes verticales con domo arqueado.

Las condiciones circular y elípticas son populares como conductores de agua y de agua negras

Las secciones de herradura y verticales son populares como túneles para viaductos en donde las condiciones del terreno permiten el empleo de estas secciones.

3.3 TRAZADO DE PERFORACIONES:

Un trazo de perforación, es la posición de los agujeros perforados en la cara de un túnel al avanzar sobre tronadas. Independientemente del trazo que se seleccione para un túnel en particular, su objeto será el de romper el mayor volumen de rocas en la menor cantidad de barrenos y de explosivos.

El mejor trazo para producir este resultado variará con diferentes factores, tales como el tamaño del túnel, la profundidad de los barrenos que se perforen, la clase de roca, y el método de montaje de los taladros, que deberá determinarse experimentalmente en cada proyecto.

Si sólo se hace explotar la carga de un barreno, se formará un cráter cuyos lados tendrán un ángulo aproximadamente de 45° en relación con la cara del túnel. Al hacer detonar los explosivos de los barrenos situados alrededor de este cráter, se aumentará el volumen de roca fracturada por barrenos, debido al efecto de revelación del cráter. Al perforar los barrenos para una tronada, es común barrenar un cierto números de agujeros inclinados hacía un punto o una línea común cerca del centro de la cara, para producir un cono inicial, o cuña, cortado en la roca hasta la profundidad total de la tronada.

Los explosivos en esos agujeros cortados se hacen explotar con detonantes instantáneos y los restantes con intervalos progresivamente mayores, utilizando detonantes de acción retardada.

a) Trazado en plantaTrazado de un túnel en planta esta subordinado a la situación de las

dos bocas. Generalmente es una recta, pues no suele haber razón para intercalar alineaciones curvas; en algunos casos puede ser preciso emplear curvas para ajustar la planta al paso por puntos determinados, debido a razones de construcción; por ejemplo, situaciones de pozos de ataque, puede asimismo convenir, por causas geológicas, separarse en zonas

determinadas, donde el estudio del terreno haga prever dificultades de construcción.

b) Trazado de perfilAl fijar las pendientes longitudinales, habrá que tener en cuenta:

o Que el coeficiente de razonamiento por rotación en el interior del túnel, disminuye debido a la humedad del ambiente, circunstancias a considerar al elegir el tipo de firma para la calzada, con objeto de evitar accidentes de circulación.

o Evacuación del agua del túnel; es una necesidad que hay que servir durante la construcción y la explotación; en determinadas circunstancias puede representar un gasto importante, si los caudales de agua son grandes. La solución más económica es la evacuación por gravedad. En los túneles urbanos metropolitanos o para vehículos ordinarios, las, aguas se evacuan normalmente a la red de alcantarillado, si es posible por gravedad o por intermedio de bombas de elevación.

3.4 METODO DE EXCAVACION DE TUNELES

En algunas obras de construcción de túneles, los pozos sirven como punto de partida para la excavación en roca o en material firme, o con escudos. En túneles largos, como son los acueductos, se utilizan varios pozos, para dividir la construcción en secciones más cortas en las que se pueda trabajar simultáneamente, en los túneles para vehículos, especialmente para túneles subacuáticos excavados con escudo, se utilizan los pozos para los edificios de ventilación. Los pozos se entiban con elementos leñosos de la misma manera que los túneles en materiales de la misma naturaleza.

Para los pozos en roca se utiliza la madera para evitar que la roca suelta se desprenda de los muros, cubre por lo general, una distancia apreciable en torno a la excavación.

Los pozos con fondo abierto y muros fuertes, a menudo circulares o subdivididos en compartimientos, se pueden construir afuera sobre el terreno y hundirlos excavando la tierra por debajo de ellos.

En suelos secos, se puede excavar directamente; si hay agua presente se pueden usar cucharones de almeja y chorros de agua de alta presión para aflojar el terreno y sacarlo.

Revisemos en forma esquemática los diversos métodos clásicos empleados en la perforación de túneles y que se centran fundamentalmente en diferentes secuencias de excavación:

Método norteamericano:La excavación se inicia con una galería superior en el coronamiento del

túnel, que se apoya en listones de avance, postes y cabezales. A continuación se amplía la excavación entre dos pórticos y se colocan los segmentos del arco superior adyacentes al coronamiento y apoyado por postes y puntales extra. Se forman bancos de excavación a lo largo de los lados y se coloca otro segmento de las costillas a cada lado. Se unen con pernos las costillas a la parte superior y se soportan con una solera temporalmente. El terreno entre costillas se mantiene en su lugar por medio de planchas de revestimiento y se rellenan las oquedades. Se usa en terrenos razonablemente firmes.

Método Inglés:Recibe su nombre por haber sido aplicado en

túneles a través del tipo de terreno que usualmente se localiza en Inglaterra, como son las arenas y areniscas. Su principal característica es proceder el avance de la perforación a sección completa del túnel, en una sola operación.

Método Belga:En terreno firme se excava a la mitad superior del

túnel, comenzando con una galería central desde el coronamiento hasta el arranque del arco. Esto se amplía en ambos lados, y el terreno se mantiene en su lugar con estacas transversales. Es posible avanzar con la excavación a una distancia considerable antes de continuar con el revestimiento del túnel.

Método Alemán:Se hacen avanzar dos galerias inferiores,una en cada muro laeteral. En

estas galerias se construyen los muros hasta llegar al techo de las mismas. Sobre esto se excavan otras dos galerías y se continúa la construcción de los muros. Se añade una galería central superior que se ensancha hasta alcanzar las galerías laterales; el terreno sobre el arco queda apuntalado por maderos longitudinales y

estacas transversales. Después de terminado el revestimiento del arco se remueve el resto del terreno.

Método Alemán Modificado:Se aplica en el caso en que durante la operación de perforación del

túnel a través de un terreno bastante firme, surja la aparición de agua, lo que origina una alteración en el método Clásico Alemán en cuanto a las etapas sucesivas de ataque del frente.

Método Austríaco:Los austríacos desarrollaron un plan de trabajo

basado en la utilización de puntales de madera formando un sistema de entibación. La excavación se realiza como indica la figura.

Método Italiano:Consiste en extraer solo el medio arco más la galería central por la cual

se retira la marina, luego se concreta el medio arco, luego se extrae el resto del material por zonas y se van concretando los muros (método similar al método belga).Se desarrollo para terrenos muy blandos en los que se excava solo pequeñas áreas. Es muy costoso y ha sido suplantado por el método de escudo, exclusivo para terrenos muy blandos.

Método de escudo:La excavación de túneles por el método de escudo se usa

generalmente, en la actualidad, en terrenos blandos, no cohesivos, compuestos de arena suelta, grava o limo y todo tipo de arcilla, o en mezcla de cualesquiera de ellos. Es indispensable estar debajo del nivel freático.

El escudo es un cilindro formado por planchas de acero soldadas entre sí. Tiene un diámetro ligeramente mayor que el exterior del revestimiento del túnel.

Además existen varios métodos para atacar las caras de túneles perforados a través de la roca. Otros métodos distintos dependerán de la medida del túnel, del equipo disponible, de la formación y de la cantidad de ademes que se necesiten. Los más comunes son:

Ataque de toda la cara:

Cuando se perfora un túnel con el método de ataque en toda la cara, se perfora todo el frente o cara, se cargan los agujeros, y se hacen detonar los explosivos. Los túneles pequeños cuyas dimensiones no exceden de 10pies, se perforan siempre con este método.

Los grandes túneles en roca frecuencia se perforan con este método. Debido al desarrollo de los taladros de carretilla y de plataforma, la popularidad de este método ha ido cada vez en aumento en la perforación de grandes túneles. Puede montarse varios taladros en la parte anterior de una plataforma para hacerlos operar simultáneamente con alta eficiencia.

Método de terrazas:El método de terrazas para la perforación de un túnel, implica la

perforación de la porción superior del túnel antes de perforar la parte inferior, como se ilustra en la figura.

Si la roca es lo suficientemente firme para que el domo se sostenga sin necesidad de ademes, la cabeza superior se aventaja en un barreno con respecto a la cabeza inferior. Si la roca está muy quebrada, la cabeza superior puede aventajarse mucho con respecto a la terraza y puede utilizarse ésta para apoyar los ademes del domo. El desarrollo de la plataforma de taladros ha reducido el empleo del método de terrazas para la perforación de túneles.

Método de derivadores:Al perforar un túnel grande, puede ser ventajoso perforar un túnel

pequeño, llamado derivador, a través de toda o una porción de la longitud del túnel, antes de excavar todo con el taladro. Los derivadores, pueden clasificarse como centrales, laterales, inferiores o superiores, dependiendo de su posición con respecto al taladro principal.

La figura muestra la posición de cada uno de los tipos de derivadores:

El empleo del método de los derivadores para la perforación de un túnel tiene ciertas ventajas y desventajas.

:: Ventajas.1. Cualquier zona de roca mala o excesiva cantidad de agua se

descubrirá antes de la perforación de todo el túnel, permitiendo así que se tomen pasos correctivos con anticipación.

2. El derivador ayudará a la ventilación del túnel durante las operaciones subsecuentes.

3. Puede reducirse la cantidad de explosivos necesarios.4. Derivadores laterales pueden facilitar la instalación de los ademes

para sostener el domo, especialmente para un túnel perforado a través de roca quebrada.

:: Desventajas.1. La perforación del taladro principal tiene que demorarse hasta que

haya terminado el derivador.2. El costo del taladro y manejo de los escombros en un derivador

pequeño será elevado debido a que la mayor parte del trabajo tiene que hacerse a mano en vez de con equipos mecánicos.

3.5 METODOS CONSTRUCTIVOS:

Los métodos constructivos se clasifican en cuatro grupos, que se describen a continuación:

1. Excavación con explosivos:Durante muchos años ha sido el método más empleado para excavar

túneles en roca de dureza media o alta, hasta el punto de que se conoció también como Método Convencional de Excavación de Avance de Túneles.

La excavación se hace en base a explosivos, su uso adecuado, en cuanto a calidad, cantidad y manejo es muy importante para el éxito de la tronadura y seguridad del personal, generalmente se usa dinamita.

La excavación mediante explosivo se compone de las siguientes operaciones:

  Perforación Carga de explosivo Disparo de la carga Evacuación de humos y ventilación Saneo de los hastiales y bóveda Carga y transporte de escombro Replanteo de la nueva tronadura

2. Excavaciones mecánicas con Máquina:Se consideran en este grupo las excavaciones que se avanzan con

maquinas rozadoras; con excavadoras, generalmente hidráulica – brazo con martillo pesado o con cuchara, sea de tipo frontal o retro-; con tractores y cargadoras (destrozas) e, incluso, con herramientas de mano, generalmente hidráulicas o eléctricas.

3. Excavación mecánica con máquinas integrales no presurizadas:Esta excavación se realiza a sección completa empleando las máquinas

integrales de primera generación o no presurizadas. Otro rasgo común es que, en general, la sección de excavación es circular.

4. Excavación mecánica con máquinas integrales presurizadas:La baja competencia del terreno suele asociarse a casos de alta

inestabilidad y presencia de niveles freáticos a cota superior a la del túnel la primera solución aplicada a los escudos mecanizados abiertos para trabajar en estas condiciones fue la presurización total del Túnel.

3.6 PERFORACIÓN EN ROCA:

Al perforar un túnel a través de roca, es necesario taladrar agujeros para colocar los explosivos que romperán la roca. Con frecuencia se utiliza agua en vez de aire comprimido para sacar detritos de los barrenos, como un medio para reducir la cantidad de polvo en el aire.

Para cualquier obra en particular, deberá determinarse en forma experimental la mejor profundidad y espaciamiento de los barrenos en cada cara del túnel. La profundidad de los agujeros variará con la forma y el tamaño del túnel, con la clase de roca y con el equipo de taladrar que se utilice. La profundidad que se avance durante una operación de perforación y detonación se llama etapa. Esta distancia con frecuencia varia entre 5 y 20 ft. Será necesario taladrar los agujeros a mayor profundidad que avance, debido a la pérdida en profundidad que resulta al hacer la detonación de los explosivos. Por ejemplo, puede ser necesario taladrar agujeros de 14 ft de profundidad para sacar 12 ft siendo este último valor la profundidad efectiva por barreno.

TECNICAS DE PERFORACION:

La construcción de túneles tiene diferentes y variadas formas de hacerse:

Por cambios bruscos en temperatura: este es el sistema más clásico de todos, consiste en hacer una hoguera en el frente del túnel para calentar la roca, mas tarde se le aplica agua fría lo que producirá un resquebrajamiento y posibilitará una fácil remoción.

Por perforación y voladura: La perforación en este caso se hace por medio de la colocación de tacos de dinamita para luego volar la roca y perforar de

este modo, luego de la voladura se debe sacar el humo y todos los agentes que puedan causar contaminación por medio de extractores, se comienza a sacar el material volado, se acondiciona luego con todos los servicios y hasta que no se termine este ciclo, no se puede comenzar con el otro.

Perforación completa: Se hacen con unas máquinas especiales, sólo se pueden hacer perforaciones circulares, la superficie que es excavada quedará casi completamente lista para empezar a funcionar lo que evitará las sobre excavaciones, además el material excavado se lleva a la parte posterior de la máquina por medio de bandas transportadoras manejando de ese modo una eficiencia máxima.

Con rozadoras: Es un brazo hidráulico articulado con dos ruedas que poseen elementos abrasivos, este brazo se puede mover tanto horizontal como verticalmente.

Ciclos de excavacion de tuneles:

1) Luego de que los topografos fijen el eje del tunel se marcan las posiciones de los taladros y se perforan.

2) Se reliza la carga de los taladros con explosivos.

3) Se dispara.

4) Se ventila el frente de trabajo para diluir los gases producto de la voladura.

5) Se realiza el desatado (desquinche) de las rocas sueltas y el refuerzo ( si fuese necesario) del techo de la excavacion.

6) Se extraen los detritos (roca fragmentada).

7) Se aplica alguna tecnica de sostenimiento ( solo si fuese necesario).

3.7 MONTAJE DE TALADROS PARA TÚNELES PEQUEÑOS:

Montajes de taladros para túneles pequeños. Los taladros utilizados en túneles pequeños y en derivadores, por lo general están montados sobre barras o columnas, que se hacen con secciones de tubo de acero, equipados con un gato de tornillo en uno o en los dos extremos. Las barras se instalan horizontalmente

en el túnel en donde el ancho sea menor que la altura, mientras que las columnas se instalan verticalmente en un túnel cuya altura sea menor que el ancho.

La instalación consiste en la colocación de la barra o columna en posición y en la extensión del gato hasta que la barra o columna esté acuñada con seguridad en su posición. En la siguiente figura se ilustra el empleo de las barras y de las columnas.

IV. SELECCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO:

Depende fundamentalmente a 3 factores:

Geología

Topografía

Arquitectura hidráulica

La geología se convierte en un factor determinante, se debe ubicar el túnel en una roca de alta calidad, no importa que se tenga que profundizar un poco más, ya que los costos de excavación se verán recompensados por el dinero y esfuerzo que se ahorrará en revestimiento.

Otro aspecto importante será la ubicación de la entrada y de salida del túnel ya que deben quedar en una zona de alta confiabilidad, si el túnel trabajara como canal se pueden dejar a la entrada que las filtraciones hagan parte del caudal que este llevará; por el contrario si trabajara a presión, se debe evitar al máximo cualquier tipo de filtraciones, es de suponer que a medida que se profundiza el túnel se comiencen a encontrar mejores zonas en el macizo (roca madre), además a la hora de empezar a construir el túnel se debe desviar el agua por medio de una ataguía ya que si llegara una creciente podría afectar parcial o totalmente la construcción, además de representar una gran pérdida económica.

Como se dijo anteriormente el túnel podrá trabajar como túnel o como conducto, cuando este trabaja como conducto se deben tener en cuenta las siguientes posibles soluciones:

La primera contempla la posibilidad que el túnel este por debajo de una altura mayor a 3 veces el diámetro, además es importante a notar que el techo del túnel debe tener una altura considerable para evitar cualquier tipo de accidente, ya sea por presiones tanto internas como externas.

La segunda habla de tener una parte, generalmente la inicial, trabajando como conducto con sus revestimientos necesarios y la segunda parte como túnel teniendo en cuenta la primera recomendación

 

Al trazar el túnel se deben tener en cuenta algunos factores tales como:Zonas de antiguos derrumbes, esto me generaría una falsa impresión sobre el espesor real del macizo firme, lo mismo ocurriría con cauces secundarios, valles rellenados y fallas geológicas ya que allí se encuentra una gran zona de roca triturada que lo único que me generará será crear un espesor mayor en el diámetro además de un tratamiento especial en cuanto al cálculo estructural de túnel.

V. ESTIMACIÓN DE CARGAS:

De acuerdo con unos apiques iniciales se puede saber el perfil y el estado del macizo que se tiene en la zona que se verá afectada por el túnel, con estos apiques se pueden estimar unas cargas y tener un tipo de revestimiento para cada perfil y al comenzar a excavar se sabrá que tipo de sección es y que revestimiento le corresponderá.

Se hace también uso del estudio geosísmico, este estudio se hace por medio de explosiones y reflejos de la onda de explosión dándose cuenta del efecto que se tendrá en el macizo y que altura tendrá el tipo del macizo necesario a la hora de construcción, la zona afectada se llamará zona descomprimida, al evaluar estas zonas podré ubicar diferentes tipos de cámara para diferentes usos, como cuarto de máquinas, de aireación, etc.

Las cargas que me van a afectar el diseño son básicamente; las producidas por la roca, las producidas por las fuerzas hidraúlicas interiores y las fuerzas producidas por las hidrostáticas externas; es de alta importancia saber que en donde se crea existirá un mayor esfuerzo sobre el túnel a la hora de hacer el revestimiento se debe pensar en un determinado tipo de blindaje, para asegurar así el cumplimiento y la seguridad en el túnel.

VI. CARGA Y DETONACIÓN DE LOS AGUJEROS:

Puesto que la dinamita es un explosivo satisfactorio en algunos aspectos, los gases nocivos que producen lo hacen menos convenientes que otros explosivos en la construcción de túneles, en donde la ventilación puede llegar a ser uno de los principales problemas.

Los explosivos pueden hacerse detonar con electricidad, utilizando detonantes instantáneos o de acción retardada, o con cañuela Primacord. Deben hacerse detonar primeros los agujeros del corte o conos central para formal el cráter, después los agujeros intermedios, y finalmente los agujeros exteriores que formarán el contorno del túnel.

Todos los equipos deben retirase a una distancia segura antes de hacer detonar una carga de explosivos.

VII. VENTILACION DE TÚNELES:

Es necesario ventilar un túnel por varias razones, incluyendo las siguientes:

Para proporcionarles aire fresco a los obreros. Para sacar gases nocivos, así como los vapores producidos por los

explosivos. Para sacar el polvo producido por el taladro, detonación, escombrado, y

otras operaciones.

Si se perfora un derivador a través de un túnel de portal a portal, puede proporcional la suficiente ventilación natural para las operaciones de ensanchamiento. Cuando no es adecuada la ventilación natural, como es el caso en la mayoría de los túneles, puede utilizarse un método positivo de ventilación.

La ventilación mecánica por lo general se suministra por medio de uno o más abanicos impulsados con motores eléctricos, que pueden inyectarles aire fresco al túnel o sacar el polvo y el aire viciado.

Si se inyecta aire fresco en el túnel, puede inyectarse por medio de un tubo ligero o por medio de un ducto de tela. Si se saca aire, es necesario emplear un ducto lo suficientemente rígido para evitar su colapso bajo la acción de un vació parcial. Muchas instalaciones están diseñadas para permitir la operación del sistema de ventilación por inyección o por extracción. El regreso del flujo puede llevarse a cabo por medio de un arreglo de ducto y válvula.

Si se inyecta aire fresco a un túnel se deja escapar cerca del frente de trabajo, y a medida que fluye a través del túnel hasta el portal, acarrea con él el polvo y los gases.

Si se utiliza el método de extracción, el aire viciado y el polvo son absorbidos al ducto cerca del frente de un trabajo, ocasionando así que haya un flujo de aire fresco hacía adentro del túnel por el portal. Este método tiene la ventaja de sacar más rápidamente el aire objecionable de los espacios ocupados por los obreros.

Volumen de aire requerido para la ventilación.-El volumen de aire requerido para la ventilación de un túnel variará con el

número de obreros, con la frecuencia de las detonaciones de las cargas de explosivos, con el método para controlar el polvo, y con la cantidad de máquinas que consuman aire comprimidos, si las hay.

A cada uno de los obreros debe de suministrársele de 200 a 500 cfm. de aire fresco. El aire comprimido que se les proporciona a los taladros no debe incluirse en el cálculo del volumen de aire requerido en una obra, ya que este aire está contaminado con aceite y polvo aún antes de suministrarse a alas operaciones de taladrado.

La detonación de los explosivos para romper la roca, llena el espacio cercano al frente de trabajo del túnel con gases y polvo y esto ocasiona que el aire sea

imposible de respirar. Este aire viciado debe de sacarse y reemplazarse con aire fresco antes de que los obreros puedan comenzar a sacar los escombros.

El ciclo de operaciones puede organizarse para que los obreros se retiren a una distancia segura antes de hacer detonar los explosivos, dedicando el tiempo que se tarde en desalojar los gases y el polvo a la hora de la comida. Si se ha programado un tiempo de comida de 30 minutos, la capacidad del equipo de ventilación deberá de ser suficiente para limpiar el túnel durante ese periodo de tiempo.

VIII. ESCOMBRADO:

El escombrado a mano está limitado a túneles pequeños y derivadores que no son lo suficientemente grandes para justificar o permitir el empleo de escombradotes mecánicos.

En los grandes túneles se han utilizado palas mecánicas especiales con aguilones cortos. Si la ventilación no es un problema serio, puede emplearse una unidad con motor de gasolina o diesel. Si son objecionables los gases de escape, puede emplearse una unidad con motor eléctrico.

La figura ilustra una pala mecánica de aguilón corto y motor eléctrico, cargando un camión.

ACARREO DE ESCOMBRO:

El escombro se saca de los túneles por medio de vagonetas de vía angosta, tirados por locomotoras o en camiones.

Antiguamente el escombro se sacaba de los túneles en pequeños carritos sobre rieles tirados por hombre o acémilas. Estos pequeños carritos han sido reemplazados por carros más grandes tirados por locomotoras eléctricas. En la actualidad, también han aumentado mucho el número de camiones que se utilizan para sacar el escombro de los túneles.

Vagones para escombros.-Se utilizan varios tipos y tamaños de vagones para sacar el escombro de los

túneles. La capacidad puede expresarse en pies o yardas cúbicas.

En general, el mayor tamaño que pueda emplearse en un túnel será el más económico, ya que los vagones grandes reducen el tiempo que se pierde en cambiar de vagón en las operaciones de carga.

Los vagones comúnmente utilizados se construyen con lados articulados en la parte superior, y con cerrojos en la parte inferior para facilitar la descarga.

IX. ADEMES:

Cuando se perfora un túnel, puede ser necesario ademar el terreno adyacente al túnel hasta que pueda instalarse una capa de concreto en forma permanente. Los ademes provisionales deben ser lo suficientemente fuertes para resistir las presiones transmitidas a ellos por el terreno. Estas presiones son ocasionadas por masas rocosas con fallas, fracturadas, o con pliegues o por el abundamiento de la tierra que rodea el túnel después de haber sacado el material del mismo.

La operación que consiste en colocar los soportes en un túnel para resistir el movimiento de tierra se denomina ademado. El tipo y extensión del ademado se determina en gran parte a partir de la clase y condición física de la tierra que se va a soportar. En los primeros años de la construcción de túneles se utilizaron grandes maderos para el ademado, pero en años recientes la madera ha sido sustituida por vigas H de acero.

Las ventajas de las secciones de acero sobre la madera incluyen las siguientes:

Debido a que se utilizan más pequeños es posible reducir el tamaño de la perforación del túnel.

Pueden instalarse más rápida y económicamente que la madera. Suplementan al acero de refuerzo en la capa de concreto. Sus dimensiones más pequeñas pueden permitir el uso de capa de

concretos más delgadas.

X. CONTROL DE AGUA:

Al perforar un túnel el control del agua consistirá en una o dos operaciones que son:

Evitar la entrada al túnel de cantidades excesivas de agua. Remoción del agua que penetra.

La mayor parte del agua que se encuentra en los túneles provienen de dos fuentes:

La utilizada para sacar de los detritos de sondeo en los agujeros taladrados, puede estimarse con una precisión razonable.

La que fluye del terreno a través del cual se está perforando el túnel, está sujeta a grandes variaciones; por ejemplo la detonación de una carga de explosivos puede abrir fisuras en un depósito de agua freática, permitiéndole así la entrada al túnel a una cantidad de agua inesperadamente grande.

Es una buena práctica el taladrar agujeros de exploración adelante y a mayor profundidad de los que se taladran para los explosivos a fin de determinar la existencia de roca muy quebrada o de agua freática. Si los agujeros de exploración indican que existe esta condición es posible taponar los grandes flujos de agua y solidificar la formación antes de adelantar el túnel hasta la zona defectuosa.

Existen muchos tipos y tamaños de bomba para sacar el agua de los túneles, los dos tipos más utilizados, son la bomba centrífuga neumática y la bomba centrífuga de motor eléctrica, las dos son unidades compactas, con altas capacidades que pueden operar satisfactoriamente con diferentes alturas piezométricas.

El agua que se acumula cerca del frente del trabajo del túnel se recolecta en sumidero. Esta agua se recoge con una bomba centrífuga neumática y se bombea hasta otros sumideros localizado cerca del portal en donde puede asentarse la mayor parte de la materia sólida, para bombearse de ahí sacándolo del túnel por medio de bombas centrífugas de motor eléctrico instaladas de formas semi-permanente.

Una bomba neumática es satisfactoria para usarse bajo las condiciones adversas que usualmente prevalecen cerca del frente de trabajo, pero por lo general es preferible una bomba con motor eléctrico en las operaciones de bombeo principal. Un control eléctrico accionado por medio de un flotador colocado en el sumidero hará que el bombeo se efectué en forma prácticamente automática.

Debido a la posibilidad de encontrar flujos de agua excesivos en el túnel, es recomendable tener listas varias bombas de reserva, que puedan ponerse en operaciones rápidamente.

XI. REVESTIMIENTO:

El diseño del revestimiento además de tener en cuenta todas las cargas que actuarán sobre el túnel debe contar con la más mínima posibilidad de pérdidas, deberá proporcionar el sostenimiento necesario y la impermeabilización en todos los casos. Excepto en suelos muy duro, o compactos, se utilizan revestimientos segmentales de anillo. Puede ser de hierro colado, acero o concreto prefabricado.

Se traen los segmentos en las vagonetas y se depositan al alcance del brazo erector.

Secuencia.-Si se perfora un túnel a través de roca sólida, o si los soportes evitaran

movimientos objecionables de la roca hasta que se haya perforado todo el túnel, es convenientemente demorar la construcción del revestido, hasta que se haya terminado la excavación. Si se sigue este plan de construcción no se estorbaran las operaciones d escombrado y revestido, y será posible lograr una mayor eficiencia o imposible restringir sus movimientos, será necesario instalar el

revestimiento tan rápidamente como sea posible, después de dinamitar y escombrar cada tronada.

La secuencia de instalación del revestimiento alrededor del perímetro de un túnel, dependerá de varios factores, como se ilustra en la figura, pueden seleccionarse cualesquiera de las diferentes secuencias que se indican.

Los números 1, 2, y 3 indican la secuencia de colocación de las secciones del revestimiento.

El plan a muestra la colocación de todo en una sola operación. Este método se limita solamente a los túneles circulares que se cuelan en secciones relativamente cortas. La parte superior de la cimbra debe estar rígidamente acuñada para evitar que flote hacia el domo del túnel.

El plan b proporciona una base rígida sobre la que pueden apoyarse las cimbras para las paredes y el domo. Si se adopta este plan, la construcción debe de iniciarse en el punto más distante y proceder hacia el portal, para eliminar la necesidad de acarreo de materiales sobre el concreto, antes de que éste se haya fraguado lo siguiente.

El plan c esta limitado a los grandes túneles en donde es aconsejable separar los colados en las secciones indicadas.

El plan d ofrece varias ventajas. Las dos curvas pueden instalarse en los lados de un túnel sin interferir con los rieles de acarreo, localizados cera del centro del túnel. Estas vías no tienen que quitarse. Una vez que se han curado lo suficiente las curvas, pueden utilizarse para soportar rieles de vía ancha sobre los que pueden viajar las plataformas de las cimbras principales. También, pueden utilizarse como guiaza, soportes y anclas para las cimbras de la parte inferior de las paredes. Una vez que se han completado las curvas, paredes y domo, pueden irse quitando los rieles originales que se utilizaron para el acarreo de escombros, ademes, concreto, etc., antes de colocar el piso. Así, no necesitan reemplazarse estos rieles, como será necesario si se colocara el piso primero.

El plan e se emplea en la colocación del revestimiento en túneles grandes. Pueden colocarse primero ya sea las paredes o el piso.

El plan f, se coloca todo el piso del túnel; después las paredes y el domo en una sola operación. La principal objeción a este método o que tienen que sacarse los rieles de acarreo antes de colocar el piso y colocarse después sobre el piso si es que se van a utilizar para acarrear concreto y otros y materiales para la colocación de la paredes y el domo.

Tipos de cimbra

Cimbras de ladrillo: Cuando trata de arcos de ladrillo para la formación de puertas, ventanas, etc. las cimbras se pueden hacer de ladrillo. A tal fin se utiliza una tabla de la misma

longitud que la luz del arco. Dicha tabla se introduce entre las paredes o pilares que sirven de estribo y se apuntala con un virotillo.

Cimbras de madera: Son la mas corrientemente utilizadas. Pueden ser mas o menos utilizadas,

según las dimensiones del arco o la bóveda, la forma que estas presentan y la carga que hayan de soportar.

Por lo general, las cimbras de madera se componen de dos o más cuchillos, unidos entre sí por medio de correas y un entablado.

Cimbras especiales. Pueden quedar comprendidas dentro este grupo aquellas cimbras que se

ejecutan para colar formas que se aportan por completo de las anteriores descritas, tales como arcos, bóvedas y superficies cuyas diversas características. Para muchas de ellas el trabajo de moldeado es probablemente mas importante que el trabajo de colocado y el proyecto de las mismas debe hacerse estudiando perfectamente todos los detalles.

En general tiene un costo sumamente elevado, dado que se necesita usar verdaderos carpinteros

Cimbras rodantes. Cuando tiene que efectuarse en una obra el colado de una serie de

elementos iguales, tanto como en sección como en longitudinales, se utilizan comúnmente las cimbras de tipo rodante. La cimbra rodante es muy útil en la ejecución de una serie de trabajo durante la construcción de obras de entre ejes iguales y a otro caso especial amerite el estudio, proyecto y ejecución de este tipo de cimbras. En todos ellos en lugares de cimbras toda la superficies de cubrir se construye el modo de una sección solamente, la cual es montada sobre camiones, carros o estructuras horizontales, formadas generalmente por vigas y polines que quedan apoyadas en tubos o ruedas, permitiendo así deslizarse y colocarla en el claro siguiente y siguiendo este sistema de juegos de cuñas o cualquier otro dispositivo similar de colocar el molde en su posición definitiva antes de efectuar el colado una vez hecho el cual se retira, permitiendo de la superficie interior es pasada al claro siguiente para proseguir en esta forma al colado de la superficie.

Cimbras deslizantes. Las cimbras tienen su mejor exponente en la cimbra utilizada para la

construcción de chimeneas para lo cual se habilita un juego completo de cimbras de aproximadamente 1.5m de altura para todo el perímetro se efectúa el colado continuo sostenido y elevando la cimbra por medios gatos de tornillos ya sea manulares o eléctricos los cuales se apoyan barras de acero duro empotrados en la cimentación y queda unidos en la cimbra por medio de puentes convenientemente colados.

Esta cimbra adapta una sección triangular truncadas, siendo mas ancha en su parte inferior con objeto de evitar que se pague al colado.

Cimbras:Formas de concreto/cimbras para almacenaje

Pernos auto soldables de diseño especial, o tornillos embobinados para remache, simplifican el diseño, reducen los costos y proporcionan la resistencia necesaria al fijar moldes de concreto a plataformas de carga, a viguetas, a elementos de acero a prueba de fuego y a paredes para túneles. Esto reducen el uso de la amplia variedad de clips, grapas, flejes y demás accesorios de soporte, normalmente requeridos en existencia, para sujetar formas o moldes de concreto con los procedimientos convencionales. También facilitan el correcto alineamiento y separación de las formas de concreto.

Cimbras para el revestimiento de concreto

Las cimbras utilizadas para forrar los túneles son, con pocas excepciones, del tipo móvil construidas de placas de acero o de una combinación de acero y madera. Aún cuando el costo inicial de las cimbras de acero será mayor que el de las cimbras de madera, los usos adicionales obtenidos con el acero en comparación con la madera, junto con el ahorro que se tiene en el tiempo y en la mano de obra que se requiere para mover y colocar las cimbras de acero, hará que las cimbras de acero resulten más baratas que las de maderas para todas los túneles excepto, aquellos que sean demasiado cortos.

La cimbra de tipo móvil se construye con miembros de acero, forrado con placas de acero o con madera, para dar una superficie que se conforme a la superficie interior de la porción del túnel para la que se utilice.

Así, puede utilizarse una cimbra para la construcción del piso, de las paredes laterales, del domo, o de una combinación de los interiores. Cada una de las cimbras esta montada sobre un andamio móvil o plataforma, que a su vez está montado sobre las ruedas que le permiten moverse sobre rieles.

Estas plataformas están equipadas con gatos ajustables que permiten la expansión de la forma hasta colocarlas en su posición para colar el concreto, aflojándola después para alejarla del concreto de manera que pueda moverse hasta una nueva posición.

Revestido de túneles por el método Pumcrete.-

El método más común para colocar el revestido del concreto de un túnel, es por medio de la máquina Pumcrete. La máquina incluye un agitador, o tolva de remezclado, una bomba de uno o dos pistones y un tubo de descarga a través del cual se bombea el concreto a las cimbras. El concreto que ha sido mezclado por cualquier método conveniente se alimenta a la tolva de remezclado. Esta tolva que

sirve para almacenamiento delante de la bomba, está equipada con un agitador para asegurar que fluya a la bomba un concreto de calidad uniforme.

La bomba, que puede consistir en uno o dos cilindros horizontales, cada uno con un pistón de simple acción, está situada de la tolva de remezclado. Cuando se halla hacía atrás el pistón en uno de los cilindros, el concreto fluirá por gravedad de la tolva de remezclado a través de una abertura controlado por medio de una válvula al cilindro.

Cuando se empuja al pistón hacía adelante para eyectar el concreto del cilindro, se cierra la válvula de entrada y se abre una válvula de salida por medio de un sistema de palancas mecánicamente accionadas y el concreto se inyecta a través de toda la longitud del tubo de descarga a la cimbra.

Las máquinas Pumcrete se encuentran en capacidades que varían de 10 a 60 yd cu de concreto por hr. Las máquinas pueden obtener su fuerza a través de un motor de gasolina o eléctrico.

Una máquina Pumcrete puede colocarse afuera de un túnel, cerca de un tiro vertical que proporciona un pasaje para entrar al túnel. Cuando se utiliza una instalación de este tipo, se tiende un tubo y se bombea el concreto a las cimbras. Como la máxima distancia horizontal que puede bombearse el concreto es como de unos 1,000 ft, será necesario, al revestir a distancia mayores de 1,000 ft a partir del portal, ya sea meter la máquina Pumcrete adentro del túnel o utilizar más de una máquina; la máquina que está afuera del túnel bobea el concreto a la tolva de remezclado de una máquina colocada dentro del túnel.

En la siguiente figura se ilustra un método para proveer un acceso al túnel instalando un tubo o de caída desde un Pumcrete localizado en la superficie del terreno, arriba del túnel. El tubo de caída puede instalarse en un agujero taladrado o en un tiro.

Colocación del forro o Revestimiento del concreto

Las paredes de concreto pueden colocarse dirigiendo el flujo de concreto del tubo Pumcrete a través de abertura provisionales practicada en la cimbra. Tan pronto como se haya colocado las paredes hasta la altura deseada, el tubo de descarga puede conectarse a un tubo arqueado, que se encuentre ya instalado por encima de la parte superior de la cimbra.

El tubo arqueado se extiende por lo general hasta unos cuantos pies de distancia del extremo opuesto de la cimbra. A mediada que el concreto llena el espacio detrás y arriba de la cimbra, se va sacando el tubo arqueado hasta se haya llenado el espacio.

Otro método alternativo consiste en colocar todo el concreto a través del tubo arqueado, dejando que el concreto para las paredes laterales fluyan hacía abajo por la parte posterior de la cimbras. Debe ejercerse un especial cuidado para

mantener la profundidad del concreto en cada una de las paredes laterales casi al mismo nivel para eliminar fuerza no equilibradas sobre las cimbras.

La inyección de una cantidad de aire comprimido al tubo arqueado a través de una válvula de cierre rápido se denomina retaque neumático. El retacador se opera a intervalos abriendo la válvula neumática y permitiendo el flujo de un gran volumen de aire comprimido al tubo arqueado. Esto tiene el efecto de eyectar el concreto con la suficiente velocidad para alejarlo del extremo de descarga del tubo hasta los espacios más remotos. Par que la acción de retaque sea efectiva, debe inyectarse cuando menos de 75 a 150 ft cu de aire libre a 100 psi a través de una conexión de 1 ½ a 2 pulgadas. Generalmente el aire se inyecta de 20 a 60 ft detrás del extremo de descarga del tubo. A medida que se llena de concreto el espacio detrás de un juego de formas, puede continuarse la operación de la bomba par ejercer una considerable presión entre las formas y el terreno. Esta presión es posible si los extremos de la forma están fuertemente calafateados para evitar el escape de concreto. Esta presión obliga al concreto a entrar a todos los espacios vacíos y produce un colado más sólido.

El concreto debe de vibrarse a medida que se coloca para eliminar la formación de vacíos y el apanalamiento. Puede utilizarse vibradores internos en las paredes laterales si es posible un acceso al concreto como por ejemplo, por medio de puertas en las paredes de la cimbra. Si no puede practicarse un vibrado interno, deben de usarse vibradores en las cimbras.

Si el túnel es lo suficientemente grande, puede ser necesario colocar la máquina Pumcrete sobre rieles adentro del túnel, cerca del lugar en donde se estén llevando a cabo las operaciones de colado

Revestido de túneles con equipo neumático

Cuando un túnel es tan pequeño que no puede introducirse la máquina Pumcrete y tan largo que no puede bombearse el concreto a través de un tubo, pueden emplearse equipos neumáticos para colocar el concreto.

La colocación neumática del concreto para revestir un túnel, implica el empleo de aire comprimido para forzar al concreto a salir de una tolva hermética a través de un tubo de descarga. El concreto se mezcla afuera del túnel, se carga en vagones, y se acarrea por medio de una locomotora hasta el equipo de colocación. El concreto se mezcla afuera del túnel, se carga en vagones, y se acarrea por medio de una locomotora hasta el equipo de colocación. El concreto se vacía de los vagones al colocador neumático o tolva, se cierra herméticamente la puerta de carga, y se inyecta aire comprimido a la tolva para obligar al concreto a salir por el tubo de descarga hacia las formas. Como el tubo de descarga está colocado generalmente arriba de la cimbra, es necesario proporcionar soportes para el tubo cuya altura pueda ajustarse.

Unos compresores de aires, situados afuera del túnel, suministran aire comprimido a través de un tubo a un receptor situado cerca de la tolva. El objeto del receptor de aire comprimido es el de proporcionar un suministro adecuado de aire comprimido durante la operación de colocación. Todo el equipo que se use adentro del túnel deberá de estar montado sobre ruedas para permitir su fácil movimiento a lo largo de los rieles.

Una modificación del colocador neumático descrito en el párrafo anterior está montado sobre ruedas y se utiliza como vagón para transportar el concreto de la revolvedora. La tolva de los vagones tiene una gran puerta en la parte superior, que puede sellarse par hacerla hermética. Varios de estos vagones, cargados de concreto, son empujados por una pequeña locomotora hasta la sección del túnel que se va a colar. El vagón delantero está conectado al tubo de descarga; después se inyecta aire comprimido para lograr al concreto a salir por el tubo de descarga. Esta operación se repite hasta que se hayan vaciado todos los vagones.

Cuando se coloca concreto por el método neumático, debe tenerse cuidado en mantener baja la velocidad del concreto, hasta que el extremo de descarga del tubo esté sumergido en el concreto. Si no se observa esta precaución el concreto que salga del tubo estará segregado, cada tolva neumática debe estar equipada con una válvula para regular la entrada del flujo de aire.

Revestido con shotcrete.-Shotcrete (concreto lanzado), como un sistema fundamental en la construcción

de túneles. Los avances logrados en equipos, materiales y conocimientos, lo han convertido en una herramienta importante para una gran variedad de trabajos.

La aplicación del shotcrete se utiliza principalmente para la estabilidad de túneles y en otras construcciones subterráneas. Hoy en día, esta técnica es un factor clave para el soporte de rocas y en aplicaciones tales como:

Operaciones mineras Hidroeléctrica Estabilización de taludes

Este material ofrece la posibilidad de una gran variedad de aplicaciones, entre ellas:

Recubrimiento de canales Reconstrucciones y reparaciones Pantallas marinas Concreto refractario Protección contra incendio y anticorrosiva Construcciones nuevas Mayor área útil.

Agricultura (Pozos de estiércol)

Mampostería y estabilización de muros de ladrillo

El Shotcrete por vía húmeda es el método de construcción del futuro, debido a sus características de: homogeneidad, flexibilidad, limpieza, seguridad, rapidez y economía.

:: Ventajas:

Rebote mucho menor, perdidas entre 5 y 10%, incluso para el caso de concreto reforzado con fibras

Mejor ambiente de trabajo, debido a la reducción de polvo.

Capas mas gruesas gracias al uso eficiente de los materiales de mezcla.

Dosificación controlada del agua (relación w/c constante y definida).

Mejor adherencia

Mayor resistencia a la compresión, y uniformidad de resultados.

Producción superior y por tanto mayor economía.

Uso de fibras metálicas y nuevos aditivos.

:: Recomendaciones

Utilice su protección respiratoria ya que el concreto puede contener partículas de cuarzo del hormigón.

Evite el contacto con los aceleradores ya que estos contienen componentes cáusticos.

Tenga mucho cuidado con la mezcla en seco con cal blanca o cal hidráulica, ya que estos aglomerantes pueden causar quemaduras.

Evite lanzarlo a distancias muy cortas o muy largas pues el concreto no logrará adherirse correctamente a las paredes.

Verifique periódicamente la calidad del shotcrete.

:: Resumen del método por vía húmeda

El método por vía húmeda es aquel, en que las mezclas transportadas contiene ya el agua necesaria para la hidratación, ofreciendo un mejor ambiente de trabajo, mayor calidad, uniformidad y producción. Las nuevas generaciones de Shotcrete incluyen aditivos como: (Delvo®crete, MEYCO®TCC, curador interno de concreto, microsílice) y materiales de refuerzo como fibras metálicas (Dramix).

Con la proyección Robotizada de superficies suficientemente grandes por vía húmeda, es posible lograr (con un operario) una producción promedio de 60-100 m3 con rebote inferior al 10% en un turno de trabajo de 8 horas.

Al comparar los métodos por vía seca y húmeda, se puede concluir que el primero debe ser utilizado para aplicaciones de volúmenes pequeños (por ejemplo reparaciones) y en condiciones muy especiales (distancias largas, interrupciones repetidas, etc.), mientras que el método por vía húmeda debe utilizarse en todo trabajo de soporte de rocas.

XII. ASPECTOS IMPORTANTES ACERCA DE PERNOSHELICOIDALES PARA SOSTENIMIENTO DE TERRENOS

1. Empernado de RocaEl empernado es un procedimiento constructivo que impide, atenúa o

neutraliza el fenómeno de descompresión de la roca en torno al túnel o excavación, evitando así la caída de rocas. La acción de los pernos debidamente situados en la periferia de la excavación normalmente se emplea para consolidar los techos, aprovechando la resistencia natural que ofrece el arco. La fuerza con la que se tensiona la barra del perno sujeta la capa formando un bloque. También los estratos de roca débil pueden suspenderse por medio de pernos en materiales más resistentes, o varios planos estratificados pueden empernarse formando una especie de grampa.En función de la estratificación de la roca, el refuerzo de los estratos por empernado del techo se puede ejecutar de las siguientes maneras:

2. Empernado en el techo de una excavación

3. Tipos de PernosExisten básicamente 2 tipos de pernos de fortificación (también llamados

pernos de roca).Los pernos de roca pueden ser de dos tipos: por adhesión o por fricción.

Un perno de roca embebido en resina resiste los esfuerzos del tensionamiento de la barra por la adhesión o "pegado" de la resina con la roca y la barra de acero. En lugar de cartuchos de resina también se pueden usar cartuchos de cemento (CEMBOLT) o cemento inyectado en la perforación mediante bombas manuales. La barra de acero utilizada puede ser una barra corrugada maquinada o una barra helicoidal.

El perno de roca por fricción resiste las cargas de tensionamiento por fuerzas friccionantes al contacto entre la roca y el perno. Por lo tanto no se usa ningún tipo de adherente. En este caso, los pernos comúnmente utilizados son los famosos Swellex y el Split Set.

La ventaja del perno por adhesión con relación al perno por fricción es que el primero puede desarrollar cargas hasta de 25 ton como mínimo (para

barras de diámetro de 22mm) o cargas de hasta 32 ton como mínimo (para barras de diámetro de 25mm). En cambio, los pernos por fricción solo pueden soportar cargas entre 6-8 ton.

Por esta razón, los pernos por adhesión generalmente son usados como sostenimiento permanente (galerías y rampas en minas de uso prolongado y en túneles para trasvases de agua o en centrales hidroeléctricas sometidos a caudales de alta presión).

Los pernos por fricción generalmente son usados en excavaciones de uso temporal como es el caso de túneles secundarios en minas de corta duración o donde la roca es muy buena y el requerimiento de soporte es mínimo.

4. Tipos de RocaLa presente es una clasificación práctica de los diferentes tipos de roca

que se pueden presentar:

- Tipo 1. Roca estable poco fracturada.Pernos aislados donde lo requiera el terreno.

- Tipo 2. Roca algo fracturada.Concreto rociado, pernos, mallas, sostenimiento sistemático en bóveda, y cuando lo requiera concreto rociado en las paredes.

- Tipo 3. Roca friable o muy friable.Sostenimiento sistemático en bóveda y paredes. Concreto rociado, pernos y mallas.

- Tipo 4. Roca de empuje inmediato.Sostenimiento sistemático en toda la sección.Concreto rociado + pernos + mallas.

- Tipo 5. Roca de empuje inmediato fuerte o con poca o sin cohesión alguna.Sostenimiento sistemático en toda la sección en dos alternativas:

a) Concreto rociado + pernos + mallas.b) Concreto rociado + cerchas metálicas.

5. Comparación Barra Corrugada Maquinada vs. Barra Helicoidal

Si el tipo de roca exige en el sostenimiento los pernos por adhesión, la elección de la barra de acero a utilizarse se realizará entre la barra corrugada con rosca maquinada o la barra helicoidal.

Ambos tipos de barra con el mismo diámetro, pueden resistir lo mismo si están fabricadas con el mismo acero (ASTM A615 Grado 60 por ejemplo) pero en el caso de las barras corrugadas maquinadas, éstas resisten menos en el tramo maquinado por cuanto el diámetro de la barra es disminuido durante la fabricación de la rosca.

En el caso de las barras helicoidales, ésto no sucede por cuanto la rosca es parte del diseño de la barra y es elaborada por laminación en caliente durante la fabricación de la barra en la planta siderúrgica.

Por lo tanto podemos concluir que la diferencia radica en el diseño de la barra. Mientras la barra corrugada ha sido diseñada en principio para ser usada en estructuras de concreto armado, la barra helicoidal por el contrario ha sido diseñada para ser usada exclusivamente como perno de anclaje.

La barra helicoidal presenta los resaltes como corruga para favorecer la adherencia con la resina o concreto, y también cumplen la función de una rosca para permitir el deslizamiento de la tuerca a lo largo de toda la barra. La rosca de la barra helicoidal es robusta y prácticamente indestructible a diferencia de las roscas maquinadas en talleres mecánicos que no ofrecen la misma garantía que puede ofrecer una empresa siderúrgica certificada bajo Normas ISO 9002.

Para llevar a cabo el maquinado de una rosca en una barra corrugada, ésta primero es torneada a lo largo de la sección a ser roscada. Antes del torneado, las corrugas originales son primeramente eliminadas de dos maneras:

Presionándolas contra la barra obteniendo una zona endurecida y frágil.

Cepillando las corrugas reduciendo el diámetro de la barra y por lo tanto reduciendo también la carga que puede soportar la barra.

6. Tipos de Adherente

Existen 3 tipos muy conocidos de adherentes los cuales pueden ser utilizados en el anclaje de pernos. La elección final del adherente dependerá de la rapidez con la cual se quiera instalar los pernos, la calidad de la roca que se necesite sostener, y las cargas necesarias que se deban alcanzar.

El primer tipo de adherente es el concreto inyectado. Este se introduce en la perforación mediante una bomba manual. La ventaja del concreto es que proporciona al sistema de anclaje altas cargas pero demora en curar más de 20 días para alcanzar las máximas resistencias. Otra desventaja es que no se puede emplear donde hayan muchas filtraciones de agua por cuanto el curado es imposible en estas condiciones.

El segundo tipo de adherente es el concreto en cartuchos (CEMBOLT). Este se introduce en la perforación manualmente o mediante el uso de una varilla si la perforación es en bóveda. El CEMBOLT alcanza altas cargas como el cemento inyectado, cura en menos tiempo pero el costo es más alto. Lo recomendable es utilizar cartuchos CEMBOLT hasta llenar la perforación.

El tercer tipo de adherente es la resina epóxica. Se presenta también en cartuchos de poliéster los cuales contienen en su interior una resina y catalizador los cuales están separados por una barrera para impedir la interacción química. Cuando la barra de acero destruye el cartucho, ambos componentes reaccionan químicamente y el endurecimiento de la resina comienza.

La ventaja de la resina es que cura en 5 minutos pero las cargas que se obtienen son menores en comparación a las que se obtienen si se utilizan los adherentes antes mencionados. Para compensar esta situación, las barras empernadas con resina generalmente son tensionadas después del curado para incrementar las cargas de soporte. Otra ventaja de la resina es que protege el acero de la corrosión lo cual no ocurre con el concreto debido a la porosidad que este presenta.

Existen 2 tipos de cartuchos de resina:

resina rápida resina lenta.

Cuando se requiere un avance rápido de cartuchos de resina rápida y luego los pernos son tensionados. También se puede combinar luego con resina lenta para proteger la barra de la corrosión.

Cuando se emplea cemento para anclar las barras de acero, ya no es necesario tensionar las mismas puesto que las cargas que se obtienen son bien altas llegándose incluso a obtener la máxima carga que soporta el acero.

El sistema perno+cemento (o resina) tiene un límite de carga que puede soportar y viene dado por la máxima resistencia a la tracción que puede soportar el acero. Para el caso de una barra de acero ASTM A615 grado 60 y un diámetro de 22mm, la mínima carga garantizada es de 25 ton. Si durante la prueba de tracción el sistema soporta menos carga, quiere decir que falló por adherencia entre el cemento (o resina) y la roca. Si por el contrario, la máxima carga obtenida por el sistema es la que proporciona el acero, entonces la adherencia lograda habrá sido la óptima.

XIII. USOS:

1.- Construcción de túneles y cavernas de roca.

Los sistemas modernos de construcción de sostenimiento de excavaciones en roca se basan en el uso combinado de elementos tales como barras de acero (pernos de anclaje), malla metálica y shotcrete. La barra helicoidal actúa reforzando el maciso rocozo, aumentando la resistencia, o transfiriendo las cargas hacia zonas de roca estable. En caso necesario, los pernos de anclaje formados con barra helicoidal permiten construir un soporte activo, precomprimiendo al macizo rocoso y permitiendo controlar las deformaciones.

El arco de roca reforzada actúa como elemento resistente. Una adecuada distribución de las barras helicoidales y su longitud, permite controlar la redistribución de tensiones y las deformaciones de la excavación. Si es necesario efectuar correciones al diseño de sistemas de soporte, es posible complementarlo mediante la instalación de barras adicionales.

La barra helicoidal, también puede usarse para afirmar maquinarias y equipos. se puede usar para sostener bloques de roca potencialmente inestables, ya sea en el techo o en las paredes de la excavación, o para el refuerzo de esquinas e interescciones.

2.- Excavación de taludes en roca.

El uso de la barra helicoidal, permite efectuar excavaciones profundas con taludes empinados. En estos casos, los pernos de anclaje formados con barra helicoidal, permiten afirmar bloques aislados de roca, que al estar limitados por fracturas, se encuentran en peligro de caer. 

3.- Estabilización de excavaciones temporales.

Mediante el uso de barras helicoidales generalmente tensadas, se puede hacer excavaciones verticales sin necesidad de usar vigas o apuntalamiento que, además de su elevado costo, disminuyen notablemente el espacio disponible para trabajar dentro de la excavación. Este tipo de soporte se puede ir colocando a medida que progresa la excavación.

4.- Otras aplicaciones.   

Entre otros usos de las barras helicoidales, se pueden mencionar el anclaje para máquinas vibratorias y en estructuras enterradas para resistir las cargas de subpresión.

Ventajas:

- El sistema barra helicoidal es muy fácil instalar. Gracias al hilo contínuo de la barra, ésta puede cortarse en terreno a la longitud deseada sin tener que preparar

una provisión de barras de cada longitud a usar y con un hilo tarrajado en maestranza.

- El hilo de paso amplio, permite una colocación rápida de la tuerca, es fácil de limpiar y no se daña durante el transporte.

- La placa base de forma curva y con perforación central cónica, junto con la tuerca de base esférica, puede adaptarse a las irregularidades de la superficie rocosa, actuando como rótula. No es necesario construir bases de apoyo con mortero, o equivalentes, ni uasr golillas para ajustar desviaciones de la ortogonalidad entre la barra helicoidal y placa.

- El diámetro de instalación no es crítico para su instalación.

- La inyección de lechada o resina protege a la barra de la corrosión, al mismo tiempo que le asegura la adherencia permanente a la roca. Para usos habituales, en ambientes de baja agresividad, no requiere de protección adicional contra la corrosión.

- El sistema barra helicoidal, permite desarrollar un anclaje de alta resistencia en un amplio rango de calidades de roca, por lo que se puede transmitir cargas elevadas a través de la barra, incluso en estratos rocosos de calidad geotécnica regular.

Debe evitarse hacer la perforación con corona de diamantes, pues sus paredes quedan muy lisas, disminuyendo la adherencia entre la inyección y la roca.

Limpiar la perforación con aire comprimido. También se permite limpiarla con agua si se hechara resina.

Colocar los cartucho de resina o inyección de lechada. 

 En caso de perforaciones inclinadas sobre la horizontal, se debe disponer de retenes adecuados para sujetar los cartuchos de resina o lechada.

Insertar la barra. Si se usa resina en tuchos, girar la barra en los sentidos del puntero del reloj a medida que ella se inserta en la perforación, para asegurar un mezclado eficiente. Seguir las recomendaciones del fabricantereferentes al mezclado de la resina.

Cuando ha endurecido la lechada o resina , se puede colocar la placa de apoyo y la tuerca, apretándola firmemente contra la roca.

ANEXOS

Cliente: Cervecería Centro Americana S.A.Monto Contrato: $1,150,000.00Duración: Enero a Diciembre 2001CIUDAD DE GUATEMALA,GUATEMALA

TUNEL BAJO LA AVENIDA PRINCIPAL DE LA CERVECERIA CENTROAMERICANA

Antes de la ejecución de este proyecto, la avenida principal de la Cervecería Centroamericana se encontraba congestionada por el tránsito de vehículos con materia prima, montacargas, transporte de producto y visitantes.

Para evitar este problema se decidió construir un túnel en el cual se podrían colocar todas las instalaciones superficiales y así dar mayor fluidez al tránsito en superficie así como una mejor vista del conjunto.

El trabajo consistió en la construcción de un túnel de 300m de largo utilizando el método "cut and cover". Se construyeron los pilotes, luego se realizó la contención de las paredes con Soil Nailing y posteriormente se fundieron las vigas y losa de techo y piso.

Para realizar el trabajo fue necesario construir plataformas de andamios de 10 m de altura y utilizar un elevador telescópico para el lanzado y colocación de malla.

Principales cantidades de trabajo:

· 2150ml de pilotes de 0.60m y 0.80m de diámetro

· 1900m2 de soil nailing

· 7400m3 de corte, carga y acarreo de terreno

· 340m3 de concreto armado

Equipos principales:· Soilmec R-12· Perforadora Wirth BO· Compresor IR 750· Excavadora FiatAllis FX-180· Minicargador Bobcat· Bomba de Lanzado Reed

DE MAQUINARIAS:

A continuación se muestran los distintos aditamentos y sus usos más comunes.

En las figuras se muestran las excavadoras y sus aditamentos.  

Aditamento Tipo de trabajo

Frente de pala Excavación de zanjas poco profundas; en rocas disgregadas; construcción de obras hidráulicas. El nivel freático debe estar por debajo del nivel de sustentación de la máquina

Dragalina Construcción de canales y drenajes con ancho de plato mayor a 1.5 m; construcción de diques; construcción de terraplenes. Las excavaciones se realizan por debajo del nivel de sustentación de la excavadora sin importar el nivel freático.

Retroexcavadora Excavación de zanjas con taludes verticales; roca dura disgregada previamente. La excavación se realiza por debajo del nivel de sustentación de la excavadora sin importar el nivel freático.

Jaiba Excavación de zanjas en construcciones de perfil complejo y de difícil acceso para otros aditamentos. Excavación sin importar el nivel freático.

Jaiba especial (kelly)

Excavación de zanjas profundas y estrechas; construcción de pantallas contra filtraciones, muros milán o paredes en suelo.

Una grandiosa construcción ENLACE VIAL SUECIA-DINAMARCA

EL MOVIMIENTO DE TIERRASDadas las condiciones del sueldo marino y su relativamente reducida

profundidad, se optó por la solución de túnel sumergido, formato por elementos prefabricados en tierra, transportados por flotación sobre la superficie del mar y hundidos en su lugar definitivo. Para ello la primera operación fue la excavación, en el fondo del mar de una trinchera cuya profundidad permitía albergar todo elemento.

Esta operación realizó usando maquinaria especial para dragado y equipo de succión con el que pudo transportarse el desmonte para construir la isla artificial, moviendo en total 7.5 millones de metros cúbicos de suelo marino. Dos grandes equipos fueron usados para esta tarea; la draga “Chicago” con una cuchara de 21 m3 de capacidad y rendimiento diario de 2,000 a 4,000 m3, y la draga zanjadora “Castor”.

El material excavado por la “Chicago” se cargó en barcazas que se remolcaron hasta los puntos de descarga en los rellenos previstos. La “Castor” está equipada con una cabeza cortadora giratoria que afloja el suelo marino, y se usó para excavar el lecho del tunel. El material removido es absorbido y bombeado por tubería hasta el punto de descarga.

Con el material excavado no solamente se construyó la isla artificial sino que se rellenó una península artificial en Kastrup, de casi un kilometro cuadrado de área, en la que se han hecho las instalaciones de inicio del proyecto, como el portal y rampa de ingreso al tunel, y los patios de mantenimiento de ferrocarril.

Tanto en la isla como en la península artificial, los bordes fueron confinados con muros de contención con núcleo impermeable, cobertura en el lado exterior de geotextil protegida con enrocado para evitar el derrame de elementos finos, y relleno de arcilla en la parte interior.

La maquina de excavación, dragado y succión

CONCLUSIONES

Al definir la sección de un túnel, se deberá tener en cuenta el fin que se le va a dar, si es un acueducto, un viaducto, etc.

En los túneles actuales, se recomienda utilizar el acero en la entibación.

En la excavación de un túnel, prever la ruptura o desprendimiento, de rocas aparentemente sanas, en lajas, como las pizarras o pueden abombarse hacia el túnel.

La presión del agua en un túnel no revestido para conducción de agua, si el recubrimiento está fisurado o fracturado, el túnel puede reventar.

La temperatura de un túnel no tiene gran importancia a menos que este situado a más de 500 pies bajo la superficie.

Las aguas subterráneas pueden traer consigo soluciones sulfúricas que atacan al concreto, lixiviar el calcio del cemento y destruir los ácidos de caliza por una acción de intercambio de bases.

Durante la perforación de un túnel se puede encontrar gas venenoso, y también el conocido gas grisú que es explosivo, en zonas donde hay carbón y en asociación con pizarras.

.Recoger las experiencias de obras tuneleras anterior, tanto del país como del extranjero.

La perforación de un túnel puede producir daños en los edificios o estructuras próximas, particularmente el asentamiento de edificios urbanos y la posibilidad de que se sequen pozos y manantiales utilizados para suministro de agua.

Los túneles son de gran importancia para el desarrollo del país, por su aplicación en carreteras, ferrocarriles, acueductos, irrigaciones, metros subterráneos, centrales hidroeléctricos, abastecimiento de agua.

BIBLIOGRAFIA

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