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CLASE Nº 5 DE TÚNELES Universidad de Los Andes Facultad de Ingeniería Departamento de Vías Geotecnia Prof. Silvio Rojas Mayo, 2009
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CLASE Nº 5 DE TÚNELES
Universidad de Los AndesFacultad de IngenieríaDepartamento de Vías
Geotecnia
Prof. Silvio Rojas
Mayo, 2009
Forma y dimensiones de la sección:
La sección puede estar condicionada por algunos de los siguientes aspectos:
Sección producida únicamente por topos.
Este túnel es para carretera:
Para sección circular se desaprovecha mucho espacio de la sección.
Para la excavación de rocas blandas ya existen en el mercado topos que producen secciones ovaladas.
Sección requerida
Galería de avance hecha con topode diámetro pequeño ( ejemplo: 5 m diámetro)
Sirve de un gran cuele
Sirve como una galería de reconocimiento
Resto de la sección se obtiene con voladura u otro sistema de avance
método de perforación y voladura para rocas duras
y las rozadoras y excavadoras hidráulicas para rocas blandas.
Los túneles de carretera, por su gran sección,generalmente se excavan en fases
Topos 12 m de diámetro máximo
Las rozadoras de mayor envergadura de brazo alcanzan los 7.50 m de altura.
Fases de la excavaciónTerreno de baja calidad y secciones mayores de los 40 a 50 m2.
(es posible que que el terreno sea buena calidad y se avance en fases)
Realizar la excavación del túnel por fases
Justificación de la excavación en fases:
El túnel de mayordimensión da más problemas en cuanto a la estabilidad del terreno
Túneles construidos sobre el mismo suelo
Túnel pequeñogenera menores problemas de estabilidad del terreno circundante
1
Secciones muy grandes están limitadas al alcance de la maquinarianormal (palas, jumbos, rozadoras) tienen máximo 6 – 8 metros de altura.
secciones con alturas mayores al brazo de la maquinaria hace difícil las labores de la colocación del sostenimiento (bulones, cerchas, gunitado) y de la propia excavación.
2
Excavación por fases pueden conseguirse mayores rendimientos
Distintos equipos pueden trabajar simultáneamente en fases distintas a una cierta distancia
Se logran avances superiores a los que se conseguirían a sección completa.
L
2
L
El desfase entre una fase y la siguiente depende, tanto de criterios constructivos (movimientos de las máquinas, rampas), como de criterios geotécnicos.
Para garantizar que la excavación de una fase no influya en la anterior deben estar separadas
como mínimo dos veces el diámetro.
4 Además de la maquinaría y el rendimiento se debe tomar en cuenta la calidad de la roca para definir las fases.
Ejemplo de dimensiones normales para un túnel de carretera
Esquema habitual de fases de un túnel de carretera
Fase de avance
Destroza
Bataches
Contrabóveda
(cierre de anillo)
La forma en los túneles de carretera y ferrocarril
La longitud del túnel, profundidad, ancho.
En la forma de be tomarse en cuenta :
El gálibo necesario para desarrollar la función del túnel
El tipo de formación (roca, suelo) donde se desarrolle y las cargas sobre el sostenimiento provisional y revestimiento final.
La forma más adecuada desde el punto de vista tenso –deformacional :
•Es la circunferencia
•Intentando que la sección pase a trabajar predominantemente a compresión
•Trabajará totalmente a compresión si los empujes verticales y horizontales son aproximadamente los mismos.
Siglo XIX construyeron túneles estrechos de carretera con techo plano, donde consideró la posibilidad de utilizar formaciones rocosas, de estratos resistentes planos
Luego fueron ampliados transformando la bóveda a casi circular
Hipótesis:
El arco superior se apoya en hastíales verticales rectos o con ligera curvatura (herradura)
Hastíales terminan en soleras planas o incluso sin solera.
Túneles de dimensiones mayores se usan los esquemas mostrados
?
Sin embargo en la etapa de proyecto se deben hacer los correspondientes cálculos de estabilidad de cada una de las fases y de la sección completa
Secciones de túneles europeos antiguos con bóvedas en arco y hastíales pseudoverticales (herradura), aunque a veces esa forma se hacía más compleja (fig. 1b).
Secciones de túneles europeos antiguos
Bóvedas en arco y hastíales pseudoverticales (herradura),
En el análisis estructural se consideraban:
La carga sobre la bóvedadeducida empíricamente o tomando todo el peso del terreno sobre el arco
El hastial era un cimiento del arco, y sirviendo como un murosi se introducían empujes horizontales.
s. R
A aparentemente no consideraban en el cálculo las soleras o contrabóvedas que apuntalan la parte inferior de los hastíales.
La ausencia de solera o contrabóveda, permitióenormes deformaciones, con cierre de hastíales en unos casos y levantamiento del fondo en otros (expansión y descompresión en otros casos), alcanzando un levantamiento máximo de 2.50 m a lo largo de los años.
OJO OJO OJO
Los Hastíales pueden ser rectos o curvos.
Los hastíales rectos, intentan:
a.- Resistir los empujes laterales a modo de muros
b.- Trabajan como zapatas o apoyos de las bóvedas y transmiten al terreno inferior las cargas que éstas reciben. Por ello, necesitan una anchura mayor en su base, de forma que ocupen parte de la solera o contrabóveda.
El siguiente análisis refleja la deformación de los hastíales:
Diagramas de momentos flectores de los túneles de Trasvasur (Gran Canaria)
Bóveda circularHastíales verticales y una altura aproximada de unos 3.2 m.
La excavación fue hecha en unas capas de arcilla esmectíticas en el seno de las fonolitas.
s.r
Momento negativo
Se analizaron los esfuerzos debidos a la expansividad de la arcilla en las dos secciones de túneles.
momentos flectores llegaron a unos 200 KN.m
Los momentos fueron 65% menos
Sección en herradura
Sección circular
Sección adoptada en Trasvasur (Oteo et al., 1999) para ese túnel fue tiende a ser sección circular, tomando en cuenta los grandes momentos que se producían en la sección en herradura.
Si la sección fuera completamente circular y la expansión radial uniforme:
No habría momentos
Revestimiento trabajará a compresión simple.
Por está razón trato de hacerse lo más circular posible.
sección de un túnel moderno, en que los hastíales son curvos y puede haber una contrabóvedacurva.
Esta sección con una superficie plana de utilización, sea para carretera o ferrocarril, es muy típicaen la actualidad
La sección ayudaa que el usuario vea una bóveda cilíndrica y unos hastíales curvos , que dan una impresión de sección casi circular.
Aún tendiendo la sección a ser curva siempre tendrá más flexiones que el círculo de radio único.
La bóveda plana, si la estratigrafía de techos planos lo permite.
En este caso son un requerimiento los bulonespara conseguir una placa resistente
En Madrid:
Las bóvedas de hormigón en masa fueron cortadas y sustituidas por techos planos
Las estaciones actuales (Madrid, Sevilla, Málaga, etc.) pantallas continuas y techo plano armado o postensado
Esta solución se utiliza, a veces para túneles de línea superficiales(profundidades de rasante de 15 – 18 m)
Metro de Barcelona, Bilbao, Madrid, Málaga, Sevilla, valencia, etc.
En algunos falsos túneles (ferrocarril Atocha-Chamartín de Madrid)
Las bóvedas son de gran tamaño, de hormigón en masa y prácticamente sin recubrimiento..
Se ha transformado parte de la sección original en techo plano, con losa de hormigón armado
S.r
Si es un cajón el problema está resulto
Métodos de construcción de túneles en suelos :
¿Cómo a vanzado la construcción de túneles en suelos?
1.- Antiguamente los túneles se excavaban con secciones pequeñas, entibadas con maderas, ampliando poco a poco la sección.
2.- Más recientemente el método Austriaco, con sección partida, que dio buenos resultados.
Se abren dos galerías de avance o reconocimiento
Luego se amplia la clave, entivando con madera, hasta excavar toda la zona de la bóveda, haciendo avances de 1.5 a 2 m,
Los escombros producidos en la zona de bóvedase extraen por la galería de la solera, a través de pozos hechos cada 20 metros aprox.
Pozos de comunicación cada 20 m aprox
Luego se excavan los hastíales
Luego se coloca de abajo hacía arriba el revestimiento definitivo.
4.- Método de Madrid. Del método Belga, se pasa al método de Madrid.
3 + 2 = Excav. Bóveda
3 = Hormig.´bóveda
4 = Excav de destroza
5 + 6 = Excav de hastíales
6 = Hormig de hastíales
7 = Excav y hormig de solera
No es recomendable, ya que se pueden generar grietas de tensión en los picos.
Los hastíales se construyen de manera de evitar descalzar simultáneamente los dos apoyos de la bóveda
Es un proceso constructivo a sección partida La bóveda cilíndricapuede ser de varios o un único radio, como en el caso de túneles de bastante anchura
La bóveda suele apoyarse en una pata de elefante
La bóveda queda parcialmente descalzada al excavar la zona de hastíales
Método bastante seguro y se pueden tener varios frentes de avance. Se ha usado en túneles de hasta de 12 m de ancho
En el proceso constructivo: Los avances son de 2.50 m
Se usan elementos metálicos (longarinas) para el sostenimiento longitudinal y maderapara todo el resto del sostenimiento.
Sostenimiento provisional
Destroza se puede excavar con pala
Si el terreno es muy duro se puede emplear martillo o rozadora
s.r cimbrado = colocación de costillas
s.r estas fases pueden ir haciéndose en paraleo cpn el avance
Hormigonadodefinitivo de la bóvedaen cada avance (dura 24 horas.)
Luego se excava destroza
Los hastíales se hormigonan porbataches que van a unos 25 metros del avance.
Sostenimiento definitivo
Métod Bernold:
Aplicado en suelos consistentes y rocas de mala calidad.
El avance es de 1 a 3 metros Colocación enseguida de cerchasmetálicas a todo lo ancho de la bçovedaen la que se apoyan chapas metálicas
Antes del siguiente avance, se rellena con hormigón o gunita, el trasdós entre la chapa y la roca entre 15 a 30 cm de espesor .
Se refuerza el exterior con gunita
Para la parte inferior se prolonganlas cerchas y chapas y se aplica el hormigonado.
Posteriormente puede construirse el revestimiento definitivo con hormigón o reforzar más la sección con gunita.
Escudos de lanza penetran el suelo aplicándoles fuerza a través de una serie de gatos
Bajo el escudo se excava con máquina o a mano
El avance de 2.5 a 3 m y se aplica hormigonado
El resto de la sección se usa el método de madrid.
Prebóveda cuyo hueco se hace con una sierra.
El espesor de la prebóveda de 10 cm a 30 cm y longitudes de 3 a 4.5 m.
La excavción mecanizada ya fue mencionada
El método aleman:
Método apropiado para luces importantes de bóveda o cuando el terreno en el apoyo de bóveda es de baja calidad.
Primer sector de avance son los hastíales
A veces en dos fases
Hastíales se construyen anchos para transmitir cargas al terreno.
La solera o contrabóveda
Solera plana, sirviendo de puntal a los hastíales rectos
Solera curva, forma muy apropiada para el caso de empujes de agua Puede ser variable:
horizontal en su parte superior y en ángulo en la inferior. Sirviendo de puntal como de resistente frente a empujes horizontales en esa zona
Estado de tensiones
Proceso constructivo
Unión de las diferentes partes del revestimiento
No basta que tenga forma circular aparente.
Al construir los hastíales la bóveda puede quedar descalzada.
Solución:
Colocar bulones parte baja de la bóveda
Hacer patas de elefante.
Al construir la zona de contrabóveda:
La bóveda y hastíales pueden quedar descalzados
Solución se bulona adecuadamente esa zona de unión.
En el túnel trasvasur:Unión entre hastial y solera se resolvióbulonando el pie de la cerchas, a fin de que desde el comienzo, hubiera resistencia frente a acciones laterales.
Si no es preciso que la contrabóveda sea curva (no hay empujes de agua):
Usar solera plana como puntal contra posibles empujes horizontales
Pero siempre con un apoyo adecuado, de forma que no se corte la solera (salvo puntualmente) por cajones de servicio.
El proceso constructivo por fases condiciona las formas:
Sección de proyectocorresponde a los dos túneles
paralelos de la M-40 de Madrid
El suelo estaba conformado por:
arena ( 7- 10% de finos) y arenas arcillosas (25 – 35% de finos).
El ancho tenía casi de 20 m. No se podía ejecutar en una sola fase
Construir las galerías de los hastíales primero
Luego gunitary colocar bulones y hormigonar
serviría de apoyo a la bóveda (con 14 m de luz).
La bóveda se realizaba con el sistema de prebóveda conseguida con precorte con sierra y gunitando el hueco.
La idea básica de excavación, era aplicar el método alemán
De los análisis se determinó:
Al construir por fases esta obra, se concentraban mucho los esfuerzos de flexión y corte.
Se decidió a utilizar la siguiente sección.
Modificaciones:
Galerías de los hastíales se modificaron en su forma
Se redujo el apuntalamiento de la bóveda
Se modificó el hastialtransformándolo en una estructura de gravedadcon una zapata anchaque pudiera repartir las cargas de la bóveda.
El cambio de forma permitió ejecutar la obra sin problemas
El calculado se hizo:
Siguiendo el proceso constructivo y teniendo en cuenta la historia de esfuerzos de cada fase.
Por tanto el cálculo debe hacerse por fases y no solo para la sección terminada
La sección inicial planteada, si el análisis se hacía ya terminada, al ser inicialmente casi circular resultaba adecuada al problema, pero solo cuando estuviera construida enteramente.
En general las situaciones pésimas corresponden a situaciones intermedias y no a la final.
Tratamientos especiales
Estabilización de la clave:
Se aplican cuando al efectuar el avance ésta es inestable.
1 Enfilaje o forepiling
Bulones en la parte alta del frente inclinados unos 40º - 45º hacia adelante
Los bulones cosen por delante del frente las cuñasque puedan producirse en la zona de clave en avances posteriores
2 ParaguasSe introducen antes de cada avance
Pueden construirse con bulones de diámetro 32 mm paralelos al túnel
Pueden construirse con tubos huecos inyectados de diámetro 102 a 150mm y espesor 3 a 4 mm.
Se usa para atravesar una zona de roca muy fracturadao muy alterada
Solape entre tubos de 2 a 3 m, Cuando la zona atravesar es amplia.
El paraguas actúa como una viga, por tanto deben apoyarse. Por tanto deben colocarse cerchas a medida que se avanza.
3 Paraguas o corona de Jet Grouting
Conformados por perforaciones inyectadas a presión, lo cual consolidan el suelo en una zona amplia que rodea el futuro perímetro del túnel.
Son apropiadospara atravesar zona de materialsuelto (zona de falla) o roca descompuesta
Estabilización del frente
Si el frente es inestable, existe la posibilidad de derrumbe del frente hacia el interior del túnel.
El tratamiento no debe ser moderado ya que se debe remover para el avance.
1 Machón central No se excava todo el frente
Se deja un contrafuerte o machón que soporte los empujes del frente
Hastíales y clave excavados para colocar sostenimiento
2 Bulonado del frente Se cose el frente con bulonado L = 9 m
Prefible los bulones debenser de fibra de vidrio que son fáciles de excavar
1 Bulón por metro cuadrado
Proporciona buena estabilidad del frentetanto en suelos como en rocas alteradas y fracturadas
3 Sellado del frente
Se realiza un sellado del frente con gunita
Ese espesor del concreto es de 3 a 5 cm
Evita el lavado de las juntas o arrastrar roca suelta
Se debe drenar bien el agua del frente
4 Excavación a media sección
Es una buena medidapara estabilizar un frente
Se excava en dos fases mínimo
Desfase mínimo entre ambas 20 metros
Si hay más divisiones requiere mayor organización
Ya los tratamientos de la solera para su estabilización los vimos
Cobtrabóveda
Bulones en la base de los hastiles
Pata de elefante para la bóveda
Otros tratamientos especiales son:
las inyecciones de consolidación alrededor del perímetro
Drenaje
Inyecciones de lechada de cemento cuando se detecten huecos dentro del macizo
Huecos:
Dificultan el bulonaje
Concentración de esfuerzos
Afluencia de agua
Tratamientos comunes:
Concreto proyectado:
Hormigón colocado
Encofrado y vibrado
Aridos:
Tamaño máximo de áridos: 8 mm por vía humeda y 16 mm (recomendable 12 mm) por vía seca.
La tendencia es no superar los 8 – 10 mm.
1.- Sella la superficie de la roca, cierra las juntas, evita descompresión y alteración de la roca
2.- Desarrolla resistencia. Puede trabajar como un lámina que resietecargas. Resiste cargas de cuñas o bloques.
Cemento:
Convencional
Cumplir especificaciones técnicas RC-88
También debe cumplir:
Principio de fraguado: 1.5 a 4 horas
Finura: 3500 a 4500 cm2grs
Aluminato y sulfatos ??
Contenido: 300 a 400 kgm3:
Menor tamaño de árido mayor cantidad
Mayor resistencia mayor cantidad
Agua Las comunes en la practica
Y aquellas con bajo contenido de sales y sustancias orgánicas
Aditivos
El cemento reacciona rápidamente y alcaza latas resistencias iniciales
Acelerantes
Silicatos, aluminatos, carbonatos, hidróxilos, cloruros
A largo plazo se reduce la resistencia
Acelerante en líquido 8% agua /cemento. Más eficaz
Acelerante en polvo 10% agua/cemento.
Acelerante líquido ayuda a eliminar el polvo en el frente de trabajo
Cenizas volantes Mejora la adherencia a la superficie de la roca
Mejora la resistencia a largo plazo
Humo de silice(SiO2) o microsilice
Reduce el polvo
Reduce el rechazo
Mejora la adhesión y resistencia
Debe comprobarse la compatibilidad con el acelerante
Puesto en obra por vía seca
1Mezcla:
Cemento, áridos, aditivos en polvo, fibras si existen
2Agitador
3 Aire comprimido empujando la muestra a través de tubería y manguera de proyección
4En la boquilla de la manguera se añade agua y los aditivos líquidos, que vienen por otra manguera.
5 El operador regula la entra de agua, según observa la consistencia del hormigón.
Puesto en obra por vía húmedaTolva gunitadora: Se vierte la mezcal completa de cemento + áridos + agua + aditivos
Se impulsa la mezcla a la manguera a través de un tornillo sin fin.
En la boca se añade aire comprimido para proyectar la mezcla
Actividad Vía seca Vía Húmeda
Equipos Más baratas. Bajo mantenimiento. Desgastes considerables
Equipos más compactos. Menor consumo de aire comprimido . Menores desgastes.
Mezclado En la obra o planta. La mezcla puede almacenarse en un lugar seco. Problemas con la humedad de la arena.
Mezcla más ajustada, hecha en planta. No hay problemas con la humedad de la arena.
Rendimiento
Hasta 5 m3 por hora. Puede transportarse por cinta.
Has 10 m3 /hora.
Rechazo Entre un 20 y 50%. Pérdida de áridos por rechazo.
Menor rechazo, hasta un 10% como mínimo.
Calidad Mayores resistencias. Resulta hormigón heterogéneo.
Menores resistencias. Más homogéneo.
Actividad Vía seca Vía Húmeda
Velocidad de impacto
Alta, resulta una mejor adherencia y facilidad de empleo en bóveda.
Inferior, pero suficiente.
Aditivos Los aditivos en polvo se añaden con la mezcla, los líquidos en la manguera de salida.
Todos en la mezcla, más fácil de usar aditivos líquidos.
Polvo Se produce más polvo. Se produce poco polvo: mejor visibilidad y no hay problema peligro de laminación por polvo.
Flexibilidad Puede usarse para todo tipo de gunitado.
Puede usarse también para bombear hormigón colocado.
Recomendaciones generales:
La superficie debe limpiarse con aire y humedecer
En los puntos donde exista flujo de agua debe entubarse.
También se recomienda u robot gunitadormanejado a control remoto.
Distancia de la boquilla a la superficie entre 0.60 y 2 m.
Se debe gunitar con la boquilla perpendicular a la superficie, describiendo círculos de abajo hacia arriba.
Caudales requeridos de aire para un compresor de 700 kgcm2 = 700 KPa
Malla y fibra
No se coloca y su función es de sellado (espesores inferiores a 5 cm)
Si su función es de resistencia se coloca malla o fibra.
El refuerzo permite gunitar mayores espesores
La tabla indica la cantidad de malla requerida por m2
Para maniobras se recomienda que la cantidad se inferiores a 3 kg/m2
Para adaptarlo mejor a irregularidades
Métodos de sujeción de malla
Solape entre paños de malla: 20 a 30 cm
Para que trabaje adecuadamente, la malla debe estar embebido dentro del hormigón
Por tanto se debe efectuaren dos capas y la malla se coloca entre ambas.
Malla colocado primero y luego se gunita.
La ventaja: Actúa desde el primer momento, evitando caídas.
Desventaja:
corrosión por aguas
Peor comportamiento estructural
Fibra de acero
A la mezcla se le añaden fibras y se dispondrán en todas direcciones
Le confiere mayor resistencia a la tracción al concreto comparado con el concreto normal en masa
Alambres de acero
Cantidad: 30 a 50 kg de fibra por m3
Resist a flexión concreto con fibras
---------------------------
Resist a flexión concreto sin fibras
Ensayo: probeta de 15 x 15 x 60 cm
Ventajas y desventajas
Fibras
Puesto en obra sencillo
Ocasiona desgaste en máquinas y mangueras
Actúa después de varías horas que el hormigón ha endurecido
El rechazo del concreto hace que se pierda fibras colocadas a la mezcla y que no se puede controlar
Disminuye el rechazo del hormigón proyectado
Malla
Puesto en obra lento y difícil
No ocasiona desgaste en equipo de bombeo
Actúa desde el primer momento y por si sola sostiene cuñas
La cantidad de acero se mantiene
La malla si deja huecos entre ella y la roca, aumenta el rechazo. La malla vibrará
Ensayos y control del concreto proyectado
Control de espesores
Control de resistencia a corto y largo plazo
EspesoresDejar clavos en los hastíales y clave, los cuales deben cubrirse totalmente con el concreto (espesor exigido)
Si el concreto ya se ha proyectado, usar un taladro y medir el espesor
Sacar un testigo de los hastíales y que también sirve para la compresión simple
Contenido de fibras
Contenido de fibras
De una muestra antes del gunitado, separando el las fibras.
De una muestra del hastial separando el concreto de fibras (debe cumplir lo exigido)
Una muestra tomada de una artesana donde se ha proyectado concreto y se ha dejado en el túnel por algunos días
Resistencia a la largo plazo
Se mide resistencias a los 3, 7 y 28 días
Las probetas obtenidas del hastial o de una artesana. La artesana se deja en el túnel hasta que frague el concreto
Resistencias a corto plazo
En general es más importante que la resistencia a largo plazo.
Si el túnel lleva un revestimiento definitivo encofrado es todavía más evidente (en roca que se desconfina rapidamente)
Resistencias requeridas por la norma Austriaca de hormigón proyectado en las primeras 24 horas
Métodos para determinar la resistencia a corta edad
Penetrómetro
Bulones
Cosen
Confinan macizo
Se une a la roca por la punta
El bulbo de lechada se forma en la punta
Fuste libre de lechada para poder tensar
El tensado se logra a través de la placa y tuerca, que le transmiten la fuerza impuesta al anclaje al macizo en la cara de la placa
La fuerza de tensado varía entre 6 ton a 15 ton, y esta fuerza la debe resistir el bulbo que se forma en la punta.
Se inyecta en toda su longitud
Trabaja cuando la roca se deforma
No es necesario el uso de placa
Aunque se le debe colocar para sujetarla a la malla
Es el más usado
Más rápido y sencillo de colocar
Deja deformarse la roca, lo cual es uno de los principios en el diseño, que la propia roca seael principal soporte del túnel
Tipos:
Bulón de anclaje mecánicoSe fija a la roca con una cuña que se expande en la punta mediante un sistema de roscado
La barra se tensa mediante con el uso de la placa y tuerca
El anclaje en la punta es sensible al diámetro del taladro y a la calidad de la roca
Con el tiempo se tiende a perder el agarre con la roca
Datos técnicos del bulón de anclaje mecánico
Bulón de Redondo inyectado El más utilizado
Barra de acero corrugado
Si es pasivo:
Se fija mediante :cartuchos de resina epoxi,
cartuchos de mortero de cemento
o inyectando lechada de cemento (mejores resultados)
Si es activo:
Se inyecta solo el bulbo de anclaje, por medio de un obturador.
Si se usan cartuchos solo se introducen en le fondo.
Tensado se hace cuando halla fraguado la resina o el cemento
Luego de tensado se puede inyectar el resto.
Datos técnicos del bulón de Redondo inyectado
Bulón DywidagAcero más resistente
Similar al anterior
Datos técnicos del bulón tipo Dywidag
Bulón de fibra de vidrio
Se usa en zonas que han de excavarse en fases posteriores
Datos técnicos del bulón de fibra de vidrio
Bulones de cables Funcionamiento similar al bulón de redondo.
s.r
Es un ancla jeactivo
Debe ser inyectado solo en la punta
No pueden usarse cartuchos
Es de utilidad en túneles con gálibos escaso, en los que es necesario instalar bulones largos, ya que al ser flexibles, pueden colocarse sin dificultad
Datos técnicos del bulón de cables
Bulón SwellexEs un bulón hueco, que se introduce en el taladro y luego se expande inyectándole agua a presión en su interior.
Al expandirse rellena todo el taladro logrando generar la fricción necesaria con las paredes del barreno.
Acero deformable
Datos técnicos de los bulones Swellex
Colocación de los bulones Replanteo:
Se marca con pintura en los hastíales y clave según la cuadricula. Aunque esta puede variar para adaptarlos a coser las juntas.
Ejecución de los taladros:
El mismo jumbo o Máquina bulonadora
Colocación:
Cuando se utilizan cartuchos de resina o mortero, el bulón ha de introducirse de manera que rompa los cartuchos.
Se usa el jumbo, para introducir el bulón en el taladro con rotación continúa, de manera que la resina o el mortero, quede bien distribuida a lo largo del fuste.
Inyecciones: Seguir la técnica de instalación (s.r)
Control: Los pasivos hacer un tensado mínimo
Los activos no lo necesitan
Cerchas: Colaborar con el hormigón proyectado
Su resistencia inicial es la definitiva
Definen la geometría del túnel ayudando a conseguir los espesores adecuados de concreto
Se deben colocar en contacto con el terreno a lo largo de toda su longitud y firmemente apoyadas en el suelo
En secciones grandes cada cercha se divide en tres arcos
Entre cerchas se debe colocar barras de acero de unión, llamadas tresillones
Cerchas TH Muy usadas en minería y tuneles
Grapas de unión
Cerchas HEB (IPN)
Inconveniente es el solape: Se efectúa mediante chapa y tornillos
Dificulta la colocación de la cercha (la cercha debe ajustarse a la roca)
Características geométricas de las cerchas
Cerchas reticulares:
Formadas por retícula de barras soldadas
Al gunitar quedan bien embebidas dentro del hormigón proyectado
Solape entre arcos mediante tornillos
1.- Dividir tramos según su litología, variación estructural, grado de meteorización
Pasos generales a seguir en el proyecto y construcción:
3.- Obtener los índices de Valoración RMR, Q, etc.
4.- Caracterizar geomecánicamente el macizo: Calidad, fricción, cohesión
5.- Estimar sostenimientos
6.- Ajustar los índices de valoración a medida que avanza la construcción del túnel
7.- modifique el sostenimiento.
Manual Romana (Conferencia)
Gonzáles Vallejo (2002). Nuevo Método Austriaco (Rabcewicz, 1964)
1.- Utilizar la roca como elemento resistente.
2.- Métodos excavación que minimice los daños al macizo rocoso
3.- Colocar sostenimiento flexible a una velocidad adecuada.
Nota: La colocación del sostenimiento inmediato evita descohesión, meteorización, pérdida de dilatancia.
4.- Controlar la influencia del tiempo en el comportamiento de la roca.
5.- Construir el revestimiento definitivo, cuando sea necesario, también flexible para minimizar los momentos.
Si se necesita resistencia: Armaduras, bulones, cerchas.
Se debe lograr que el terreno circundante actúe como un anillo portante, pasando hacer parte del sostenimiento.
Continuación método Austriaco. Vallejos.
1.- En forma inmediata aplique hormigón o gunita a toda la sección.
2.- Para rocas diaclasadas instale bulones
3.- Para evitar fases de diferentes reajustes del estado de tensiones, de ser posible se debe excavar a sección completa o al menos reducirla a tres las excavaciones parciales.
4.- Se debe generar secciones redondeadas, para evitar concentración de esfuerzos en esquinas y salientes.
5.- No considerar el túnel como una estructura tipo arco.
6.- Considerar el túnel como un tubo, que tiene mucha capacidad portante.
7.- Por tanto en terrenos de mala calidad se debe cerrar la solera con una contrabóveda.
Cambios de tensiones debido al avance del túnel
Estado de esfuerzos antes de ser excavado
(s.r los esfuerzos en maboselementos son aproximadamente los mismos)
Línea Ko
Los esfuerzos disminuyen en el perímetro debido a la relajación que supone la excavación.
s.r descompresión de la roca (disminuye la fuerza entre partículas debido al desplazamiento de las mismas)
8
Influencia del tamaño de la sección en la estabilidad
Entre más pequeño es el área excavada menor es la zona afectada en el frente de excavación
Se debe tratar de reducir el número de fases de excavación para aumentar el rendimiento pero teniendo en cuenta la estabilidad
Zona descomprimida
Desplazamiento cuando empieza a actuar el sostenimiento
s.r Desplazamiento que ha ocurrido en el perímetro antes de que el sostenimiento actue
s.r Comportamiento plástico a a partir del pto indicado.
El permitir este desplazamiento se hace que la roca actúe como un autosoporte
OJO
1Curvas características que ocurren después que se alcanzado el punto de equilibrio entre roca y sostenimiento
2Esto se debe a la fluencia de los materiales con el tiempo
3ncrementos de esfuerzos sobre el revestimiento por fluencia
4 s.r
Los esfuerzos producidos la fluencia se deben a que la descompresión moviliza toda la resistencia de la roca, y luego posteriormente no existe resistencia que pueda aportar la propia roca
5Estos esfuerzos de fluencia deberían ser absorbidos posteriormente por el revestimiento definitivo.
1Casos peligrosos de altas fluencias de los materiales después de colocado el revestimiento
2 esto Puede ocurrir en materiales como:
Rocas muy fracturadas, tectonizadas
Formaciones volcánicas (escorias, tobas, piroclastos)
En suelos: En arenas arcilosasy arcillas fisuradas se pierde la cementación
3 para estos casos:
Excavación inmediata y colocación inmediata de revestimiento semi-rígido
