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8/18/2019 1b Historia
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INGENIERÍA DE TÚNELES y OBRAS SUBTERRÁNEASMódulo 1b: TÚNELES EN LA ANTIGÜEDAD Y EN LA EDAD MODERNA
Ing. Ezequiel A. Zielonka
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TÚNELES EN LA ANTIGÜEDAD
• Desde la Antigüedad: Cavernas, túneles y galerías para
transporte de agua, extracción de minerales, fines
religiosos y militares.• Excavación: Uso de instrumentos manuales.
• Sostenimiento: Construcción en subsuelo competente,
uso de piedras naturales y ladrillos.
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• Egipto y México (Cámaras subterráneas). Egipto (2500 A.C.)• La mina más antigua del mundo, 40.000 A.C. En Swazilandia
(África) para la extracción de Hematita.
TÚNELES EN LA ANTIGÜEDAD
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• Quanats, en Irán (2800 A.C.): Irrigación, agua potable -160km - Todavía funcionales!
TÚNELES EN LA ANTIGÜEDAD
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Fuente: Graz University of Technology
TÚNELES EN LA ANTIGÜEDAD
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Fuente: Graz University of Technology
TÚNELES EN LA ANTIGÜEDAD
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Fuente: Graz University of Technology
TÚNELES EN LA ANTIGÜEDAD
• Túnel bajo río Éufrates (2500 A.C.), y otros túneleshidráulicos en Mesopotamia
• Túneles en India y China (Templos)
• Acueducto en Jerusalén (700 A.C.)• Acueducto en la isla de Samos (600 A.C.)
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TÚNELES EN LA ANTIGÜEDAD
• Derinkuyu, Turquia (1400 A.C.), Ciudadela subterránea; 20
niveles / > 50 pozos ventilación / túnel 8km.
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Fuente: Graz University of Technology
TÚNELES EN LA ANTIGÜEDAD
• Túneles para acueductos, catacumbas y drenajes - Imperio
Romano. Uso del Hormigón como soporte. (500 A.C.)
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Fuente: Graz University of Technology
TÚNELES EN LA ANTIGÜEDAD
• Túnel de Drenaje del Lago Fuccino (50 D.C.) - 5.6 km y 16.0
m2 de sección transversal -11 años de construcción –
Finalizada su construcción el túnel se bloqueó.
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Fuente: Graz University of Technology
TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
• Desde el Siglo I hasta el Siglo XVIII no hubo una gran
actividad en la construcción de túneles. En los siglos XVI aXVIII se reactivó nuevamente debido a la minería y altransporte.
Titus Tunnel Brindley Tunnel
(Turquía – Siglo I) (Inglaterra – 1777)
Í Ú Á
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
Fuente: Comisión de Túneles y Espacios Subterráneos de Chile
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
• A partir del siglo XIV sedesarrolla la tecnología de
túneles para minería (equipos
de perforación);• Uso de técnicas de voladura
(introducción de la pólvora) a
partir del siglo XVII (Hungría,
1627 y Mina en
Harz/Alemania, 1623);
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
• Importante desarrollo en el sigloXIX impulsado por la
construcción de túneles para
caminos y canales,principalmente en Francia (uso
de voladura)
• Primero Túnel bajo el Río
Támesis (Inglaterra) para fines
viales.
Í Ú Á
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
• Brunel patenta en 1818 la primeramáquina tuneladora (shield).
• Forma rectangular 7m x 12m, 12
pórticos separados, 3 niveles de
trabajo, excavación manual.
• La construcción tardó varios años (el
avance promedio era de 25cm/día) y
llegó ser interrumpida por 7 añosdebido a los múltiples accidentes
catastróficos ocurridos
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
• Comienzo de la construcción de Ferrocarriles en Europa
impulsa aún más la construcción de túneles
• Introducción de tronadura con dinamita, 1846
• Técnicas de excavación, sostenimiento y maquinaria,
provenientes principalmente de la minería
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
• Necesidad cada vez mayor de eficiente conectividad
(caminos vehiculares, ferrocarril, metros) y túneles de
servicio y especiales
• Túneles para hidroeléctricas y carreteras principalmente
después de la 2a. Guerra Mundial
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
• Túneles p/ Ferrocarril, Ej.:Simplón 19.8km, siglo XIX.
• Metros: Londres (1870), Paris
(1880), Moscú (1930),Barcelona, Madrid, Berlin, entre
otros.
• Túneles carreteros: SanGotardo 17km (Suiza), Arlberg
14km, Laerdal 24km (Noruega).
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
• La experiencia constructiva adquirida durante el siglo XIX
origina diversos métodos denominados “clásicos” para la
construcción de túneles.
• Métodos influenciados por las condiciones geológicas
locales, experiencia adquirida y otras condiciones deborde.
• Disponibilidad de materiales para la construcción juega un
rol fundamental en la selección de cada método.• Tiempos de Obra relativamente cortos. Mucha mano de
obra y múltiples frentes de trabajo.
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
Método Clásico Ingles: (1830)
Fuente: Graz University of Technology
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
Método Clásico Ingles: (1830)
• Rápido cierre del revestimiento definitivo.
• Entibamiento de madera armado en sentido longitudinal.
• Cuando era posible, los entibamientos se desplazaban
con la excavación.
• Nuevos avances excavados una vez completado el
revestimiento definitivo del pase anterior.
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
Método Clásico Austríaco:
• Condiciones geológicas desfavorables y grandes coberturas.
• En general 2 túneles piloto (en la clave y en la solera).
Frentes pequeños para evitar riesgo de caída de bloques y/o
colapso.
Fuente: Graz University of Technology
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
Método Clásico Austríaco:
• Desventaja: Muchos frentes pequeños y gran
requerimiento de madera. Gran dificultad para mecanizar.
• Ventaja: Un cierto número de “anillos” podía ser excavado
en simultáneo reduciendo así los tiempos de construcción.
Fuente: Graz University of Technology
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Método Clásico Austríaco:
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
Método Clásico Belga:
Fuente: Graz University of Technology
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
Método Clásico Belga:
• Excavación Calota – Banco – Solera. Aplicable en diversas
condiciones geológicas.
• En suelos blandos, la ejecución anticipada del
revestimiento definitivo de calota puede producir el dañodel mismo en las etapas posteriores.
Fuente: Graz University of Technology
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
Método Clásico Alemán:
Fuente: Graz University of Technology
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
Método Clásico Alemán:• Típicamente utilizado para condiciones geotécnicas pobres.
Excavación anticipada de Hastiales en galerías laterales y
posterior ejecución de calota apoyada sobre los mismos.
• En general el entibamiento de madera se perdía en la
excavación generando importantes asentamientos diferidos
una vez que la madera entraba en descomposición.
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G Ú S y O S SU S
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Método de Colonia: F. Rhiza (1862)
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
Método Americano:
Fuente: Graz University of Technology
• Sostenimiento primario metálico y conmadera y revestimiento secundario de
Hormigón. Soporte de roca solo puntual.
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
Métodos de Diseño Clásicos:
• Estados de carga generalmente
irrealistas generaban espesores de
revestimiento exageradamente
grandes.
• Algunas teorías consideraban que
la totalidad de la cobertura debía
ser tomada por el revestimiento locual es totalmente irreal para
túneles con grandes coberturas.
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
NATM Antiguo ATM
• Al final de los años 70, el concepto del NATM quedó
plasmado en 22 principios o ideas fundamentales.
• Los métodos antiguos usaban básicamente sostenimiento de
madera y ladrillos, el nuevo método utiliza sostenimiento de
hormigón proyectado, marcos metálicos, mallas y anclajes.
NATM Antiguo ATM
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
• Primer aplicación del Método NATM en Austria
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
• A partir de los años 70 elmétodo se comenzó a emplear
en la construcción de Metros en
suelos blandos (Frankfurt,
Munich, Nuremberg ,Bochum,
Viena, Sao Paulo, etc.).
• El método probó técnica y
económicamente ser eficienteen la construcción de túneles
en suelo blando.
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
En paralelo, se desarrolla la excavación mecanizada:
• 1847-1851: primer prueba de excavación mecanizada en la
Cerdeña (0,25m/día);
• 1870: primer máquina de excavación a frente completa en
Inglaterra (1.25m/día).
• 1881: Cruce del canal de la mancha con máquina tuneladora
de Beamount.
Tuneladora de Beamont
Fuente: Graz University of Technology
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
• 1884: Saint Clair Tunnel, Canada.
• 1906: TBM de Price con cabeza de Corte;
• Gran desarrollo después de la 1era. Guerra Mundial.
• 1958: TBM de Wohlmeyer con 5 fresas;• 1970: máquinas de excavación puntual (rozadoras)
Price Wohlmeyer
Fuente: Graz University of Technology
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TÚNELES EN LA EDAD MODERNA
• St. Clair Túnel: (Canada, 1884 a 1891). Túnel Ferroviario -
1840m de longitud - 6.05m de diámetro - Excavado bajo aire
comprimido.
Fuente: Graz University of Technology
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Modernas máquinas tuneladoras:
• TBM (Tunnel Bohring Machine)
con frente abierto y cerrado;
• Shields (Escudos) con frente
abierto y cerrado;
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