TÚNELES CARRETEROS DISEÑO TÚNELES CARRETEROS DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y SUPERVISIÓN

PANORÁMA GENERALPANORÁMA GENERALM I JOSÉ FRANCISCO SUÁREZ FINOM. en I. JOSÉ FRANCISCO SUÁREZ FINO

11 – 12 de octubre

a. Según su servicio:- Minería b. Según su localización:

Clasificación de los Túneles- Minería- Carreteros- Ferroviarios

M t

- Urbanos- Bajo el agua- De montaña- Metro

- Acueductos y drenajes- Cavernas

De montaña

c. Según entorno geológico:g g g- Túneles en roca- Túneles en suelos

Túneles con frentes mixtos- Túneles con frentes mixtos

Octubre 26, 2006. AMITOS

1 L t i t T áfiETAPAS DEL PROYECTO

1. Levantamiento Topográfico2. Estudios Geológico y Geofísico3 Proyecto Geométrico3. Proyecto Geométrico4. Integración Geotécnica5 Análisis de Estabilidad de Taludes en los Tajos5. Análisis de Estabilidad de Taludes en los Tajos 6. Análisis, Definición de Fases de Excavación y Diseño de SostenimientosDiseño de Sostenimientos7. Análisis y Diseño Estructural del Revestimiento 8. Obras Complementarias9. Proyecto de Iluminación y Ventilación10. Especificaciones de Construcción11. Catálogo de Conceptos

TopografíaPROYECTOPROYECTO

Modelo Geológico

Proyecto Geométrico

EstudioG fí i

Estudio Geológico

gGeofísico

Clasificaciones

Obras de Acceso

Ensayos de laboratorio

Sondeos Geomecánicas

Modelo Geotécnicolaboratorio

PropiedadesGeomecánicas A áli i

PropiedadesGeomecánicasGeomecánicas

De los MaterialesAnálisis y

Diseño de lasExcavaciones

GeomecánicasDel Macizo

Construcción Proyecto Ejecutivo

Supervisión y Control Técnico Durante la obra

Incertidumbre

¿¡TÚNEL!?¿¡TÚNEL!?¿¡TÚNEL!?¿¡TÚNEL!?

Proyecto

Exploración

Proyecto

ExploraciónEstudios

Ingenieropreocupado

Ingenieroocupado

LA CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL SEAFRONTA SIEMPRE CON UN GRADO DEINDETERMINACIÓN DEBIDO A LASDIFICULTADAS DE INVESTIGACIÓN YRECONOCIMIENTO DEL TERRENO ANTES Y

ÓDURANTE LA EXCAVACIÓN. POR ELLO ESIMPRESCINDIBLE REALIZAR UN CONTROLPERMANENTE DURANTE TODO ELPERMANENTE DURANTE TODO ELPROCESO CONSTRUCTIVO.

EL POSEER AMPLIOS CONOCIMIENTOSEL POSEER AMPLIOS CONOCIMIENTOSGEOLÓGICOS Y GEOTÉCNICOS Y DISPONERDE LAS MEJORES HERRAMIENTAS DECÁLCULO CON LOS PROGRAMAS MÁSAVANZADOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO, NO SONELEMENTOS SUFICIENTES PARAELEMENTOS SUFICIENTES PARAGARANTIZAR QUE SE ALCANCE EL OBJETIVO

ÑDE LOGRAR EL DISEÑO INTEGRADO,COHERENTE Y CONSOLIDADO DE UN TÚNEL.

EN MÚLTIPLES CASOS, LOS DISEÑOS DELOS TÚNELES SE COMPLETAN Y ADECUANDURANTE LA CONSTRUCCIÓN PARADURANTE LA CONSTRUCCIÓN PARATOMAR EN CUENTA SITUACIONES NOPREVISTAS O CONDICIONES DISTINTAS ALAS ANTICIPADAS EN LOS ESTUDIOS.

Estudios preliminaresEstudios preliminares

▪ Levantamiento Topográfico

▪ Estudio Geológico

▪ Estudio Geofísico 

▪ Sondeos Exploratorios Directos

▪ Definición del Modelo Geológico Integrado

TopografíaTopografía

Levantamiento topográfico

▪ De detalle en los emboquilles 

▪ Altura y geometría de taludes: Replanteo del lugarAltura y geometría de taludes: Replanteo del lugar de emportalamiento. 

▪ Condiciones topográficas del túnel   (cobertura)

1.1. Levantamiento TopográficoLevantamiento Topográfico

Portal Durango Portal Durango

Portal MazatlánPortal Mazatlán

Perfil y planta topográficaPerfil y planta topográfica

Secciones topográficasSecciones topográficas

Geometría taludes de los tajosGeometría taludes de los tajos

Métodos de Exploración Geológica2. Estudios Geológico y Geofísico2. Estudios Geológico y Geofísico

Métodos Indirectos

FotogeológicosMétodos Geofísicos

Métodos Directos

Levantamientos GeológicosgPozos a cielo abierto y trincherasTúneles y socavonesTúneles y socavonesSondeos exploratorios (perforaciones)

Literatura e información existenteFotografía aérea y topografíaFotografía aérea  y topografía

Principales accidentes geomorfológicos y geológicosgeomorfológicos y geológicos (fallas, contactos, estructuras 

regionales etc )regionales, etc.)

Fotointerpretación geológica

ESTUDIO GEOLÓGICO A DETALLE

Tipo de materiales: Litología y composición contactosTipo de materiales: Litología y composición, contactoslitológicos, estratificación, estructuras sedimentarias.

Formaciones superficiales: Zonas de alteración, grado demeteorización; condiciones geomorfológicos, procesos yevolución morfológica del terreno.E t t ló i t t t tó i G d d Estructura geológica y contactos tectónicos: Grado defracturamiento, discontinuidades sistemáticas(estratificación, diaclasas, foliación), discontinuidades( , , ),singulares, (zonas de fallas y brechas), actividad tectónica yneotectónica.

í i d l i Características de la roca matriz. Descripción del macizo rocoso.D i ió d l di ti id d Descripción de las discontinuidades.

Propiedades del macizo rocoso.

Datos hidrogeológicos e hidrológicos. Situación del nivel freáticoSituación del nivel freático. Inspección de pozos y manantiales. Localización de acuíferos, materiales permeables oLocalización de acuíferos, materiales permeables oimpermeables, zonas de encharcamiento.

Localización de zonas de recarga y drenaje. Zonas de inestabilidad del terreno. Indicios o señales de deslizamientos o desprendimientos. Áreas de erosión. Zonas afectadas por subsidencias, hundimientos y

id dcavidades.

Descripción  con detalle Descripción  con detalle de tipo de junta, forma, abertura, relleno, 

i t i id dpersistencia, rugosidad, alteración, presencia de agua, etc.)

Importante para:

g , )

Importante para:▪Clasificación geomecánica▪Estabilidad de bloques en los taludes▪Estabilidad de bloques en los taludes▪Estabilidad de cuñas en el interior del túnel

Diseño de refuerzo (anclaje)Diseño de refuerzo (anclaje)

Toba lítica, color rojo ocre deAbundante flujo de agua rojo ocre de 

mayor resistencia.

Toba lítica con

35°

Toba lítica con arcilla muy plástica poco resistente

Bloques desprendidos del frente por el gran flujo de 

agua

768+954TOBA LÍTICARMR=25

Transición entre toba lítica y andesita

Zona de falla

Andesita

35°

RELLENO ARCILLA

PLASTICA

2 50 M

PLASTICA

2.50 MFLUJO DE AGUA

BLOQUES DE ROCA QUE SE

HAN

ANDESITACONTACTO LITOLOGIC

OHAN

DESPRENDIDO DE LA CLAVE (TOBA

LITICA)

2.50 M

RELLENO ANDESITARELLENO ARCILLA

PLASTICA

ANDESITACONTACTO LITOLOGIC

O

11 AGOSTO 768+953

RMR=25 CONTACTO LITOLOGIC

2.50 M

LITOLOGICO

F UJO DE AGUAFLUJO DE AGUA PUNTUAL

Enfilaje de 13 varillas de 3 m de longitud, 1 5” d di tcon 1.5” de diametro

ANDESITA

13 AGOSTO

FLUJO DE AGUA

13 AGOSTO

Métodos geofísicos de exploraciónMétodos geofísicos de exploración

▪Métodos sísmicos▪ Sísmica de refracción

í i d fl ió▪ Sísmica de reflexión

▪Métodos eléctricos▪Métodos eléctricos▪ Sondeos eléctricos verticales y de frecuencias  (SEV 

y SEF)y )

▪Métodos eléctromagnéticos▪ Georadar

Mét d i ét i▪Métodos  gravimétricos

Objetivos de los estudios geofísicos

1. Conocer la distribución de los diferentest i l i t t d l b l i f imateriales existentes del subsuelo e inferir

algunas de sus características def t i t lt ió id dfracturamiento, alteración y compacidad

2. Determinar los espesores de los diferentest i l tit l imateriales que constituyen el macizo rocoso

3. Espesor del material de baja calidad od i id ( d t l )descomprimido (zona de portales)

4. Correlacionar datos geofísicos cont í ti lit ló i té icaracterísticas litológicas y geotécnicas

Sondeos electromagnéticos por frecuencias

Perfiles GeosísmicosGeosísmicos

Sondeos exploratorios directoresSondeos exploratorios directoresE i li Wi ki d l GW 15 d▪ Equipo ligero Winkie modelo GW‐15 de JKS. Testigo de 36 mmP i ió ll d difí ilPermitió llegar a zonas de difícil acceso

Equipo pesado (Difícil traslado)Equipo pesado (Difícil traslado)Testigo de 50 mm

1 DE 1

SECRETARIA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES S4-T3TUNEL PICACHOS I

EL

FIN DEL SONDEO (25.05 metros)

TUN

E

N O T A S :

FIGURA 9

ARROYO SECO (TUNEL 3). AUTOPISTA DURANGO-MAZATLAN. TRAMO EL SALTO-RIO BALUARTE, DGO.PERFIL ESTRATIGRAFICO DEL SONDEO EXPLORATORIO S4-T3. PORTAL DE SALIDA (MAZATLAN) DEL TUNEL

Planta y Perfil Geológico

Modelo geológico integrado

3. Proyecto Geométrico

Aspectos funcionales que influyen en ladefinición de la sección transversal de lostúneles carreteros

a) Tipo y calidad de rocaa) Tipo y calidad de roca.

b) Alineamiento horizontal y vertical, ancho de corona( )(carriles y acotamientos).

c) Gálibo y características del trazo

d) Sistemas de Iluminación y ventilación

) I t l i d id d d ie) Instalaciones de seguridad y de emergencia

Sección Transversal

El diseño de la geometría de la secciónEl diseño de la geometría de la sección

suele obedecer más a aspectos propios

del túnel (geología, geotecnia,

procedimiento constructivo,

instalaciones, etc.), que a características

i d l tpropias de la carretera.

Puentes TúnelesTerracerías C. Acceso C. Fed. 40

á

4. Integración Geotécnica

Análisis de muestras y ensayos de laboratorio

Ensayos de laboratoriocompresión triaxialcompresión simplecompresión simple

Tensión indirecta o brasileño

Probetas preparadas

Probetas ensayadas

Caracterización GeotécnicaClasificaciones Geomecánicas

Tiene como finalidad obtener parámetrosTiene como finalidad obtener parámetrosgeomecánicos para su empleo en el diseño,proyecto y construcción de las obrasproyecto y construcción de las obrassubterráneas.

a) Rock Mass Rating o sistema RMR de Bieniawski.

b) Sistema Q, del Instituto Geotécnico Noruego, desarrollado por Barton, Lien y Lunde.

Parámetros

RMR Rock Mass Rating

• Resistencia a la

Q Índice de calidad del macizo• RQD = Índice de calidad

de la roca• Resistencia a la compresión simple

• Índice de calidad de la

de la roca• Jn = Número de sistemas

de juntasroca RQD

• Separación entre discontinuidades

j• Jr = Índice de la rugosidad

de las fisuras• Ja = Número de ladiscontinuidades

• Estado de las discontinuidades

• Ja = Número de la alteración de las fisuras

• Jw= Factor de reducción • Presencia de agua• Corrección por

i t ió d l

por la presencia de agua en las juntasSRF F t d d ióorientación de la

discontinuidad• SRF = Factor de reducción

por esfuerzos

Calidad del macizo rocoso con base en el índice RMR de Bieniawski

Q C A L I D A D E 0 0 0 1 0 0 1 R i l l

Calidad del macizo rocoso según la Q de Barton

E n t r e 0 . 0 0 1 y 0 . 0 1 R o c a e x c e p c i o n a l m e n t e m a l aE n t r e 0 . 0 1 y 0 . 1 R o c a e x t r e m a d a m e n t e m a l a E n t r e 0 . 1 y 1 . 0 R o c a m u y m a l a

E n t r e 1 y 4 R o c a m a l a E n t r e 4 y 1 0 R o c a m e d i aE n t r e 4 y 1 0 R o c a m e d i a

E n t r e 1 0 y 4 0 R o c a b u e n a E n t r e 4 0 y 1 0 0 R o c a m u y b u e n a

E n t r e 1 0 0 y 4 0 0 R o c a e x t r e m a d a m e n t e b u e n a E n t r e 4 0 0 y 1 0 0 0 R o c a e x c e p c i o n a l m e n t e b u e n a

PERFIL GEOTPERFIL GEOTÉÉCNICOCNICOPlanta y perfil Geotécnico

Planta y perfil Geotécnico

PERFIL GEOTPERFIL GEOTÉÉCNICOCNICOModelos geomecánicos

5. Análisis de estabilidad en los cortes de los tajos de acceso

Consideraciones:

j

a) Tipo y calidad de roca

b) Geometría (pendiente y altura)

c) Volumetría

d) Estabilidad

e) Tratamientose) Tratamientos

6. Análisis, Definición de Fases de Excavación y Diseño de Sostenimientos

Tipos de falla analizadas:

1 Falla por esfuerzos: ocurre cuando los esfuerzos1.Falla por esfuerzos: ocurre cuando los esfuerzosactuantes (inducidos por la excavación), superanlos esfuerzos resistentes propios de la roca. Lalos esfuerzos resistentes propios de la roca. Laroca se plastifica alrededor de la excavación.

2. Falla Estructural: ocurre por la intersección dediscontinuidades formando bloques, proclives acaer hacía el interior del túnel. La falla puede ser

l ñplana o en cuña.

Análisis, Definición de Fases de Excavación y Diseño de Sostenimientos

Malla de elementos finitos para la sección 668+520

Etapas de excavación

D l i t h i t l ti lDesplazamientos horizontales y verticales

Puntos plásticos alrededor de la excavación

MARZO 2011

Perfiles OMEGA (THN)

Perfiles OMEGA (THN)

Tipos de Uniones

• Tipo G• Tipo G• Union Tipo Auxi

• Tipo Abarcon

Tipos de Arriostramiento

Chapa Bernold o Poligonal• La chapa Poligonal, se comenzó a usar para la

ejecución de túneles, como cimbra perdida, elsistema mas utilizado fue el Bernold, del cualtomo el nomb e es como act almente se latomo el nombre y es como actualmente se laconoce.

Emportalamientos protegidos

Malla de elementos finitos y etapas de excavación

Malla de elementos finitos y etapas de excavación

Análisis de estabilidad de cuñas en el interior del túnel

Análisis de estabilidad de cuñas en el interior del túnel

Funcionamiento 

Instalación

Malla de elementos finitos y etapas de excavación,

ENFILAJE EJECUTADO  CON JUMBO

Enfilaje atuperforante

TUNEL DE PIEDRA COLORADATUNEL DE PIEDRA COLORADA

7. Análisis y Diseño Estructural del Revestimiento

Tipo de carga:Presiones de aflojamiento

CONSIDERACIONES ESTÁTICAS Y SIMULACIÓN

CONSIDERACIONES ESTÁTICAS Y SIMULACIÓN

8. Obras Complementarias

Túneles falsos

CHARCASLAS PALOMAS

COPALA  II 

COPALA  I  COPALA  III 

8. Obras ComplementariasImpermeabilización del túnelImpermeabilización del túnel

INSTALACIÓN DE LA GEOMEMBRANA

Drenaje

Pavimento

Sistemas de Iluminación

Sistema de ventilación

Sistemas de Ventilación

SISTEMA DE SEGURIDADSistemas de Seguridad y Señalamiento Caseta de Control

Sistemas de Seguridad y Señalamiento Caseta de Control

TÚNELES CARRETEROS DISEÑO TÚNELES CARRETEROS DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y SUPERVISIÓN

PANORÁMA GENERALPANORÁMA GENERALM I JOSÉ FRANCISCO SUÁREZ FINOM. en I. JOSÉ FRANCISCO SUÁREZ FINO

11 – 12 de octubre