Presentación Breve Curso Túneles

1. TUNELES
TUN6201

2. I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N
TUNELES
TUN6201
PROFESOR LUIS CUEVAS
QUIROGA
2014

3. I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N
Para aprobar la asignatura es obligatorio, asistir a lo menos al 75% de
las clases realizadas y obtener una nota final mayor o igual a 4,0.
La inasistencia a alguna evaluación será calificada con nota igual a 1.
La inasistencia a alguna evaluación podrá ser justificada sólo en la
Dirección de Carrera.
Se realizará la penúltima semana de clases una Evaluación
Recuperativa.
REGLAMENTOS DE LA ASIGNATURA

4. I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N
Dicha evaluación será de tipo objetiva con casos de aplicación,
acumulativa en contenidos y cuya calificación reemplazará sólo una
nota.
Podrán rendir la Evaluación recuperativa sólo aquellos alumnos
autorizados por la Dirección de Carrera.
Todos los alumnos deben rendir el examen final.
Examen Final = Producto
Ningún alumno se exime.

5. I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N
Se trabajará en grupos de máximo 2 integrantes.
- 30 min de espera, de lo
contrario…
- Entrada cambio de hora

6. I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N
No es excusa el haber faltado a la actividad anterior para no rendir una
evaluación.
Es deber del alumno revisar semanalmente
mensajes y anuncios publicados en
intranet (blackboard).

7. I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N
Sistema de comunicación:
Mail de alumnos DuocUC
Correo Profesor: l.cuevas@profesor.duoc.cl
Creación de Cuenta Dropbox para envío de archivos de mayor tamaño.

8. I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N
Por participación en clase, el alumno será calificado con 0.3 de nota.
Puede acumular sólo 1 vez por clase.
Estos se acumulan en cada clase y puede ocuparlos para sumarlos a
cualquiera de las 3 evaluaciones parciales.
Se solicita mantener un comportamiento adecuado y respetuoso durante el
desarrollo de las clases.
Celulares en modo silencio o guardados.

9. I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N

10. I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N
EVALUACIONES
Unidad I 30%
TEORÍA Unidad II 30%
Trabajo Investigación 20%
Controles y Tareas 20%
Total = 100 % => Nota Presentación Examen

11. I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N

12. I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N
UNIDADES
I. OBRAS SUBTERRANEAS
II. TUNELES

13. Además, los túneles tienen un rol importante en lo que respecta a la explotación minera, pero por otro
lado se destaca la inminente aplicación en las obras públicas.
En lo que respecta a las obras públicas, las principales funciones que poseen los túneles son muy
diversas, como por ejemplo, para el transporte, el almacenamiento, instalaciones varias, necesidades
científicas y túneles para la protección de personas.
Un túnel es una obra subterránea de carácter lineal, cuyo objeto es la comunicación de dos puntos, para
realizar el transporte de personas, materiales entre otras cosas. Normalmente es artificial.
Un túnel se presenta con frecuencia como una solución alternativa de los trabajos a cielo abierto

14. CLASIFICACION DE OBRAS VIALES SUBTERRANEAS - Clasificación de Túneles
(1) Según Ubicación. Los túneles, según su ubicación en relación a las ciudades, pueden ser definidos
como:
-Rurales: Son túneles ubicados fuera del entorno urbano y que están destinados a atravesar
obstáculos físicos tales como montañas o cuerpos de agua que resultan difíciles o inconvenientes de
cruzar mediante puentes.
Los túneles rurales habitualmente tienen pocas restricciones espaciales.
Suele ser más costoso el abastecimiento de agua y electricidad para la operación de los sistemas de
incendio, iluminación, ventilación, controles y comunicaciones que puedan requerirse.
En general, estos túneles son excavados en roca y suelos residuales (cruce de montañas) o suelos
sedimentarios (cruce de ríos y otros).

15. (2) Según Características Constructivos. Los túneles según sus características estructurales y de
construcción pueden ser definidos como:
- Túneles en roca (Normalmente a través de una montaña)
- Túneles en suelo (Normalmente urbanos)
-Túneles falsos (Construidos en hormigón armado y luego tapados con suelo. Generalmente se construyen
antes de la entrada a los túneles en roca, para proteger a los vehículos de la caída de rocas erosionadas
por el ambiente (clastos).
- Trincheras cubiertas (Estructuras de hormigón armado de sección rectangular, construidas en suelo y
luego tapadas. Generalmente son urbanas)
- Cobertizos (Estructuras de hormigón armado de sección rectangular construidos en zonas montañosas
para proteger a los vehículos de las avalanchas de nieve. Estas estructuras generalmente son abiertas en
uno de sus costados).
Túnel trinchera
Túnel Falso

16. (3) Según Clima y Altitud. Resulta de especial importancia la ubicación geográfica (fundamentalmente
altitud) en donde se ubique la obra y el clima del sector.
Toda obra localizada en altura considerable y en un clima lluvioso o sectores con filtraciones mayores se
requerirá de un diseño especial de canaletas conductoras para evitar el congelamiento de aguas
escurrentes o infiltradas a la obra.
Hay dos fenómenos, particularmente peligrosos para los conductores, que se producen
frecuentemente en túneles cordilleranos con exceso de agua, que deben evitarse a toda costa:
-Pavimentos con una película superficial de agua congelada, que se tornan muy resbalosos.
- Empañamiento repentino del parabrisas al ingresar un vehículo a baja temperatura a un túnel lleno de
aire saturado y a mayor temperatura que el vehículo.
Para evitar estos fenómenos se deberá considerar en el proyecto la colocación de láminas térmicas, las
cuales evitan la generación de goteos y su posterior congelación de arriba hacia abajo (estalactitas) o
de abajo hacia arriba (estalacmitas).
(4) Según Equipamiento Según Flujo Vehícular y Longitud. Se puede clasificar de acuerdo a la función
del Tránsito Medio Diario Anual (TMDA) y del Tránsito en Hora Punta asociado a dicho TMDA, versus la
longitud del ducto.
La longitud de un túnel es fundamental en la determinación de las especificaciones de requerimientos
de equipamiento, ya sea para implementación inmediata o a futura.

17. Sin embargo, es necesario tomar las precauciones respectivas en el diseño de la sección básica y obras
civiles, particularmente si se pretende habilitar sistemas de ventilación en etapas posteriores.
En todo caso, la clasificación apunta principalmente al tipo de equipamiento con que deberían contar los
túneles y la decisión de construir uno o dos ductos deberá ser tomada tras un estudio técnico económico
que pondere adecuadamente todos los factores involucrados.
Las principales características de estos Sistemas de seguridad son las que se indican:
- Luces de Evacuación de Emergencia: Son luces usadas para
indicar o mostrar el camino hacia las bocas de los túneles en
caso de presencia de humo. Son equipos activados manual o
automáticamente en caso de incendio. Debe tratarse de luz
blanca que pueda verse a través del humo, instaladas en las
paredes a 1 m sobre el pavimento y a lo menos cada 50 m
una de otras, deben tener capacidad para permanecer a lo
menos 1 hora encendidas.
- Extintores de Incendio: Debe tratarse de equipos puestos en nichos en las paredes del túnel dentro de
cubículos iluminados con puerta de vidrio delgado fácil de romper en caso de requerimiento. Deben
estar indicados con señalización adecuada, reflectante e iluminación interior. A lo menos se considera un
punto de ubicación cada 200 m.

18. -Señales de Servicio: Debe considerarse dentro del túnel la instalación destacada de señales camineras
que indiquen la presencia de extintores de incendio, teléfono de emergencia, velocidad y otras
condiciones especiales de la obra.
-Marcas de Pavimento. Ojos de gato: Debe considerarse la instalación de este tipo de marcas
reflectantes en el pavimento igual que su instalación en el camino exterior.
-Teléfonos de emergencia: Estos teléfonos deben ser destacados y deben funcionar de manera tal que
emitan una señal al controlador con solo levantar el auricular no requiriendo discar ningún numero.
Se deben instalar en nichos cubiertos con un semi techo. SU número debe ser uno cada 200 m de
longitud de túnel
1. Estación de emergencia
2. Señal de velocidad
3. Señales de control de carril
4. Señal electrónica de mensaje variable
5. Equipamiento antiincendios
6. Salida de peatones

19. Diseño de un Túnel
En el diseño de los túneles se debe tener muy presente la complejidad del elemento estructural ya
que como toda obra subterránea, ésta se lleva a cabo en formaciones geológicas que en la mayoría
de los casos presenta características heterogéneas. No obstante lo anterior, las nuevas tendencias
respecto al reconocimiento del terreno, el diseño y la construcción de obras subterráneas permiten
revisar y realizar una actualización en las técnicas existentes.
A continuación se indican las fases que se deben considerar al construir un túnel:
El objetivo de la obra subterránea
La geometría del Proyecto: trazado y sección tipo
La geología y geotecnia del macizo
El sistema Constructivo
La estructura resistente: el Cálculo
Las instalaciones para la explotación

20. Sección tipo
Las secciones tipo que se utilizan en los túneles van a depender básicamente de dos factores, del gálibo
y de la forma óptima desde el punto de vista geotécnico. El gálibo va a depender de la funcionalidad que
se quiera dar al túnel, mientras que geotécnicamente la forma circular es la que mejor se adecua a lo
óptimo.
Dentro las secciones comúnmente utilizadas se encuentran las siguientes:

21. Siempre debe considerarse el espacio necesario para instalaciones de control de tráfico y equipos
electromecánicos (ventilación, iluminación, comunicaciones, incendio, etc.). Se considera que se deben
seguir como mínimo las siguientes condiciones de diseño para un túnel Dimensiones Mínimas de la
Sección Transversal
Gálibo vertical: 5 m o mayor, si se
requiere
Ancho de pistas: 3,5 m c/u.
Bermas: 0,5 m a cada lado de la
calzada
Aceras laterales: 0.75 a 0.85 m.
Pueden aceptarse excepciones
justificadas
Pendiente transversal única: 2%

22. PENDIENTE LONGITUDINAL
La pendiente longitudinal de los túneles es una variable crítica que influye sobre la velocidad de
operación del conjunto de vehículos, en especial en túneles bidireccionales en que se prohibe el
adelantamiento, quedando la velocidad controlada por la de los camiones.
Por otra parte, a mayor pendiente, mayor producción de gases tóxicos y de humos, lo que requiere
de sistemas de ventilación de mayor costo.
Según la AASHTO, se recomienda para casos normales no bajar de los 15 km/h la Maida de la
velocidad de los camiones en pendiente, pero para túnel este valor sube a 24 km/h y 40 km/h a
campo abierto
A partir de dichos antecedentes se analiza el siguiente caso a modo de ejemplo, se determina
para los datos que se indican:
- Velocidad de Proyecto del Camino : 100 km/h
- Velocidad Máxima en el Túnel : 80 km/h
- Velocidad Mínima Deseable en el Túnel : 65 km/h
Δ = 88 – 65 = 23 km/h (Máxima caída de Velocidad adoptada), con estos datos se puede
construye la siguiente tabla .

23. A partir de los datos de la tabla se aprecia que la pendiente máxima deseable debería
ser del orden de un 2,5%, pudiendo llegar a 3% si se acepta que la velocidad de los
camiones caiga hasta ≈ 60 km/h.
En túneles muy cortos de 300 a 400 m podrían eventualmente aceptarse pendientes de 5 a 6%.

24. Los métodos de excavación
En nuestro país el método más utilizado es el Nuevo Método Austriaco de Construcción de Túneles, el
cual, más que un método merece el nombre de metodología, pues no construye un procedimiento
seriado en concreto, sino que tiene como característica esencial buscar la colaboración de la roca o de el
terreno.

25. El Método Austriaco, consiste en excavar grandes secciones de túneles, incluso la sección completa y
permitir que la propia roca sana forme un anillo de descarga en el contorno de la excavación que
reduzca las presiones a absorber por el revestimiento del túnel.
Este método se caracteriza por el empleo de una galería de avance.

26. El nuevo método austríaco fue desarrollado en los años 1960. La excavación se realiza en dos fases,
primero se realiza la excavación superior y después se retira el terreno que quede debajo hasta la
cota del túnel. El método se basa en usar la tensión geológica del macizo rocoso circundante para
que el túnel se estabilice a sí mismo mediante el efecto arco. Para conseguirlo nos basamos en
medidas geotécnicas para trazar un sección óptima. La excavación es inmediatamente protegida con
una delgada capa de hormigón proyectado. Esto crea una anillo de descarga natural que minimiza la
deformación de la roca.
Debido al control exhaustivo el método es muy flexible, incluso en condiciones geomecánicas
desconocidas de consistencia de la roca durante el trabajo de tunelación. Las mediciones de las
propiedades de la roca nos informan de las herramientas apropiadas. En las últimas décadas las
excavaciones mayores de 10 km en suelo blando se han convertido en usuales. Uno de los casos más
conocidos, corresponden a la construcción de la Línea 4 y la Extensión de las Líneas 1, 2 y 5 del
Metro de Santiago.

27. TUNELADORAS
Una tuneladora o T.B.M. (Tunnel Boring Machine) es una máquina capaz de excavar túneles a sección
completa, a la vez que colabora en la colocación de un sostenimiento, generalmente de hormigón, ya
sea de forma provisional o definitiva.
La excavación se realiza mediante una cabeza giratoria equipada con elementos de corte y accionada
por motores hidráulicos. El empuje necesario para adelantar se consigue mediante un sistema de gatos
perimetrales que se apoyan en el último anillo de sostenimiento colocado o en zapatas móviles
(denominadas grippers), accionados también por pistones hidráulicos que las empujan contra la pared
del túnel, de forma que se obtiene un punto fijo desde donde avanzar
Los rendimientos conseguidos con tuneladoras de cabeza giratoria son elevadísimos si se comparan
con otros métodos de excavación de túneles, pero su uso no es rentable hasta una longitud mínima
de túnel a excavar: hace falta amortizar el precio de la máquina y eclipsar el tiempo que se tarda en
diseñarla, fabricarla, transportarla y montarla (que puede llegar a los dos años).
Además, los túneles a excavar con tuneladora tienen que tener radios de curvatura elevados porque
las máquinas no aceptan curvas cerradas, y la sección tiene que ser circular en túneles excavados
con cabeza giratoria. Por lo general este tipo de túneles, se emplearán para autopistas subterráneas
de grandes dimensiones, incluso con varias plantas, o para redes ferroviarias subterráneas,
dependiendo del diámetro de la tuneladora.

28. Tipo de roca
Clasificación Geomecánica RMR. Fue desarrollada en Sudáfrica por Bieniaswki en 1973, a partir de
cuarenta y cinco túneles, y posteriormente revisada por el mismo autor en 1976 y 1979. Constituye un
sistema de clasificación de macizos rocosos que permite a su vez relacionar índices de calidad con
parámetros de diseño y de sostenimiento. Esta clasificación tiene en cuenta los siguientes parámetros
geomecánicos:
• Resistencia uniaxial de la matriz rocosa.
• Grado de fracturación .
• Espaciamiento de las discontinuidades.
• Condiciones de las discontinuidades.
• Condiciones hidrogeológicas.
• Orientación de las discontinuidades respecto a la
excavación.
La incidencia de estos parámetros en el comportamiento de la excavación se expresa por medio
de un índice de calidad denominado Rock Mass Rating-RMR, que varía de 0 a 100. Este indica la
estabilidad del macizo rocoso.
mala

29. CLASIFICACIÓN MODIFICADA DE BIENIAWSKI EN SUBCLASES

30.  El desarrollo de un túnel se realiza de igual manera que cualquier obra a cielo abierto
teniendo en cuenta el tipo de sección elegida. Después de determinar los puntos entre
los que se traza el túnel se deberán realizar:
• a) Planta
• b) Perfil longitudinal
• c) Sección

31.  1) Obras de paso
 2) Conducciones y galerías de alcantarillado y saneamiento
 3) Túneles de carreteras, ferrocarriles y canales
 4) Conducciones de agua a presión
 5) Galerías de mina
CONTROL DE LAS DEFORMACIONES DE UN TÚNEL
• El control de las deformaciones de una obra puede ser considerado como una materia
específica e independiente, su estudio completo es complejo y extenso, y debería ser
tratado de forma monográfica como se realiza en geotecnia. Para poder evaluar o
medir estas deformaciones se utiliza un tipo de instrumentación específica. Los más
sencillos son los extensómetros destinados a medir deformaciones verticales o
laterales de la bóveda o de los hastiales de la galería. En el sector de deformaciones o
expansión donde se encuentra la galería aparecen unas tensiones que dan lugar a la
convergencia.

34. TRINCHERA
La trinchera cubierta exige la excavación previa con soporte, por medio de tablestacas o muros colados.
Este soporte mantiene la trinchera abierta durante la construcción y evita los desplazamientos de tierra
que pueden causar daños a las estructuras cercanas.
Posteriormente, se construyen secciones en forma de cajón de doble celda de concreto armado,
sostenidas por soportes de hierro y revestimiento de madera. Cuando el procedimiento constructivo
cambia de trinchera a túnel se hace necesaria una zona de transición en la cual el cajón de doble celda
se convierte en dos cajones independientes de una celda. Luego se rellena la trinchera para restaurar la
superficie del suelo que normalmente es la vía pavimentada. Este es el método empleado también para
la construcción de las estaciones subterráneas.
Los métodos aquí descritos, son los empleados frecuentemente en la construcción de otros metros en
el mundo. Actualmente se utilizan métodos relativamente nuevos o adaptados, a fin de contar con
medios especiales para controlar la interferencia del agua subterránea, desviar el tránsito del sitio de la
obra y reducir los trastornos causados por los trabajos de construcción en las actividades circundantes.

35. Para la construcción de túneles
Trinchera Grieta o fisura profunda (excavación)
Excavación creada por el hombre con la finalidad de crear un túnel en el lugar
excavación previa con soporte
Por medio de tablestacas o muros
colados
Mantiene la trinchera abierta
Evita desplazamientos de
tierra

36. Posteriormente, se construyen secciones en forma de cajón de doble celda de concreto armado,
sostenidas por soportes de hierro y revestimiento de madera.
De trinchera a túnel
Sección de transición
Cajón de doble celda a 2 cajones
de celda independienete

37. Luego se rellena la trinchera para restaurar la superficie del suelo que normalmente es la vía pavimentada
Actualmente se utilizan métodos relativamente nuevos o adaptados, a fin de contar con medios especiales
para controlar la interferencia del agua subterránea, desviar el tránsito del sitio de la obra y reducir los
trastornos causados por los trabajos de construcción en las actividades circundantes.

41.  niveles similares al resto del mundo, sin
embargo tiene diferencias en cuanto a
exigencias.
 se basa principalmente en las obras
viales, sanitarias, de metro y minera.
¿QUÉ PASA EN CHILE?

42. obras son del tipo concesiones o subcontrataciones
(E. privadas
 es muy costosa y requiere de una gran inversión y
capacitación de personal.
COMO SE TRABAJAN
• Los usuarios de estas empresas
• Para las obras viales, el ministerio de
obras públicas y algunos casos menores
el MINVU
• Obras mineras. gobierno (CODELCO)
tanto como empresa minera privada.

43.  METRO el ministerio de transporte y
telecomunicación conjuntamente con
el ministerio de obras publicas.
 obras de encausamiento de aguas
servidas (Mapocho urbano Limpio) es
el gobierno conjuntamente con aguas
andinas.
¿Ha existido evolución en el ámbito? ¿De qué tipo?
• mejora de tecnología por parte de
empresas privadas

44. • construcciones de túneles a tajo
abierto.
• Lento
• Complejidad
• Intervención urbana
NATM
 método austríaco
 construcción subterránea
 velocidad de avance y revestimiento primario
de hormigón proyectado o shotcrete.
 Depende del tipo de suelo
Primer uso línea 5 del metro

45. • proyectar shotcrete vía seca y vía húmeda,
posibilitando a las empresas mineras hacer la
transición de una tecnología a otra de manera
simple y confiable”.
• chasis autopropulsado, robotizado.
• optimiza los tiempos.
• regularidad en la proyección del shotcrete.
• seguridad del operador, ya que al funcionar con
un brazo robotizado garantiza su resguardo ante
eventuales desprendimientos de material
proyectado.

46.  máquinas gigantes-
 Trabajos casi sin peligro, a bajo coste y con
rapidez.
 excava túneles a sección completa.
 colocación de un sostenimiento si este es
necesario, ya sea en forma provisional o
definitiva.
Neat y TBM(del inglés Tunnel Boring Machine)