GEOTECNIA APLICADA A LA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES.pdf

SALVADOR NAVARRO CARRASCO

RAL PRIMITIVO ORTIZ GMEZ

JUAN ANTONIO RUIZ MARN

ASIGNATURA DE OBRAS GEOTCNICAS

GEOTECNIA APLICADA

A LA CONSTRUCCIN

DE TNELES

GEOTECNIAAPLICADAALACONSTRUCCINDETNELESSalvadorNavarroCarrascoRalPrimitivoOrtizGmezJuanAntonioRuizMarn

PRLOGOA lahoradeenfrentarnosaun tema tanextensocomo lageotecniade tnelesnosencontramosun

tanto desbordados en un primer momento. Por eso decidimos segmentar la geotecnia aplicada a laconstruccindetnelesentrespartesdiferenciadasparatratarlaspersonalmente,dando formatoaestetrabajo.

En laPARTE IGENERALIDADESENLAGEOTECNIADETNELES sehace referenciaaalgunosde los

aspectosmsgeneralesde lostneles.Secomienzaporunabreve introduccina lahistoriade latcnicadeconstruccindetnelesyalasfuerzasresistentesquedebendehacerfrentelostneles.Acontinuacinse desarrolla el grueso del captulo relatando el estado del arte en la geotecnia de tneles, desde lasdistintas clasificaciones de roca desde el punto de vista de la geotecnia a los distintos mtodos desostenimiento.Parafinalizarsehaceunabreveintroduccinalahidrogeologadetnelesylamaquinariadeperforacinyconstruccindelosmismos.

LaPARTE IIGEOTECNIADETNELESENROCADURAcomienzaconunasgeneralidadesacercade la

excavacindetnelesysusostenimiento.SecontinaconelNuevoMtodoAustriacoy losmtodosdesostenimientoparafinalizarconunaseriederecomendacionesparalacorrectaejecucindetneles.

La PARTE III GEOTECNIA DE TNELES EN ROCA BLANDA presenta en el primer captulo una

introduccinacercadelosmtodosdeconstruccindetnelesenterrenosnocohesivos.Continaconunadescripcinde lamaquinariautilizdaen su construccin yde los llamados falsos tneles,paraacabardescribiendolosmtodosdelsostenimientodelfrente.

Por ltimo, se presenta un ANEXO en el que se desarrolla amodo de ejemplo de empleo de los

conocimientosexpuestosanteriormenteunbrevedossieracercade laconstruccindelTneldeBrotonsenlaC47(TorrellOlot).

SalvadorNavarroCarrascoRalPrimitivoOrtizGmezJuanAntonioRuizMarn

PARTE I

GENERALIDADES EN

LA GEOTECNIA DE

TNELES


PARTEI

1

NDICEDECAPTULOS1.HISTORIADELOSTNELESYSUEVOLUCINHISTRICA...............................................................................9

1.1.INTRODUCCIN....................................................................................................................................................91.2.ELTNELENLAHISTORIADELOSPUEBLOS.................................................................................................................91.3.MTODOSDEEXCAVACIN...................................................................................................................................151.4.RECONOCIMIENTODELTERRENO...........................................................................................................................17

2.LADINMICADEAVANCEDELTNEL.........................................................................................................202.1.LOSCONCEPTOSBSICOS.....................................................................................................................................202.2.ELMEDIO.........................................................................................................................................................232.3.LAACCIN........................................................................................................................................................252.4.LAREACCIN.....................................................................................................................................................26

3.ELSOSTENIMIENTODETNELESBASADOENLASCLASIFICACIONESGEOMECNICAS.................................323.1.INTRODUCCIN..................................................................................................................................................323.2.CLASIFICACIONESANTIGUAS.................................................................................................................................33

3.2.1.Terzaghi(1946)......................................................................................................................................333.2.2.Lauffer....................................................................................................................................................353.2.3.Deereetal(1967)..................................................................................................................................363.2.4.RSR(RockStructureRatio)(Wickham,TiedemannandSkinner,1972).................................................38

3.3.CLASIFICACIONESMODERNAS................................................................................................................................403.3.1.SistemaRMR(Bieniawski1973,1989)...................................................................................................403.3.2.SistemaQ(Barton,LienyLunde,1974).................................................................................................453.3.3.Comentariosfinales...............................................................................................................................55

4.TENSIONESENTORNOAEXCAVACIONES....................................................................................................584.1.INTRODUCCIN..................................................................................................................................................584.2.ESTADODETENSIONESINSITU..............................................................................................................................584.3.ESTADODETENSIONESYRESISTENCIADEMACIZOSROCOSOS......................................................................................61

5.RESISTENCIADELAROCAMATRIZYMACIZOSROCOSOS............................................................................715.1.INTRODUCCIN..................................................................................................................................................715.2.INVESTIGACINEXPERIMENTALSOBRELAROCAMATRIZ.............................................................................................715.3.CRITERIODEROTURAPARALAROCAMATRIZ............................................................................................................725.4.JUNTASENELMACIZOROCOSO.............................................................................................................................76

6.INTERACCINTNELSOSTENIMIENTO.......................................................................................................846.1.INTRODUCCIN..................................................................................................................................................846.2.DETERMINACINDELACURVACARACTERSTICA.......................................................................................................87

6.2.1.Elasticidad.Tnelcircularendeformacinplana..................................................................................876.2.2.Elasticidad.Excavacinesfrica.............................................................................................................906.2.3.Elastoplasticidad.Tnelcircularendeformacinplana.CriterioderoturadeMohrCoulomb............926.2.4.Elastoplasticidad.Cavidadesfrica.CriterioderoturadeMohrCoulomb............................................996.2.5.Elastoplasticidad.Tnelcircularendeformacinplana.CriterioderoturadeHoekBrown...............1056.2.6.Comentariosfinales.............................................................................................................................108

6.3.DETERMINACINDELACURVADECONFINAMIENTO(OCURVADESOSTENIMIENTO)......................................................1096.3.1.Introduccin.........................................................................................................................................1096.3.2.Revestimientoanulardehormign......................................................................................................111


PARTEI

2

6.3.3.Cerchasmetlicas................................................................................................................................1116.3.4.Bulones................................................................................................................................................112

6.4.DETERMINACINDELADEFORMACINPREVIAALAINSTALACINDELSOSTENIMIENTO.UTILIZACINDELMTODODECONVERGENCIACONFINAMIENTO.......................................................................................................................................114

6.4.1.MacizoEnRgimenElstico.TnelSinRevestir..................................................................................1146.4.2.Macizoenrgimenelastoplstico.Tnelsinrevestir..........................................................................1156.4.3.Tnelrevestido.....................................................................................................................................115

7.DRENAJEEIMPERMEABILIZACINDURANTELACONSTRUCCINYEXPLOTACINDETNELES................1187.1.ASPECTOSGENERALES.IMPORTANCIADELAGUA....................................................................................................1187.2.FLUJODEAGUAHACIAUNTNEL.........................................................................................................................1217.3.EFECTODEFLUJOSOBRELASCONDICIONESMECNICASDELOSTNELES.....................................................................1267.4.PROTECCINFRENTEALAGUADURANTELACONSTRUCCIN.....................................................................................1437.5.PROTECCINFRENTEALAGUADURANTELAEXPLOTACIN........................................................................................147

8.MAQUINARIADECONSTRUCCINDETNELES........................................................................................1538.1.INTRODUCCIN................................................................................................................................................1538.2.MTODOSDEEXCAVACINDETNELESMEDIANTEPERFORACINYVOLADURA............................................................153

8.2.1.Maquinariadeperforacin..................................................................................................................1578.2.2.Explosivosydetonadores.....................................................................................................................158

8.3.EXCAVACINCONMQUINASINTEGRALES:TOPOSYESCUDOS...................................................................................1598.3.1.Introduccin.........................................................................................................................................1598.3.2.Topos...................................................................................................................................................160

8.3.2.1.Descripcindelamquina..............................................................................................................................1618.3.2.2.Partesdeuntopo............................................................................................................................................161

8.3.2.2.1.Cabeza.....................................................................................................................................................1618.3.2.2.2.Grippers...................................................................................................................................................1678.3.2.2.3.Cilindrosdeempuje................................................................................................................................1678.3.2.2.4.Backup....................................................................................................................................................167

8.3.2.3.Guiado.............................................................................................................................................................1698.3.2.4.Limitacionesdeutilizacin..............................................................................................................................1698.3.2.5.Rendimientos..................................................................................................................................................169

2.5.1.Factoresquecontrolanelrendimientodelasmquinastuneladoras...........................................................1708.3.2.6.Estimacindelavanceenrocadura................................................................................................................171

8.3.2.6.1.ndicedeperforabilidad(D.R.I.)..............................................................................................................1718.3.3.Escudos................................................................................................................................................177

8.3.3.1.Partesdeuntopo............................................................................................................................................1778.3.3.1.1.Cabezasoelementoexcavador...............................................................................................................1778.3.3.1.2.Cuerpodemandoycontroles.................................................................................................................1788.3.3.1.3.Cilindrosdeempujeyerectordedovelas...............................................................................................1788.3.3.1.4.Backup....................................................................................................................................................180

8.3.3.2.Tipologaactual...............................................................................................................................................1818.3.3.3.Escudosabiertos.............................................................................................................................................1828.3.3.4.Escudoscerrados............................................................................................................................................184

8.3.3.4.1.Escudosmecanizadosderuedaconcierremecnico...............................................................................1858.3.3.4.2.Escudospresurizadosconairecomprimido............................................................................................1868.3.3.4.3.Hidroescudosoescudosdebentonita(SlurryShield).............................................................................1868.3.3.4.4.Escudosdefrenteenpresindetierras..................................................................................................188

8.3.3.5.Guiado.............................................................................................................................................................1908.3.3.6.Limitacionesdeutilizacin..............................................................................................................................1918.3.3.7.Rendimientos..................................................................................................................................................191


PARTEI

3

8.3.4.Doblesescudos.....................................................................................................................................1918.3.4.1.Descripcindelamquina..............................................................................................................................191

8.3.4.1.1.Cabezadecorte.......................................................................................................................................1918.3.4.1.2.Escudodelantero.....................................................................................................................................1928.3.4.1.3.Escudotrasero.........................................................................................................................................1928.3.4.1.4.Sistemaprincipaldeempuje...................................................................................................................192

8.3.4.2.Mododeoperacin.........................................................................................................................................1928.4.MQUINASROZADORAS....................................................................................................................................193

8.4.1.Introduccin.........................................................................................................................................1938.4.1.1.mbitodeutilizacin......................................................................................................................................193

8.4.2.Caractersticasgenerales.....................................................................................................................1948.4.2.1.Chasisytrenderodaje....................................................................................................................................1958.4.2.2.Brazoydispositivodegiro..............................................................................................................................1958.4.2.3.Equipoelctrico..............................................................................................................................................1968.4.2.4.Sistemahidrulico...........................................................................................................................................1968.4.2.5.Cabezadecorte...............................................................................................................................................1978.4.2.6.Sistemaderecogidaycarga............................................................................................................................1998.4.2.7.Consoladecontrol..........................................................................................................................................2008.4.2.8.Otroscomponentesadicionales......................................................................................................................200

8.4.3.Herramientasdecorte.........................................................................................................................2018.4.3.1.Tiposdepicas..................................................................................................................................................2018.4.3.2.Colocacindelaspicas....................................................................................................................................2018.4.3.3.Nmeroytamaodelaspicas........................................................................................................................2028.4.3.4.Portapicas.......................................................................................................................................................2038.4.3.5.Corteconchorrodeagua................................................................................................................................203

8.4.4.Tiposderozadoras...............................................................................................................................2048.4.4.1.Rozadorasdebrazo.........................................................................................................................................2058.4.4.2.Rozadoradetambor.......................................................................................................................................2058.4.4.3.Rozadordecadenas........................................................................................................................................205

8.4.5.Criteriosdeseleccinderozadores......................................................................................................2088.4.5.1.Geometradelaexcavacin............................................................................................................................2088.4.5.2.Caractersticasgeomecnicasdelasrocas......................................................................................................2088.4.5.3.Clculoderendimientos.................................................................................................................................209

8.4.6.Ventajasqueofreceelempleoderozadoras.......................................................................................2108.4.7.Operatividad........................................................................................................................................210

8.4.7.1.Excavacindelfrentedeavance.....................................................................................................................2108.4.7.2.Cortederocasblandas....................................................................................................................................2118.4.7.3.Elcorteenmaterialesmediosaduros............................................................................................................2128.4.7.4.Perfilado..........................................................................................................................................................2128.4.7.5.Corteselectivoenrocasmixtas.......................................................................................................................212


PARTEI

4

NDICEDEFIGURASFIGURA1.IMAGENFICTICIADELTNELIDEADOPORTHOMDEGARAMONDBAJOLASAGUASDELCANALDELAMANCHA(PROYECTO

PRESENTADOEN1867ENLAEXPOSICINUNIVERSAL)...........................................................................................................9FIGURA2.GRABADOEXTRADODELAOBRADEDEREMETALLICADELAUTORALEMNGEORGIUSAGRICOLASTA,SIRVIDEREFERENCIA

COMOMANUALDECONSULTADURANTELOSS.XVIXVII.....................................................................................................11FIGURA3.IMGENESDELAANTIGUAMINADEDAROCA...............................................................................................................12FIGURA4.IMAGENCORRESPONDIENTEALABENDICINDELOSRALESDELAVADELTNELDEPERRUCAENLEN(1884)........................13FIGURA5.ALAIZQUIERDAUNAIMAGENDEPOCADELTNELCONSTRUIDOBAJOLASAGUASDELROTMESISYALADERECHAOTRADEL

ESCUDOUTILIZADOYPATENTADOPORBRUNELPARAESTEMISMOPROYECTO(1843)................................................................13FIGURA6.ESQUEMADELOSDIFERENTESMTODOSCONSTRUCTIVOSNACIONALES.............................................................................16FIGURA7.VISTAENPERSPECTIVADEUNAMODERNATUNELADORAQUESEUTILIZARPARALACONSTRUCCINDELAFUTURALNEA9DE

METROENBARCELONA..................................................................................................................................................17FIGURA8.DIFERENCIASENTRELACONSTRUCCINSUBTERRNEAYDESUPERFICIE..............................................................................20FIGURA9.DEFINICINGRAFICADELEFECTOARCO.......................................................................................................................21FIGURA10.LAFORMACINDELEFECTOARCOSEHACEPATENTEPORLARESPUESTAENDEFORMACINDELAMASAROCOSADELA

EXCAVACIN................................................................................................................................................................22FIGURA11.FACTORESDELAEXCAVACIN..................................................................................................................................23FIGURA12.ELMISMOMATERIALPUEDEALCANZARLAROTURACONDIFERENTESTIPOSDECOMPORTAMIENTODEACUERDOCONELRANGODE

TENSIONES...................................................................................................................................................................24FIGURA13.ZONASCARACTERSTICASENLAEXCAVACINDEUNAGALERA........................................................................................25FIGURA14.PROPAGACINDELAZONAPERTURBADADURANTEELAVANCEDELAEXCAVACIN.............................................................26FIGURA15.RESPUESTADECARGASOLIDA..................................................................................................................................27FIGURA16.RESPUESTACOMOBANDADEPLASTIFICACIN.............................................................................................................27FIGURA17.TIPOSDEREACCIN...............................................................................................................................................28FIGURA18.SOBREEXCAVACINEINFRAEXCAVACIN....................................................................................................................29FIGURA19.FRENTEESTABLE...................................................................................................................................................30FIGURA20.FRENTENOESTABLE..............................................................................................................................................30FIGURA21.FRENTEINESTABLE.................................................................................................................................................30FIGURA22.DISTINTASCLASIFICACIONESSEGNAUTORLASCLASIFICACIONESGEOMECNICASESTNADAPTADASALOSMACIZOSROCOSOS

(COMOCONTRAPOSICINALOSSUELOS).LATRANSICINSUELOROCAESSIEMPREDIFUSA.ELTRMINO"ROCABLANDA",BASTANTEGENERALIZADO,DEFINEESTATRANSICIN.LARESISTENCIAACOMPRESINSIMPLE,QUDELAROCAINTACTAPROPORCIONAUNCRITERIO,UTILIZADOPORMUCHOSAUTORES,PARACLASIFICARLAROCA(FIG.22).LOSCRITERIOSSONDISPARESPEROENGENERALSEACEPTAQUERESISTENCIASINFERIORESA1MPASONYATPICASDELOSSUELOS.........................................................................................32

FIGURA23. ESQUEMADETERZAGHI.........................................................................................................................................33FIGURA24.CLASIFICACINMODIFICADAPORDEEREETAL(1970)SOBRELADETERZAGHI.................................................................34FIGURA25. TIEMPODEESTABILIDADDELAEXCAVACINVSLONGITUDLIBRE....................................................................................35FIGURA26. CLASIFICACINRABCEWIC,MLLER.........................................................................................................................36FIGURA27. OBTENCINDELRQD.RELACINFACTORDECARGADETERZAGHIRQD.RELACINRQDLUZYTNELTIPODESOSTENIMIENTO.

.................................................................................................................................................................................37FIGURA28. TABLAQUERELACIONAELRQDMTODODEEXCAVACINSISTEMASDESOPORTEALTERNATIVOS.......................................38FIGURA29.SQR...................................................................................................................................................................39FIGURA30.SOSTENIMIENTONECESARIOPARACADAVALORDERSR...............................................................................................40FIGURA31.TABLAPARAOBTENERELVALORDELRMR.................................................................................................................41FIGURA32.SISTEMARMR.....................................................................................................................................................43FIGURA33.SISTEMARMR.....................................................................................................................................................44FIGURA34.TIEMPODEESTABILIDADDEEXCAVACIONESSINSOPORTE..............................................................................................45FIGURA35.RECOMENDACIONESPARAELSOSTENIMIENTOENFORMADEARCODEHERRADURA(10MDE,V


PARTEI

5

FIGURA37.QVSSPAN/ESR..................................................................................................................................................50FIGURA38.VALORESORIENTATIVOSDEESRENFUNCINDELTIPODEEXCAVACIN..........................................................................51FIGURA39.CLASIFICACINDEBARTONPARALOSCASOSESTUDIADOS.............................................................................................54FIGURA40.TABLAALTERNATIVAPARAELCLCULODEJA..............................................................................................................55FIGURA41.COMPARACINDELOSDISTINTOSFACTORESQUEAPARECENENLASCLASIFICACIONESDEBIENIAWSKI(RMR)YBARTON(Q).....56FIGURA42.CORRELACINENTRENDICESQYRMRPARAELTNELDELCAD..................................................................................57FIGURA43.VARIACINDEKCONLAPROFUNDIDAD(HOEK&BROWN)...........................................................................................59FIGURA44.TENSINVERTICALFRENTEAPROFUNDIDAD(HOEK&BROWN).....................................................................................60FIGURA45.SOLUCINPARAALPROBLEMADESCRITO(HOEK&BROWN).........................................................................................62FIGURA46.ESTADODETENSIONESPRINCIPALESYLNEASDECORRIENTEENTORNOAUNACAVIDADCIRCULAREXCAVADAENMEDIOELSTICO

PARAK=0.5.LASLNEASDETRAZOCONTINUOREPRESENTANLASTENSIONESPRINCIPALESMAYORESYLASDETRAZODISCONTINUOLASMENORES(HOEK&BROWN)..........................................................................................................................................63

FIGURA47.INFLUENCIADELAGEOMETRASOBREELESTADODETENSIONES.COMPARACINENTREELCIRCULARYLOSRESTANTESPARAK=0(HOEK&BROWN)........................................................................................................................................................64

FIGURA48.GEOMETRATPICAPARATNELESDEALCANTARILLADOYTNELESDECARRETERAOFERROCARRILRESPECTIVAMENTE(HOEK&BROWN).....................................................................................................................................................................66

FIGURA49.GEOMETRAIDEALENFUNCINDELOSESTADOSDETENSIONESENCLAVEYHASTIALESRESPECTIVAMENTE...........................67FIGURA50.PROBLEMAPROPUESTO..........................................................................................................................................68FIGURA51.REPRESENTACINDELESTADODETENSIONESENCLAVEYHASTIALDERECHOPARAELTNELDESCRITOUTILIZANDOLASOLUCINDE

LAFIG.3YSIENDOK=0................................................................................................................................................69FIGURA52.ALAIZQUIERDAEJEMPLODEUNTNELSOMEROYALADERECHADEUNTNELPROFUNDO.................................................71FIGURA53..CRITERIOSDEROTURADEHOEK&BROWNYMOHRCOULOMBRESPECTIVAMENTE(ALONSO,2002).................................72FIGURA54..CRITERIODEROTURADEHOEK&BROWNYESTEMISMO,ADAPTADOALPLANODEMOHR,RESPECTIVAMENTE(ALONSO,2002)

.................................................................................................................................................................................74FIGURA55.VALORESDEMOBTENIDOSAPARTIRDEREGRESINPARAGRANITOYARENISCA..........................................................75FIGURA56..REPRESENTACINGRFICATERICADELAECUACIN(1)PARADISTINTOSVALORESDE3.FUNCIONABIENSIELPLANODE

ROTURAESTBIENDEFINIDO...........................................................................................................................................78FIGURA57.REPRESENTACINGRFICATERICAPARAVARIASJUNTAS,CADAUNAREPRESENTADACONUNCOLOR.LALNEAHORIZONTAL

REPRESENTALAROCAMATRIZ.TODOPARAUN3DETERMINADO............................................................................................79FIGURA58.ENSAYOSTRIAXIALESSOBREPIZARRAYSOBREARENISCAFRACTURADA(HOEK&BROWN)...................................................80FIGURA59.ANDESITADENUEVAGUINEA(HOEK&BRAY)...........................................................................................................81FIGURA60.TABLAQUERELACIONAELNDICEDECALIDADDELAROCACONLALITOLOGA.PARACADACASOSESEALANLOSVALORESDEMYS

RESPECTIVAMENTE(BIENIAWSKI,1974)...........................................................................................................................82FIGURA61.CRITERIOSDEROTURAENFUNCINDELALITOLOGAYELRMROQ(BIENIAWSKI,1974)..................................................83FIGURA62.ESQUEMADEUNASECCINLONGITUDINALDELAVANCEDELTNEL................................................................................84FIGURA63.REPRESENTACINDELASDISTINTASCURVASENUNGRFICOPIVSUI...............................................................................85FIGURA64.DISTINTASOPCIONESALAHORADEELEGIRELSOSTENIMIENTO.......................................................................................86FIGURA65.TNELCIRCULARENDEFORMACINPLANA................................................................................................................88FIGURA66.RELACINDETENSIONESENFUNCINDELRADIO........................................................................................................89FIGURA67.CURVACARACTERSTICADELTNELENRGIMENELSTICO............................................................................................90FIGURA68.ESQUEMAPARAELPROBLEMAELSTICOCONCAVIDADESFRICA....................................................................................90FIGURA69.ESQUEMAPARAELPROBLEMAELASTOPLSTICO..........................................................................................................92FIGURA70.TRAYECTORIADETENSIONES....................................................................................................................................94FIGURA71.RELACIONESTENSINDEFORMACINNORMALIZADAS..................................................................................................97FIGURA72. CURVASCARACTERSTICASDEMOHRCOULOMB.........................................................................................................99FIGURA73.FORMADEHALLARELCU.......................................................................................................................................100FIGURA74.DISTRIBUCINDETENSIONESENFUNCINDELRADIO.................................................................................................103


PARTEI

6

FIGURA75.COMPARACINENTRELASDISTRIBUCIONESDETENSIONESENLOSCASOSESFRICOYCILNDRICOENDEFORMACINPLANA,ENAUSENCIADESOSTENIMIENTO.......................................................................................................................................104

FIGURA76.EXTENSINAPROXIMADADELACORONADEPLASTIFICACINENUNASECCINLONGITUDINALDEUNTNELPARALOSCASOSINDICADOS.................................................................................................................................................................104

FIGURA77.LEYDEPLASTICIDAD.............................................................................................................................................106FIGURA78.REPRESENTACINDELASCURVASCARACTERSTICASENBVEDA,CONTRABVEDAYHASTIALES..........................................108FIGURA79.CARGATQUESOPORTAELREVESTIMIENTO..............................................................................................................110FIGURA80.RIGIDEZDELREVESTIMIENTO.................................................................................................................................110FIGURA81.ACTUACINCONJUNTADEDISTINTOSTIPOSDESOSTENIMIENTO...................................................................................110FIGURA82.DOVELASYJUNTAS..............................................................................................................................................112FIGURA83.CERCHAS...........................................................................................................................................................113FIGURA84.BULONES...........................................................................................................................................................113FIGURA85.REPRESENTACINDEA(X).....................................................................................................................................115FIGURA86.OBTENCINDELUDAPARTIRDELACURVACARACTERSTICADELTNEL..........................................................................116FIGURA87.RELACINDEINFORMESDEDICADOSADISTINTOSMBITOS(MUIRWOOD&KIRKLAND,1985)........................................118FIGURA88.VARIABILIDADDETERRENOSALUVIALES(JUVANNETAL,1985)....................................................................................120FIGURA89.DISPOSICINDESONDEOS(DODDS,1982)..............................................................................................................121FIGURA90AYB.FILTRACINRECOGIDAPORLOSTNELESDELAREDDEFF.CC.DEJAPN(ISHIZAKI,1979)........................................122FIGURA91.CLCULODECAUDALESFILTRADOSHACIATNELES....................................................................................................123FIGURA92.CLCULODECAUDALESFILTRADOSHACIATNELES....................................................................................................124FIGURA93.FILTRACIONESHACIATNELESENELMETRODEESTOCOLMO(BRUNEETAL,1980).........................................................125FIGURA94.PREDICCINDECAUDALESINFILTRADOSATRAVS.....................................................................................................126FIGURA95.REDDECORRIENTECONPROXIMIDADDEUNTNELDEDRENAJE(OTEO,1982)..............................................................127FIGURA96.EMPUJESDELAGUAENELREVESTIMIENTODEUNTNELCONTNELDEDRENAJE(OTEO,1982)........................................128FIGURA97.CARGASSOBREELREVESTIMIENTOORIGINADASPORELAGUA(ATKINSON&MAIR,1983)................................................129FIGURA98.CARGASSOBREELREVESTIMIENTOORIGINADASPORELAGUA(ATKINSON&MAIR,1983)................................................130FIGURA99.INFLUENCIADELAFILTRACINSOBREELCOMPORTAMIENTODELTNEL.........................................................................130FIGURA100.ANLISISELSTICOCONFLUJO.............................................................................................................................131FIGURA101A.ANLISISELASTOPLSTICOCONFLUJO.................................................................................................................132FIGURA102A.(REMBOFACCIOYRIBACCHI,1984)..................................................................................................................133FIGURA103BYC.(REMBOFACCIOYRIBACCHI,1984).............................................................................................................133FIGURA104DYE.(REMBOFACCIOYRIBACCHI,1984).............................................................................................................133FIGURA105AYB.(JIMNEZSALASYSERRANO,1984)..............................................................................................................134FIGURA106.CONCLUSIONES.................................................................................................................................................134FIGURA107.ALTERNATIVASDEDRENAJEEINYECCINDEUNTNEL.............................................................................................135FIGURA108.ALTERNATIVASDEDRENAJEEINYECCINDEUNTNEL(CONTINUACIN).....................................................................137FIGURA109.ASIENTONODRENADOYPORCONSOLIDACIN(ARCILLAALUVIAL).(GLASSOP+FERMER,1975)......................................138FIGURA110.CAMCLAYMOD+CONSOLIDACIN(SENEVIRATNE+GUNN,1985)...........................................................................139FIGURA111.SEKIGUCHIOHITA+CONSOLIDACIN(OHTAETAL,1985;ICONMIG.NAGOYA)........................................................140FIGURA112.CONSOLIDACINDESEMIESPACIOELSTICOINDUCIDAPORUNSUMIDEROPUNTUAL.PERMEABILIDADANISOTRPICA(BOOKER+

CARTER,1987)..........................................................................................................................................................141FIGURA113.ASIENTOSENSUPERFICIEORIGINADOSPORUNSUMIDEROPUNTUAL............................................................................142FIGURA114.ASIENTOSENSUPERFICIEORIGINADOSPORUNSUMIDEROPUNTUAL(CONT.)................................................................142FIGURA115.TRATAMIENTODETNELESENHONGKONG(MCFEATHSMITH+HASWELL,1985).....................................................143FIGURA116.METRODEMILN.ESQUEMADETRATAMIENTO(TORNAGHI+CIPPO,1985)..............................................................143FIGURA117. TNELLONG,CONGOOCANO,A=40M2YL=4.6KM(LEPETIT+CHAPEAU,1985).................................................144FIGURA118.DRENAJEENELTNELDEDUTOITSKLOO,SUDFRICA(BTTER,1987).......................................................................145FIGURA119.TNELDEKOKUBU(TOKYO).ESQUEMADEDRENAJE(FUJIMORIETAL,1985)..............................................................146


PARTEI

7

FIGURA120.TNELDESEIKAN(MEGAW+BARLETT,1981)......................................................................................................147FIGURA121.ESQUEMADESISTEMADEDRENAJEUTILIZADOENTNELESDELAAUTOPISTACAMPOMANESLEN...................................148FIGURA122.DRENAJE(MALLATRIDIMENSIONAL)EIMPERMEABILIZACIN(MEMBRANAIMPERMEABLEPVC);BERKHOUTETAL,1987....149FIGURA123.METRODEWASHINGTON.IMPERMEABILIZACIN(MARTIN,1987)PREMIOASCEPARAELMEJORPROYECTOENINGENIERA

CIVIL,1987...............................................................................................................................................................150FIGURA124.REVESTIMIENTOSECUNDARIODEPROTECCINFRENTEALAGUAENNORUEGA(KROKEBORG+PEDERSEN,80S).................151FIGURA125.IMPERMEABILIZACINENTNELESCONSTRUIDOSMEDIANTEDOVELAS(MEGAW+BARTLETT,1981)...............................151FIGURA126.IMPERMEABILIZACINENTNELESCONSTRUIDOSMEDIANTEDOVELAS(LYONS,1979)...................................................152FIGURA127. ESQUEMADEDRENAJEENUNTNELSUBACUTICO(BENDELIUS,1982).....................................................................152FIGURA128.MTODOSDEEXCAVACINENFUNCINDELARESISTENCIAACOMPRESINDELAROCA.................................................153FIGURA129.ESQUEMADETIRO.............................................................................................................................................154FIGURA130.SECCINTERICADEUNTNELPARAPERFORACINYVOLADURA...............................................................................155FIGURA131.TIPOSDECUELE................................................................................................................................................156FIGURA132.JUMBO...........................................................................................................................................................158FIGURA133.VISTADELASCABEZASDECORTEDEDOSTBMSYDOSESCUDOSRESPECTIVAMENTE(GEOENVIROMENTLABORATORYFACULTY

OFENGINEERINGNAGASAKIUNIVERSITY)........................................................................................................................160FIGURA134.VISTAGENERALDEUNTOPO(CORTESAHERRENKNECHTAG)...................................................................................161FIGURA135.ESQUEMADEUNTOPO(FERNNDEZ,1997)..........................................................................................................161FIGURA136.VISTAFRONTALDELARUEDADECORTEQUEINCORPORALACABEZADEUNTOPO(CORTESAHERRENKNECHTAG)..............162FIGURA137.CRCULOSCONCNTRICOSDEJADOSPORLOSCORTADORESENELFRENTEDELTNEL.......................................................163FIGURA138.FASESENLAROTURAFRONTAL(FERNNDEZ,1997)................................................................................................163FIGURA139.ESQUEMADEROTURAPORIDENTACIN(ALONSO,2002)........................................................................................164FIGURA140.VISTADEDETALLEYENPERSPECTIVADEUNCORTADOR(ROBBINSCOMPANY)...............................................................164FIGURA141.DISPOSICINFAVORABLEYDESFAVORABLE,RESPECTIVAMENTE,DELOSCORTADORESVSESTRATIFICACIN.........................165FIGURA142.VISTAGENERALDEUNTOPOAPUNTODEINICIARELATAQUEDELAEXCAVACIN(TRENCHLESSTECHNOLOGY)....................166FIGURA143.VISTAENPERSPECTIVADELACABEZADEUNTOPO.ALADERECHA,ENCOLORROJO,SEDESTACANLOSGRIPPERS(CORTESA

HERRENKNECHTAG)...................................................................................................................................................167FIGURA144.VISTATRASERADELBACKUPDEUNATUNELADORA(TRENCHLESSTECHNOLOGY)...........................................................168FIGURA145.ENSAYODECADA(DROPTEST).(T.MOUINKEL,O.JOHANNSSEN,1986)..................................................................171FIGURA146.ENSAYODEPERFORACIN(SIEVERTEST).(T.MOUINKEL,O.JOHANNSSEN,1986).......................................................172FIGURA147.DETERMINACINDELDRI.(T.MOUINKEL,O.JOHANNSSEN,1986)..........................................................................172FIGURA148.CORRELACINENTREELDRIYLARESISTENCIAACOMPRESINSIMPLEDELAROCA(T.MOUINKEL,O.JOHANNSSEN,1986).173FIGURA149.CORRELACINENTREELDRIYLARESISTENCIAACOMPRESINSIMPLEDELAROCA(T.MOUINKEL,O.JOHANNSSEN,1986).173FIGURA150.DETERMINACINDELAPENETRACINNETA(PN).(T.MOUINKEL,O.JOHANNSSEN,1986)............................................174FIGURA151.ROCASPERTENECIENTESALACLASESPYSTRESPECTIVAMENTE.................................................................................174FIGURA152.ENSAYODEABRASIN(T.MOUINKEL,O.JOHANNSSEN,1986)................................................................................176FIGURA153.VALORDECLIPARADISTINTASLITOLOGAS(T.MOUINKEL,O.JOHANNSSEN,1986).....................................................176FIGURA154.VIDADELCORTADORYCOSTEENCORONASNORUEGASENFUNCINDELCLI(T.MOUINKEL,O.JOHANNSSEN,1986)........176FIGURA155.VISTAFRONTALYLATERALDEUNESCUDO(FERNNDEZ,1997).................................................................................177FIGURA156.VISTAGENERALDEUNESCUDO(TRENCHLESSTECHNOLOGY).....................................................................................177FIGURA157.VISTAFRONTALDELACABEZADEUNESCUDO(CORTESAHERRENKNECHTAG).............................................................178FIGURA158.VISTADELINTERIORDEUNESCUDOABIERTOMECANIZADO(CORTESAHERRENKNECHTAG)............................................179FIGURA159.AVANCEDEUNESCUDOMEDIANTELOSCILINDROSDEEMPUJESITUADOSENLACOLADELESCUDO(HERRENKNECHTAGESPAA)

...............................................................................................................................................................................180FIGURA160.VISTAGENERALDELBACKUPDELESCUDOQUECONSTRUIRELTNELESTEDEGUADARRAMA(MADRID)(CORTESA

HERRENKNECHTAG)...................................................................................................................................................181FIGURA161.VISTADEUNESCUDOMANUALDEFRENTEABIERTOCONSISTEMAPARACONTENCINDELFRENTEENTERRENOSINESTABLES

(GEOENVIROMENTLABORATORYFACULTYOFENGINEERINGNAGASAKIUNIVERSITY).............................................................182


PARTEI

8

FIGURA162.IMAGENDELFRENTEVISTODESDEELINTERIORDEUNESCUDODEFRENTEABIERTO.LAEXCAVACINSEREALIZAAMANOCONMARTILLOPICADOR(PICAPICA)YPALAPARARETIRARELESCOMBRO(IMAGENDELAPARTEIZQUIERDA)YCONPALAMECANIZADAQUEACTACOMOEXCAVADORAYCOMOPALADECARGA(IMAGENDERECHA)..............................................................................183

FIGURA163.ESCUDOSDEFRENTEABIERTOCONROZADORAYPALAEXCAVADORAMECANIZADA(GEOENVIROMENTLABORATORYFACULTYOFENGINEERINGNAGASAKIUNIVERSITY)............................................................................................................................183

FIGURA164.ESCUDOSDEFRENTEABIERTOCONPANELDEREJILLAPARAAYUDARASOSTENERELFRENTEYPALAEXCAVADORAMECANIZADA(GEOENVIROMENTLABORATORYFACULTYOFENGINEERINGNAGASAKIUNIVERSITY).............................................................184

FIGURA165.IMAGENDEUNESCUDODETIPOABIERTOCONMTODODEEXCAVACINMECANIZADO(RUEDA)(GEOENVIROMENTLABORATORYFACULTYOFENGINEERINGNAGASAKIUNIVERSITY)........................................................................................184

FIGURA166.MAQUETADEUNESCUDOTIPOEPBDEFRENTECERRADO(CORTESAHERRENKNECHTAG).............................................185FIGURA167.ESQUEMADEUNESCUDODERUEDACONCMARAABIERTA(FERNNDEZ,1997)..........................................................185FIGURA168.ESQUEMADEUNESCUDODEBENTONITA(FRENTEPRESURIZADO)(FERNNDEZ,1997)..................................................187FIGURA169.ESQUEMADEUNAPLANTADESEPARACINDEBENTONITA........................................................................................188FIGURA170.ESQUEMADEUNESCUDOTIPOE.P.B.(FERNNDEZ,1997)......................................................................................189FIGURA171.ESQUEMADEPRESIONESEJERCIDASPORELESCUDOSOBREELFRENTE(CORTESAHERRENKNECHTAG).............................189FIGURA172. VISTAGENERALDEUNESCUDOTIPOE.P.B.(CORTESAHERRENKNECHTAG)...............................................................190FIGURA173.VISTAGENERALDEUNAROZADORACONCABEZADECORTETIPORIPPING(DOSCOMININGANDCIVILTUNNELLINGMACHINES)

...............................................................................................................................................................................193FIGURA174.VISTADEUNAROZADORAACTUANDOSOBREELFRENTE(DOSCOMININGANDCIVILTUNNELLINGMACHINES).....................194FIGURA175.ELEMENTOSQUECONSTITUYENUNAMQUINAROZADORA(GARCA,1997)................................................................195FIGURA176.DISEODEUNBRAZOCORTADORDEROCADURA(DOSCOMININGANDCIVILTUNNELLINGMACHINES)..............................196FIGURA177.CABEZADECORTEAXIALTIPOMILLING(GARCA,1997)...........................................................................................197FIGURA178.CABEZADECORTETRANSVERSALTIPORIPPING(GARCA,1997).................................................................................198FIGURA179.PERFILESDEEXCAVACINDEAMBOSTIPOSDECABEZASDECORTE..............................................................................198FIGURA180.SISTEMASDETRABAJOCONCABEZAAXIALYTRANSVERSAL.........................................................................................199FIGURA181.DISTINTOSDISPOSITIVOSDECARGADELMATERIALROZADO.......................................................................................200FIGURA182.NGULOSDEATAQUE,OBLICUIDADYBASCULAMIENTO.............................................................................................202FIGURA183.RELACINENTREELCONSUMODEPICASYRENDIMIENTODECORTECONLARESISTENCIADELAROCA(GARCA,1997).........203FIGURA184.SISTEMADECHORRODEAGUA.............................................................................................................................204FIGURA185.MINADORDEBRAZO(DOSCOMININGANDCIVILTUNNELLINGMACHINES)...................................................................205FIGURA186.ROZADORADECADENAS.....................................................................................................................................206FIGURA187.MINIMINADOR(MILIARIUM.COM).......................................................................................................................206FIGURA188.EXCAVADORACONBRAZOCORTADOR(MININGTECHNOLOGY)..................................................................................207FIGURA189.SISTEMADECARGACONEQUIPODEDESESCOMBRO(GARCA,1997)..........................................................................207FIGURA190.ROZADORASOBRERUEDAS..................................................................................................................................208FIGURA191.RELACINENTREPOTENCIAYPESODELAMAQUINA.................................................................................................209FIGURA192.MODOSDECORTECONCABEZASAXIALESYTRANSVERSALES(MILIARIUM.COM)............................................................211FIGURA193.MTODOSDECORTEENMACIZOSROCOSOSESTRATIFICADOS(MILIARIUM.COM)...........................................................213


PARTEI

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1.HISTORIADELOSTNELESYSUEVOLUCINHISTRICA1.1.IntroduccinEltnelarrancadelanecesidaddesuperarunobstculonatural,generalmenteunmacizomontaoso.

Peroademsdelamontaaexistenotrasbarrerasquesepuedensalvarmediantetnelescomoloscursosdeagua,fluvialesomarinos,ylaszonasurbanasdensamenteedificadasenlasqueamenudoseincorporantneles. Entre los usosms frecuentes pueden enumerarse los tneles para vehculos, para redes deferrocarrilurbanooMetros,parausopeatonal,para abastecimientode agua, saneamiento, galerasdeservicioyparaalmacenamientoderesiduos(A.G.P.).

Sibieneltnelensentidoestrictosecaracterizaporsumarcadocarcter lineal,aquseconsiderar,

por extensin, el termino tnel en un sentido amplio, no slo como obra lineal sino como espaciosubterrneoqueincluyedesdelacaverna,lacuevanaturalhastaampliosrecintossubterrneostransitablesdentrode loquepodraenglobarsecomourbanismoyespaciosubterrneo;ensuma,eltnelcomoobradetrnsitoytambincomohbitat.

Figura1.ImagenficticiadeltnelideadoporThomdeGaramondbajolasaguasdelCanaldelaMancha(proyecto

presentadoen1867enlaExposicinUniversal).

1.2.EltnelenlahistoriadelospueblosElartede lostnelessefundeensusorgenesconelartede laminera.Laminamsantiguaquese

conoceenelmundoselocalizaenelcerrodeBomvu,enSwazilandia,ydatadelao40.000a.C.;enellaelhombre de Neandertalminaba hematites, piedra de sangre,muy apreciada para ritosmortuorios; lasherramientasnoeranotrasquepiedrasafiladasysusmanosdesnudas.


PARTEI

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Elprimermtododeperforacindegalerasminerasy,conposterioridad,detneleseslatcnicadelfuego,consistenteenprovocarun incendioenelfrentedeataquepara luegosofocarlobruscamenteconaguafraproduciendounbruscogradientetrmicoquedalugaralresquebrajamientodelaroca;peroestatcnicatambinprovoca,comonoesdifcilimaginar,unaatmsferaviciada,irrespirable,generandogasesamenudovenenosos,convirtiendoeltrabajodelmineroenunatrampamortala laqueslounospocosafortunadossobreviven.

El primer tnel de la historia, all donde sta se difumina con el territorio delmito, fue el que la

leyendadicemandaraconstruirSemiramisbajoelEfratesparacomunicarelPalacioyelTemplodeBelosenlaBabiloniadel2200a.C..AesteformidabletrabajoserefierenentreotrosloshistoriadoresDiodorodeSicilia,HerodotoyEstrabon.Enrealidad,setratabadeunfalsotnel,porcuantonoseperforengalerasinomediante zanjaa cieloabiertoyposteriormente recubierta,para lo cual sedesviaron lasaguasdelEfratesaprovechandoelperododeestiaje.

Elsiguientetnelconstruidobajoelcaucedeunroseperforcuatromilaosdespusdeaquelde

Babilonia,obrade losBrunelpadreehijoquienes trasveinteaosde luchadenodadayarrojo lograrondominarlasfuriosasaguasdelroTmesisqueseresistaaverperforadosulecho.

A lo largode lahistoriayenelsenodedistintasculturassehanproyectadoyconstruidotnelescon

distintosmotivos.As, tantoenelantiguoEgipto, comoen las culturasorientales,el tnelha tenidounmarcadocarcterreligioso.MientrasqueenzonascomolasTierrasdeCanaan(sigloXa.C.)elpropsitonoesmstico o religioso sino ingenieril, hidrulico. Tenan como fin el abastecimiento a las ciudades y lacaptacindeaguas.Porqubajotierra?Porvariosmotivos.Elmspoderosodeellos,sinduda,evitarqueunbientanpreciadocomoelagua(muyescasoporaquellasregiones)seevaporaracomoconsecuenciadelasaltastemperaturasquesealcanzaban.

Perosiguiendoconlosprincipaleshitosdelahistoriadelostnelesmereceespecialreferenciaeldela

Isla de Samos, de un kilmetro de longitud y primero del que se tiene noticia del ingeniero que loconstruy,EupalinosdeMegara,hijodeNaustrofo.Estaobraconstruidahaciael530a.C.,servaparaelabastecimiento de agua a la capital de la isla. Estuvo en funcionamiento durante un milenio y fueconsideradayfueconsideradacomounadelastresmaravillasdelMundoHeleno.

Tambinmereceespecialatencin lapocadel ImperioRomano.Los romanosconstruyeron tnelesconmuydiversospropsitos:galerasmineras, tnelesparaabastecimientodeagua,paraalcantarillado,paraeldrenajede lagosvolcnicos(emisariodeFucinocon5500mde longitud),en lascalzadasromanas(comoel tneldePausilippo, cercadeNpoles, con sus1500mde longitud), sinolvidar los tnelesdepropsitomilitarylascatacumbas.

EnlaEdadMedia,lostnelespierdenesapotenciacomoobrasvigorosasdeingenieracivilyderivanen

galerasypasadizosencastillosyfortalezas,obrasmenores.Duranteesteperodo,lamineraserobusteceyconsolida,fundamentalmenteenCentroeuropa,surgiendoalfilodelRenacimientolaobramaestradelaminera,DeReMetallicadeGeorgiusAgrcolapublicadaenelS.XVI.Dichaobrarecogeconminuciosidadensutextoyensusgrabados lasprcticasytcnicasmineras,siendoun librobsicodeconsultadurantelosdossiglossiguientesasupublicacin.


PARTEI

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Figura2.GrabadoextradodelaobradeDeReMetallicadelautoralemnGeorgiusAgricola

sta,sirvidereferenciacomomanualdeconsultadurantelosS.XVIXVII

ElRenacimientomarcael resurgirdelhombreas comoelde los tneles trasel letargode lapocamedieval. Leonardo daVinci concibe niveles subterrneos en sus proyectos de ciudades y piensa en laposibilidaddeperforartnelesalldondeloscanalesseencuentranconbarrerasmontaosas.

ElprimertneldelRenacimientoeslaMinadeDarocaenlaprovinciadeTeruel.Cuentacon600mde

longitud,6mdeanchurayunaalturavariableentre los7y8m.Fueconstruidoentre1555y1570porPierresBedelparareconducirydesviarlasaguastorrencialesquevenancastigandolavillaaragonesa.


PARTEI

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Figura3.ImgenesdelaantiguaMinadeDaroca

PeroesenelsigloXVIIIcuandosurge laErade losCanalesydentrodeella los tnelescomienzanaadquirirpesopropio:el tneldeMalpas, cercadeBeziersenelCanaldeMidipara launinde losdosmares (AtlnticoyMediterrneo),obraportentosaque impulsaColbertbajoel reinadodelReySol (LuisXIV)eselprimertnelparacanal.Estetnel,de155mde longitud,6,5mdealturay8deanchura, fueperforadoporPierrePaulRiquet,empleandolaplvoraporprimeravez.AscomienzalaEradelostnelespara canales: tras lmuchos tneles se construirn en las siguientes dcadas destacando los tnelesinglesesparacanal,muchosdeellosobradeeseprodigiosoingenieroquesellamJamesBrindley.

Laexperienciaadquiridacon laconstruccindetnelesparacanalresultaravaliossimaenelperodo

siguiente, ya superado en el corazn de Europa el umbral de la Revolucin Industrial, la Era de losFerrocarriles.

EnlahistoriadelosFerrocarriles,quesedesarrollaapartirdelsigloXIX,lostnelestuvierongranauge;

enlahistoriadelostnelesdeferrocarrilseagolpangrandeshazaasenunadenonadaluchadelhombrepor dominar el arte de perforar la tierra; incorporando progresivamentemaquinaria y procedimientosconstructivosapartirdeloscualeselesfuerzomanualvacediendoenprodeunaincipientemecanizacin.

EnelsigloXVIexistayaeltransporteporcarrilescuyainfraestructuraestabaconstruidademaderayse

utilizabaparamoverporellavagonesenlasminas.LosavancestcnicosdelsigloXIX,quesurgengraciasalaRevolucinIndustrialhacenqueaparezcanlosferrocarriles.En1803seabrielprimerferrocarriltiradopor caballos delmundo en Surrey, Inglaterra. As, los rales de hierro se extendieron al transporte demercancasyviajeros.Con lasprimeras locomotorasdevaporeldesarrollodel trenestabadecidido.En1825seinaugurelprimertrentraccionadoporunalocomotoradevaporcreadaporStephenson.

ElprimertneldeferrocarrilfueeldeTerreNoirenFrancia,delalneaRoanneAndrezieux,caminode

carrilestraccionadoporcaballos,construidoporcaballos,construidoen1826,con1476mdelongitud,5mdealturaycercade3mdeanchura.


PARTEI

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Figura4.ImagencorrespondientealabendicindelosralesdelavadeltneldePerrucaenLen(1884)

Los ferrocarrilesde vapor,que comenzaronenGranBretaa, semultiplicaronde forma importanteentrelosaos1830y1845.ElferrocarrildeLiverpoolaManchester,obradeIsambardKingdomBrunelfueelprimero;dichalneaatravesabalamontaapordostneles,unode4.8kmyotrode1.6km.

Duranteesteperodo tambin tiene lugar lagestade laperforacindelprimer tnelbajoelTmesis

entreRotherhitheyWapping,elprimeroqueseconstruyeenterrenoblandoyconenormepresenciadeaguayenelqueporprimeravezseaplica latcnicadelescudoquepantentaseMarcBrunel.Cuando laReinaVictoriainauguraeltnelenmarzode1843hantranscurridocasiveinteaosdebrutalluchacontralasinundacionesdelTmesis(encincoocasiones),contralaquiebrafinanciera,contraesegranagujerodelquecasitodosrecelabanperoquelosBrunelsuperaronenfrentndoseatodaslasdificultadesconarrojoyvalentasinlmites.

Figura5.AlaizquierdaunaimagendepocadeltnelconstruidobajolasaguasdelroTmesisyaladerechaotradel

escudoutilizadoypatentadoporBrunelparaestemismoproyecto(1843)


PARTEI

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En un principio, la construccin de un ferrocarril era considerada como empresa de colosos, peroconforme los progresos se iban consolidando, los ferrocarriles se construan con relativa facilidad yeconoma,desarrollndoseentodoelmundocomoungranmododetransporteterrestre.Ellollevaunarevolucineneltransporteentodoelmundoyauncambiotrascendentalenelestilodevida.

Yaen lasegundamitaddelsigloXIXseproduceunavance impresionantecon laconstruccinde los

grandestnelesalpinosdeferrocarril.LosnombresdeMontCenis,SanGotardoySimplnconstituyen latriadaenlatitnicaluchaporperforarlosAlpesyquemarcaelpuntodemayortensinenlahistoriadelostneles:basterecordarquelalongitudrespectivadeestasgalerasesde12.6km,15.2kmy19.7km.Losmediosdisponibleserantodavamodestos,sibien la incorporacindemquinastaladradorasaccionadasporairecomprimido,obradeSommeiller,marcaunsaltocualitativoenlosrendimientosalcanzados.

Enaquellasdcadaslatemeridadyaudaciadelosingenierosnotenalimitesytalvezporelloninguno

de losqueemprendieron los tresgrandes tnelesalpinosde ferrocarrilpudieronversuobra terminada.Probablemente, enocasiones, tambin a causadeuna ambicindesmedida, las condicionesde trabajoresultaban inhumanas, destacando la negra historia de Louis Favre y el tnel de San Gotardo. Elcompromiso de un plazo de ejecucin imposible de cumplir con duras penalizaciones por cada da deretraso condujo a Favre primero a la ruina, luego a lamuerte y a sus trabajadores a unas condicioneslaboralesy sanitarias infernales,estimndoseen cercadedoscientoselnmerodemuertosdurante lasobras;unpreciomuyelevado.

Tambin en EstadosUnidos se van imponiendo los tneles en la segunda parte del siglo XIX. Cabe

recordardos tnelesbajoel rodeChicagoabiertosen1869y1871,que sirvieroncomo lanicavadeescapeparaloshabitantesdelaciudadduranteelferozincendioqueredujolaciudadacenizasenoctubrede1871,slocuatromesesdespusdeinaugurarseeltneldelacalleLaSalle.

El tnel Hoosacmarca tambin sin duda un hito a nivel de avances tecnolgicos, como el de la

utilizacinporprimeravezde lanitroglicerinaenestetipodeobras,yeltneldeSaintClairconstruidoafinales del XIX bajo el ro que le da nombre entre EE.UU y Canadmediante un escudo de 6.45m dedimetro.

Comohemosvistoel resurgimientode los tnelescomoconsecuenciade laRevolucin Industrial, la

mquinadevaporylosferrocarrilesmarcunhitoimportanteeneldiseoyconstruccindelosmismos.Lossiguientesavancesfuerondebidosadiversascausas.As,laelectricidadylapotenciaelctricapropicilaaparicindelosferrocarrilessubterrneos,elmetro.Porotraparte,lascentralesdeenergadieronlugara lostnelesparaenfriamientodeaguayparaconduccindecables.Lamquinadecombustin interna,nosloextendi lapotenciade la ingenierasinoquedio lugaralmotordeexplosin, loquecondujoaldesarrollodelascarreterasyportantoalademandadeunnmerocrecientedetnelesparavehculosamotor,nosloperforadosbajomontaassinotambinbajocolinasmenoresoinclusobajo loscaucesdelosros.

Soninnumerableslostnelesconstruidosdesdeentonceshastalaactualidad,ascomolasmejorasen

lastcnicasyelementosconstructivosquepocoapocohanalcanzadoungradodeeficacia inimaginable.Debido precisamente a esta evolucin vale la pena hacer un alto en el camino y revisar los distintos


PARTEI

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mtodosnacionalesde construccinde tnelesque fueron surgiendodesde laErade losCanales y losFerrocarrileshasta laactualidadyque,an,hoydaseutilizanenalgunoscasosconcretosen losqueelterrenonodaotraopcin.

Fundamentalmente han de considerarse los sistemas ingls, belga, alemn y austriaco. Con

posterioridad se introducira el NuevoMtodo Austriaco, con una inmensa proyeccin y aplicacin deformadiversificada.

1.3.MtodosdeexcavacinA continuacin revisaremos de forma esquemtica los diversos mtodos de excavacin

cronolgicamenteyquesecentranprincipalmenteenlasdiferentessecuenciasdeexcavacin.ElMtodoIngls:recibesunombreporhabersidoaplicadoentnelesatravsdeltipodeterrenoque

usualmenteselocalizaenInglaterra,comosonlasarcillasyareniscas.Siguiendoelejemploestablecidoenla construccindelprimer tnelbajo el Tmesis, suprincipal caracterstica esproceder el avancede laperforacinaseccincompletadeltnel,enunasolaoperacin.

ElMtodoAlemn:este sistema fueutilizadoporprimeravezen1803para construirel tnelenelCanal de San Quintn, y desarrollado porWiebeking en 1814, siguiendo el sistema de ncleo central,tambinempleadoenlaconstruccindelasampliasbvedasdecervezadeBaviera.

ElMtodoAlemnModificado: seaplicaenel casoenquedurante laoperacindeperforacindel

tnel,atravsdeunterrenobastantefirme,surjalaaparicindeagua,loqueoriginaunaalteracinenelMtodoClsicoAlemnencuantoalasetapassucesivasdeataquedelfrente.

ElMtodo Belga: se basa en los principios que permitieron la construccin, en 1828 del tnel de

CharleroienelCanalqueenlazaBruselasyCharleroi.El Mtodo Austriaco: los austriacos desarrollaron un plan de trabajo basado en la utilizacin de

puntalesdemaderaformandounsistemadeentibacin,procedimientoaplicadoenlasminasdeFriburgoyquefueaplicadoporprimeravezporMeisnerenlaconstruccindeltneldeOberau,enelferrocarrilentreLeipzigyDresden,enSajoniaenelao1837.En1839Keissler loempleenel tneldeGumpoldskirch,cercadeVienaNeustadt.


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Figura6.Esquemadelosdiferentesmtodosconstructivosnacionales

Llegados a este punto, consideramos adecuado hacer un pequeo resumen sobre los principales

factoresquehanintervenidoenelprogresodelaingenieradetneles:LaingenieradetneleshaprogresadodeformamuysignificativaduranteelsigloXXyloquellevamos

deXXI.Entre losprincipalesfactoresquehancontribuidodecisivamenteaesteavanceseencuentran lossiguientes:

Enrelacinconlaexcavacin,lasmejorasenlastcnicasdevoladura,tantoenlafasedebarrenadocomoenlostiposdeexplosivos,elusocadavezmseficientedelaenerga,seaelctricaoporairecomprimido;ascomolaintroduccindenuevosequipamientosymaquinaria,dependiendodelascaractersticasdel terreno (temadelquenosocuparemosmsenprofundidaden los siguientespuntos),comosonlasmquinastuneladoras(TBM),lasrozadorasotuneladorasdeataquepuntual,escudos,etchasidodeterminante.

En relacin con el sostenimiento, los avances enmateria de revestimientos, principalmente enhormignyaceromoldeado,enmejoradel terrenomediante inyeccionesapresinas comoelperfeccionamientodemquinastuneladorasaseccincompleta.

En relacin con las caractersticasdel entornode trabajo, cabe resaltar lasnotablesmejoras ensistemas de ventilacin e iluminacin, un control ms eficaz del agua subterrnea medianteequiposdebombeooatravsdesobrepresinambiental.

En relacin con los mtodos de diseo y construccin de entre los diversos mtodos queanteriormenteseapuntaron,cabedestacarelNuevoMtodoAustriacodeconstruccindeTneles(NATM).Sibienestemtodoseencuadraradentrodelossistemasdesostenimientodetneles,sualcance, trascendencia y repercusin anivelmundialpermite afirmarque elNATM suponeunadestacadacontribucinalaingenieradetneles.


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Figura7.Vistaenperspectivadeunamodernatuneladoraqueseutilizarpara

laconstruccindelafuturaLnea9deMetroenBarcelona

1.4.ReconocimientodelterrenoLa seleccindelmtodo constructivodeun tnel viene regidaporuna seriede factoresdediversa

ndole: Unosgeotcnicos,encuantoalascaractersticasdelterreno,loquepuedecondicionarelaplicarun

mtodouotro.

Otroseconmicos,encuantoalaposibilidaddeutilizarmtodosenquesenecesitaunaimportanteinversin,comoenelcasodelastuneladoras.

Otrassocialesymedioambientales,encuantoalaseguridaddelmtodo,laafeccinalentorno,la

presenciadeobstculosnaturalesyartificiales(ros,pozos,cimentacionesexistentes,minas,etc).

Elreconocimientodel terrenosiempreesescasoenun tnel, tantopor lasdificultadesde llegaral(sobre todoen tneles interurbanosprofundos), comoporel carcterpuntualmuchas vecesde lasprospecciones.Enel casode rocashay tres factorespredominantesa lahorade seleccionarelprocesoconstructivoydimensionesdelsostenimiento:

Lapresenciadefallasyaccidentes,ascomolaposibilidaddesutratamientoprevioalaexcavacinen losmismos.Nobastadecirque sepediruna tuneladoraquepermitir los tratamientos. Ladisposicinradialdeloshuecosquepermitanlasperforacionestienequesertalquelostaladrosnoestn muy separados en la zona de tratamiento y debe recordarse la forma cnica de losparaguasdetratamiento,loquehacenquelazonatratadapuedesepararsemuchodeladirectrizaexcavar.

Laexistenciadeaguay/ogasapresin.Esnecesarioestimaresapresinyloscaudalesprevistosyel contenido demetano y exano de los gases (por si pueden originar deflagraciones), ya quepueden hacer inviables algunos sistemas constructivos y obligan a tratamientos especiales(perforacionesconobturadoresdiseadosatalefecto).Sobrelapresindelaguasediscutemuchoy,enalgunostneles,selellegaaadjudicaralturasdeaguamuyimportantesypresioneselevadas


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que, despus, son ms pequeas. De todas formas, los golpes de agua y arena (como lasinestabilidadesenelalbenseenelTrasvaseTajoSegura)puedenenterrarmaquinaraimportante.Enestoscasos,lacongelacinpreviadelaguadelterrenopuededarmagnficosresultados.

La posibilidad de inducir en el terreno importantes deformaciones: a) Por fluencia, debida a la

elevada tensin natural inicial del terreno, que origina decomprensiones por liberacin detensionesydeformacionesquedanconvergenciasimportantesensecciones(quenotienenquesermuy profundas, como en algunas pizarras y esquistos tectonizados) o que pueden originar elatrapamientodemquinas.b)Porhinchamientoa corto y largoplazo, comohaocurridoen lostnelesdeMontblancenL.A.V.MadridBarcelona;alcontenerelterrenoarcillomargosomineralesexpansivos (esmectitas) y anhidrita (sulfato clcico hemihidratado). Primero suele hinchar, aldecomprimirseyvariarlahumedad,laesmectita,conloqueseabrelaestructuraypuedeexpandirlaanhidrita,parallegarayesodihidratado,msestable.TambinhahabidoexperienciasnegativasenlostneleshidrulicosdeTrasvasar(GranCanaria),alexistirunacapaarcillosaesmectticaentrelasfonolitasexcavada;lasdeformacionessehanproducidoporextrusindelaarcilla(alliberarlastensionesa400500mdeprofundidad)ehincharlaesmectita,producindoselevantamientosdelasolera(entnelesde3,50m)dehasta2,80m(conlacapaencuestinensolera)oconvergenciasdemsde1m(cuandoestabaenhastiales).Enestoscasoselmtodotienequetenerencuentalaposibilidad de construir soleras curvas y muy rpidamente, para no permitir la relajacin delterreno.

A continuacin semuestra una tabla que indica para segn qu fase del proyecto quemtodo de

reconocimientodelterrenoseusa.


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2.LADINMICADEAVANCEDELTNEL2.1.LosconceptosbsicosCualquierpersonaqueseproponelaconstruccindeobrassubterrneas,encuentratenerqueabordar

y resolver un problema particularmente complejo, porque es mucho ms difcil determinar lasespecificaciones de diseo de base para los trabajos subterrneos de antemano de lo que es para lasconstruccionesenlasuperficie(Fig.8).

Figura8.Diferenciasentrelaconstruccinsubterrneaydesuperficie.

No es, como en construcciones de superficie, una cuestin de ajustar gradualmente amedida losmateriales (acero, hormign armado, etc) con propiedades de resistencia y deformacin conocida paraconstruirunaestructuraque,alsersometidaa lascargasprevisibles,encuentrasuequilibrioenelfuturoconlaconfiguracinfinaldeseada.Porelcontrario,unotienequeintervenirenunequilibriopreexistenteyprocederdealgunamaneraauna "perturbacinplanificada"de lamismaen condicionesque slo seconocenaproximadamente.

Otrapeculiaridaddelasobrassubterrneas,bienconocidaporlosingenierosdediseoyconstruccin,

peroalaquenosiempresedasuficienteimportancia,esquemuyamenudo,laetapaenquelaestructuraestsujetaamsestrsnoeslaetapafinal,cuandoeltnelestterminadoysujetaalascargasexternasprevistasenlafasedediseo,sinoenlaetapaintermediadelaconstruccin.

Este es unmomentomuchoms delicado, porque los efectos de la perturbacin causada por la

excavacin annohan sido completamente aisladapor el revestimiento final en esta etapa, cuando elestado de las tensiones preexistente en elmacizo rocoso se desvi por la apertura de la cavidad y secanalizasualrededor(efectoarco)paracrearzonasdemayorestrsenlasparedesdelaexcavacin.

Demanerasimilara las lneasde flujoen lacorrientedeunro,quesondesviadospor lapiladeun

puenteyaumentasuvelocidadcuandocorrenasualrededor,laslneasdeflujodetensionesenunamasa


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derocasondesviadosporlaaperturadeunacavidadysecanalizanasualrededorparacrearunazonadeaumento de tensiones alrededor de las paredes de la excavacin (Fig. 9). La canalizacin del flujo detensionesalrededordelacavidadsedenominaunefectodearco.Elefectoarcoaseguraquelacavidadesestableyvaaperdurareneltiempo.

Figura9.Definicingraficadelefectoarco.

Ladelicadezaparticulardeestaetapaintermediasehaceevidentesiseconsideraqueesprecisamente

en ladistribucincorrectade lastensionesalrededorde lacavidadde loque la integridady lavidadeuntneldepende.Estadistribucinsepuedeproducir,dependiendodeltamaode lastensionesen juegoylaspropiedadesderesistenciaydeformacindelatierra,delasiguientemanera(Fig.10):

1. Cercadelperfildelaexcavacin.2. Lejosdeserelperfildelaexcavacin.3. Deningunadelasdosmaneras.


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Figura10.Laformacindelefectoarcosehacepatenteporlarespuestaendeformacindelamasarocosadelaexcavacin.

Elprimercasoocurrecuandoelsueloalrededorde lacavidadsoporta latensindeflujodesviadode

tensionesalrededordelacavidad,respondiendoelsticamenteentrminosderesistenciaydeformacin.Elsegundocasoocurrecuandoelsueloalrededorde lacavidadnopuedesoportarelestrsyelflujo

desviado de tensiones responde inelsticamente, plastificndose y deformndose en proporcin alvolumendetierraqueparticipaenelfenmenodeplastificacin.Esteltimo,queamenudoprovocaunaumento en el volumen de la tierra afectada, se propaga radialmente y desva la canalizacin de losesfuerzoshaciaelexteriorenelmacizorocosohastaqueelestadodetensintriaxialescompatibleconlaspropiedadesderesistenciadelsuelo.Enestasituacin,elefectoarcoseforma lejosde lasparedesde laexcavaciny la tierraalrededordeella,quehasidoperturbada,sloescapazdecontribuira laestticafinal con supropia resistencia residual ydar lugar a ladeformacin,que amenudo es suficienteparaponerenpeligrolaseguridaddelaexcavacin.

El tercer caso se produce cuando el suelo alrededor de la cavidad es completamente incapaz de

soportarelflujodesviadodetensionesyrespondeenelrangodeinsuficienciaproduciendoelcolapsodelacavidad.

Sedesprendedeesteanlisisestastressituaciones:

Unefectoarcosloseproducedeformanaturalenelprimercaso Unefectodearcodemedionaturalsloseproducedemaneraefectivaenelsegundocaso,si

elsueloes"ayudado"conlaintervencinapropiadaparaestabilizarlo


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Eneltercercaso,yaqueunefectodearconosepuedeproducirde formanatural,debeserproducidopormediosartificiales,medianteunaactuacinapropiadaenelsueloantesdequeseexcava.

Latareaprimerayms importantedeun ingenierodediseodetnelesesdeterminarsiycmounefectodearcopuedeseractivadocuandountnelseexcavayluegoasegurarsedequeestaseguradosuformacincalibrandolaexcavacinylaestabilizacindelasoperacionesdeformaadecuadaenfuncindediferentescondicionesdeesfuerzodeformacin.

Paralograresto,uningenierodediseodebetenerconocimientodelosiguiente(Fig.11) Elmedioenelqueserealizanlasoperaciones. Lasmedidasadoptadasparaexcavar. Lareaccinesperadadelaexcavacin.

Figura11.Factoresdelaexcavacin.

2.2.ElmedioElmedio(esdecir,elterreno)esenlaprcticaelverdadero"materialdeconstruccin"deuntnel,es

extremadamenteanmaloencomparacinconlosmaterialestradicionalesutilizadosenlaingenieracivil:es discontinuo, no homogneo y anisotrpico. En la superficie, sus caractersticas varan, pero estodepende exclusivamente de su propia naturaleza intrnseca (consistencia natural), que condiciona lamorfologade la corteza terrestre,mientrasqueenprofundidad sus caractersticas tambin cambianenfuncin de los estados de estrs a los que est sujeto (consistencia adquirida) y esto condiciona surespuestaalaexcavacin(Fig.1.4).


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Figura12.Elmismomaterialpuedealcanzarlaroturacondiferentestipos

decomportamientodeacuerdoconelrangodetensiones.

Si simplificamosalmximo,podemosdecirquehay tresmediosprincipalesen lanaturaleza:arena,

arcillayroca,quetienentresconsistenciasfsicasdiferentes: Laconsistenciade laarena,quetienesuefectosobretodoentrminosdefriccin,dando lugara

comportamientosdetiposuelta. Laconsistenciadelaarcilla,quetienesuefectosobretodoentrminosdecohesin,dandolugara

comportamientosdetipocoherente. Laconsistenciade la roca,que tienesuefectoen trminosdecohesiny la friccin,convalores

significativamentemsaltosqueenelcasodelaarenaylaarcillaquedanlugaracomportamientosdetiporoca.

En su estado natural, elmedio aparece con las caractersticas de su propio tipo de coherencia, sin

embargo, cuando se aborda la construccin subterrnea, en la que se est sujeto a las tensiones queaumentanconlaprofundidad,tieneunaconsistenciaquevaraenfuncindelaentidadylaanisotropadedelflujodetensiones(consistenciaadquirida).

La formaenque laconsistenciadelmediovaraen funcinde suestado tensionalesestudiadopor

mediodeensayostriaxialesenmuestrasyesdescritapor lacurva intrnsecay losdiagramasdetensindeformacin.

Tres zonas caractersticas pueden ser identificadas durante el avance del tnel en un tnel sin

revestimiento.1. Unazonainalterada,dondelamasaderocatodavanoestafectadaporelpasodelacara.2. Elfrentedeltnelozonadetransicin,loquecorrespondealradiodeinfluenciadelfrente,enlos

quesupresenciatieneunefectoconsiderable.3. Unazonadeestabilizacin,dondeel frenteyanotieneninguna influenciay lasituacin tiendea

estabilizarse(siesposible).Esimportanteobservarqueenelpasodelazonainalteradaalazonadeestabilizacin,elmediopasa

deunestadotriaxialaunestadodetensinplanarylazonadelfrenteesdondeestatransicintienelugar.Enconsecuencia,estaeslazonamsimportanteparaelingenierodediseo.Esaqudondelaaccindela


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excavacinalteraelmedioyesenestazonadonde toda laatencindel ingenierodediseodebeestarcentradaparaelestudioadecuadodeuntnel.Noesposiblelograrestosinqueseempleentresmtodosdeanlisisdimensional.

2.3.LaaccinLaaccinestodoelconjuntodeoperacionesrealizadasparaexcavarelsuelo.Seveenelavancedela

caraatravsdelmedio.Portanto,esunfenmenoclaramentedinmico:elavancedeuntnelpuedeserimaginadocomoundisco(lacara)quepasaatravsde lamasaderocaconunavelocidadV,dejandounespaciovacodetrsdel.Seproduceunaperturbacinenelmedio,tantoensentido longitudinalcomotransversal,quealteralosestadostensionalesoriginales(Fig.14).

Figura13.Zonascaractersticasen laexcavacindeunagalera.


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Figura14.Propagacindelazonaperturbadaduranteelavancedelaexcavacin.

Dentrodeestazonaperturbada,elcampooriginaldetensiones,quepuedendescribirsemedianteuna

redde lneasde flujo,esdesviadopor lapresenciade laexcavacinyseconcentraen lasproximidades,produciendounaumentode la tensin,o,parasermspreciso,unaumentoenel flujode tensiones.Eltamaodeesteaumentodeterminalaamplituddelazonaperturbadaparacadamedio(enelqueelsuelosufre una prdida de las propiedades geomecnicas con un posible incremento en el volumen) y, enconsecuencia,elcomportamientodelacavidadenrelacinconlafuerzadelamasarocosagd.

Eltamaodelazonaperturbadaenlasproximidadesdelacarasedefineporelradiodeinfluenciadela

caraRf,que identificaelreaen laqueel ingenierodediseodebe centrar suatencin yen laque seproduceelpasodeunestadode tensin triaxialaunestadode tensinplana (la zonade la caraodetransicin); el estudio adecuado de un tnel por lo tanto requiere de tres mtodos de clculodimensionalesynoslolosmtodosdeclculoplanares.

2.4.LareaccinLa reaccines la respuestade ladeformacindelmedioa laaccinde laexcavacin.Segenerapor

delantedelacaradentrodelreaquesealtera,arazdelageneracindeunamayortensinenelmedioalrededorde lacavidad.Dependedelmedioy suestado tensional (coherencia)yen la formaenque seefectaadelantadocara(laaccin).Sepuededeterminar la intrusindematerialeneltnelatravsdelperfiltericode laexcavacin.Intrusinesconfrecuenciasinnimode la inestabilidadde lasparedesdeltnel.

La respuesta a la deformacin delmedio semanifiesta en las excavaciones de diferentes formas

dependiendo en el rango en que se produce y estos se pueden describir con diagramas sencillos. Porejemplo:

Unarespuestadecargaslida,principalmentecuandoelerrorseproduceenunmediogeneralmente

conformealatensinenelrangoelstico,queselocalizayproduceprincipalmentecomoresultadodela


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gravedad,cuandolafuerzadelmedioessuperioralolargodesuperficiespreexistentesdediscontinuidad(Fig.15).

Figura15.Respuestadecargasolida.

Unarespuestacomoanilloobandadeplastificacin,sobretodocuandoelfallosegeneraenelrago

elastoplstico,queseextiendealrededordelaexcavacinyseproducealolargodesuperficieshelicoidalesquesegenerandentrodelmediodespusdequehayaplastificado(Fig.16).

Figura16.Respuestacomobandadeplastificacin.

ConsiderandoahoralastreszonascaractersticasilustradasenlaFigura13,sepuedenexaminarcmo

lasituacindelastensionesyladeformacinsedesarrollaencadaunodeellos.1) zonaInalteradacaracterizadapor:

Elcampodeesfuerzosnaturales estadodetensintriaxialentodoslospuntos deformacinnula.

2) Frenteozonadetransicin(quecorrespondealradiodeinfluenciadelacaraRf),caracterizadopor:

campodeesfuerzosperturbado(variacinenelestadodetensiones); elestadodetensionesquepasadetriaxialabiaxial(aumentoeneldesviadordeestrs); aumento de la deformacin, inmediata e insignificante si est el rango elstico, diferida y

grandessiestenelrangoelastoplstico.


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3) Zonaestabilizada (si lasespecificacionesdediseoaplicadoen lazonadel frenteerancorrectas)quesecaracterizapor: equilibriodelcampodeesfuerzosrestaurado; estadodetensinbiaxial; Estadoplanodedeformaciones; fenmenosdedeformacinenunextremoofinal.

Medicionesexperimentalesindicanquenomenosdel30%deladeformacindeconvergenciatotalse

produceen laseccindeltnelquesedesarrollaenelfrente.Deellosededucequeelsuelopordelantedelfrenteeselprimeroquesedeformayquesloseproduce laconvergenciade lacavidaddespusdequesedeforme.Tambinsedesprendequelasmedidasdeconvergenciatomadasenelinteriordeltnelslorepresentanunapartedelfenmenodeladeformacintotalqueafectaalmedio.

Tressituacionesbsicaspuedensurgir(Fig.17).

Figura17.Tiposdereaccin.

Sialpasardeunestadotensionaltriaxialaunestadodetensinplanaduranteelavancedeltnel,la

disminucinprogresivade lapresindeconfinamientoen lacara (3=0)produceelestrsenel rangoelsticopordelantede la cara,entonceselmuroque se liberapor laexcavacin ( la cara) semantieneestableconunadeformacin limitadayabsolutamente insignificante.Enestecaso, lacanalizacinde lastensionesalrededordelacavidad(un"efectoarco")seproducepormediosnaturalescercadelperfildelaexcavacin.

Si,porelcontrario,ladisminucinprogresivadelastensionesenlacara(3=0)producetensionesenel

rangoelastoplsticoenelsuelodelantedelacara,entonceslareaccintambinesimportanteylaparedqueseliberaporlaexcavacin,lacara,sedeformademaneraelastoplsticohaciaelinteriordelacavidadyda lugaraunacondicindeestabilidadacortoplazo.Estosignificaque,enausenciade intervencin, laplastificacin se activa,mediante la propagacin radial y longitudinal de las paredes de la excavacin,produciendouncambiodel"efectoarco"dedistanciadeltneldemsenlamasarocosa.Estemovimiento


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que sealejadelperfil tericodel tnel slopuede sercontroladopor la intervencinparaestabilizarelsuelo.

Si, finalmente, ladisminucinprogresivade lapresinde confinamiento en la cara (3=0)produce

tensiones en el rangode fallo en el suelodelantede la cara, entonces la respuestadedeformacin esinaceptable y produce una condicin de inestabilidad en el suelo por delante de la cara, lo que haceimposiblelaformacindeun"efectoarco":estoocurreenelsuelonocohesivoosueltoyel"efectoarco"debe ser producido artificialmente en ella, ya que no puede producirse por medios naturales.Deellosededucequeesimportantedesdeelpuntodevistadelaestticaevitarlasobreexcavacinparamantener el perfil terico del tnel, sobre todo en las masas de roca fracturada y estratificada. Lasobreexcavacin accidental, provocada principalmente por la estructura geolgica de la tierra, ayuda acambiar ladistanciadelefectodearcode lasparedesde lacavidadyestodisminuye laestabilidaddeuntnel(Fig.18).

Figura18.Sobreexcavacineinfraexcavacin.

Sinembargo, laconclusinms importantequepuedeextraerseesque laformacindeunefectode

arcoysuposicinconrespectoalacavidad(delaquesabemosquedependelaestabilidadacortoylargoplazodeuntnel)sondadospor lacalidadyeltamaode la"respuestadedeformacin"delmedioa laaccind

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GEOTECNIA APLICADA A LA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES.pdf