Este documento trata sobre métodos de construcción de represas y túneles. Resume los criterios geotécnicos para la construcción de represas, incluyendo los materiales y perfiles típicos. También describe métodos comunes para la construcción de túneles como el método inglés, alemán y Bernold, e incluye videos explicativos.

1. z
Mecánica de
Rocas
Ing. Adela Cruz

2. Represas y Túneles

3. ▪ Contenido
• Materiales geológicos para represas
• Criterios geotécnicos para la construcción de represas
• Métodos de construcción de túneles en suelos y rocas
• Elementos de sostenimiento.
• Evaluación geológica en Obras viales

4. ▪ Saberes previos
• Geología general
• Clasificación de macizo rocoso

5. Materiales geológicos y
criterios geotécnicos para la
construcción de represas

6. DISEÑO DE COMPONENTES DE LAS PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO
Existen perfiles a los que se les considera típicos de presas de materiales sueltos, tanto de
tierra como de enrocamiento. De acuerdo con la USSD (Sociedad de represas de Estados
unidos 2011) uno de los perfiles generalizados para una presa cimentada sobre material aluvial
es el que se presenta en la figura siguiente, en la que se puede apreciar un núcleo central de
materiales finos rodeado de filtros y drenes. Como elemento de corte del flujo subterráneo, en
el estrato aluvial, se tiene una pantalla que puede ser elaborada con distintos materiales
considerados impermeables.

7. DISEÑO DE COMPONENTES DE LAS PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO
Otro caso es el que corresponde a una presa cimentada sobre un estrato rocoso. Para
esta condición, en la zona de contacto de la presa con la roca se realiza una serie de
inyecciones de lechada de cemento con bentonita, para conformar una cortina corta
flujos, que asegure la estanqueidad de la obra, tal como se muestra en la figura
siguiente.

8. DISEÑO DE COMPONENTES DE LAS PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO
Las presas de escollera tienen un perfil más esbelto, derivado del ángulo de fricción
interna de las rocas de gran tamaño que conforman el cuerpo; sin embargo, dentro de
él existen áreas con diferente tratamiento y propiedades, como las que se puede
apreciar en la figura siguiente, (USSD, 2011). Estas presas utilizan como sistema de
impermeabilización, pantallas fabricadas con diferentes materiales, como el hormigón
armado, asfalto, láminas metálicas, geomembranas, etc

9. DISEÑO DE COMPONENTES DE LAS PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO
La nomenclatura numérica literal, sugerida por Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE) en el
año de 1985, para los distintos materiales de las presas de escollera (CFRD), señala la posición y
características del material, como se indica a continuación:
El número 1 señala que el material está antes de la pantalla de hormigón, figura siguiente. El 2 señala
que está inmediatamente después de la cara de hormigón, (figura de la siguiente hoja) y, el número 3
que son parte del cuerpo de la presa. Las letras A, B, C y D denotan el tipo de granulometría y el
sistema de construcción o compactación de cada capa; mayor exigencia corresponde a los materiales
señalados con la letra A y menor al de la letra D. Para una mejor comprensión de esta nomenclatura se
recomienda la referencia (Espinosa, 2010) Como se puede ver en la figura siguiente la presa del
Proyecto Mazar, por ser una estructura moderna, tiene una configuración de materiales semejante a la
sugerida por la USSD (2011).

13. ▪ TALUDES DE LOS ESPALDONES
▪ La inclinación de los taludes de las presas de materiales sueltos, tienen que ser
estática y dinámicamente estables y se las define después de determinar la
línea de saturación y realizar los cálculos de filtración del flujo, por lo que, en
una primera aproximación la inclinación del talud m se la establece con base en
la experiencia de otras obras y, a partir de que, para el caso de materiales
gruesos:

14. CRITERIOS GEOTÉCNICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE PRESAS

15. CRITERIOS GEOTÉCNICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE PRESAS

16. ▪ La geotecnia utilizará los planos topográficos y geológicos, informes, publicaciones,
imágenes Aéreas para realizar un primer reconocimiento del Área del proyecto.
▪ Los requerimientos del estudio geotécnicos para el proyecto de la presas son los
siguientes:
▪ Geología General de la zona de los eje de Presa.
▪ Condiciones Geológicas que pueden afectar la estabilidad
▪ Condiciones Geológicas que afectan el movimiento del nivel freático.
▪ Condiciones del nivel freático
▪ Carácter general de corrientes fluviales, pendientes y taludes del valle, materiales del
lecho.
▪ Disponibilidad de materiales adecuados para la construcción.
CRITERIOS GEOTÉCNICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE PRESAS

17. CRITERIOS GEOTÉCNICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE PRESAS
▪ AREA DE IMPLANTACION DE LA PRESA
▪ A) Terreno Superficial en la Zona de Cimentación
▪ Mediante calicatas para exploración visual, toma de muestras y
ensayos “insitu”
▪ B) Terreno Profundo y Basamento Rocoso
▪ Mediante perforaciones a percusión o rotativas para toma de
muestras continuos y ensayos especiales (SPT, permeabilidad, etc)

18. CRITERIOS GEOTÉCNICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE PRESAS
▪ ÁREAS DE PRÉSTAMO Y CANTERAS DE ROCA
▪ A) Áreas de Préstamo
▪ De material impermeable (calicatas periódicas distribuidas)
▪ De materiales permeables para rellenos, filtros o agregados para
concreto
▪ B) Canteras de Roca
▪ Roca o gravas (para protección de taludes exteriores de la presa)

19. CRITERIOS GEOTÉCNICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE PRESAS
▪ RESULTADOS REQUERIDOS PARA EL DISEÑO DE LA PRESA
• Granulometría.
• Índice de plasticidad.
• límite líquido.
• Límite plástico.
• Densidad Seca.
• Densidad Saturada.
• Cohesión efectiva.
• Cohesión Total.
• Ángulo de fricción interna.

20. Métodos de construcción de
túneles y elementos de
sostenimiento.

21. ▪ El método inglés de excavación de túneles
▪ También se llama método de ataque a plena sección. Se aplica a túneles de pequeña sección, de
no más de 15 m2, con lo cual se puede corregir cualquier imprevisto que surja durante la
excavación. Este procedimiento constructivo se utilizó en el primer túnel bajo el Támesis (1825),
que pudo realizarse gracias a un escudo de frente abierto.
▪ El proceso de excavación comienza, en su fase 1, con una galería centras de sección pequeña y
fácil de controlar, de unos 3 m2 y una longitud de 3-4 m. La excavación se entiba con puntales y
tablones o con placas metálicas. Una vez asegurada la fase 1, se puede ampliar la excavación
hacia los laterales, en la fase 2. Este proceso es más rápido al atacar los laterales.
Posteriormente se excavan en franjas horizontales, en las fases 3 y 4. Una vez se ha excavado la
sección completa del túnel, se procede al revestimiento, comenzando por la solera o contra-
bóveda.

22. ▪ El método inglés de excavación de túneles
▪ Este procedimiento presenta la ventaja de que el hormigonado se realiza de una sola vez, evitando
juntas y posibles asientos. Sin embargo, hay que tener en cuenta que no se hormigona la sección
hasta el final de la excavación, con lo que en cualquier momento se puede producir un fallo en el
sostenimiento. Es por ello que el material requiere de un mínimo de cohesión para poder excavar la
destroza y la contrabóveda en una única fase. También se podría utilizar el método en roca, cuando no
hay necesidad de revestimiento.

23. ▪ Método alemán de construcción de túneles
▪ El método alemán es un procedimiento de construcción de túneles de grandes luces que también se emplea cuando el
terreno es muy malo y resulta peligroso descalzar parte de la bóveda para ejecutar los hastiales, como es el caso del
método belga. Con este procedimiento se puede reaccionar con mayor rapidez que el método belga en el caso de
aparecer agua, en terrenos sueltos o capas arenosas. Además, permite reducir los posibles asientos diferenciales que
producirían grietas en la bóveda y asientos en superficie.
▪ El sistema sería conceptualmente parecido al método belga, pero cambiando el orden las fases de ejecución y la propia
ejecución de la bóveda. El procedimiento inicia la excavación con dos galerías de avance, fase 1; se hormigonan los
hastiales para después proceder a la excavación de las fases 3 y 4, se procede al recubrimiento de la bóveda y, por último
se excava la parte central, fase 5, con el fin de facilitar la entibación y el apuntalamiento de la parte superior. El avance de
las galerías (fase 1) se suele realizar por tramos de 25 a 30 m, dependiendo del tipo de terreno; sin embargo, si el túnel no
es muy largo (menos de 200 m, por ejemplo) se puede excavar de un tirón. Estas galerías son muy útiles si es necesario
drenar agua durante la ejecución. El hormigonado de la bóveda no apoya sobre el terreno (método belga), sino sobre los
estribos hormigonados. Esta bóveda se ejecuta por costillas, construidas de forma alterna. Es decir, se construye la galería
central superior y cada semicostilla se ataca desde la parte superior del hastial antes de verter hormigón. Se hormigona la
bóveda una vez excavada a través de la galería superior. Este procedimiento permite la construcción de grandes secciones
de túnel sin que el frente abierto supere los 3-5 m2.

24. ▪ Método alemán de construcción de túneles
▪ https://www.youtube.com/watch?v=f5lDDF1qhLQ
▪ https://www.youtube.com/watch?v=S0HA7avKQXw

25. ▪ Método Bernold de ejecución de túneles
▪ El método ideal de perforación de un túnel sería aquel
que permitiese excavar el perfil y hormigonar la
bóveda de un túnel simultáneamente. El método
Bernold de ejecución de túneles consiste en la
colocación, inmediatamente después de la
excavación, de un sostenimiento rígido compuesto por
cerchas sobre las que se monta una chapa troquelada
denominada chapa Bernold, dejándose hasta la
superficie de excavación una distancia igual al
espesor del recubrimiento. Posteriormente se
hormigona detrás de la chapa, sirviendo ésta como
encofrado perdido y armadura. Esta es una opción
válida para macizos de calidad mala o muy mala,
aunque, según indica Romana (2001), su utilización
ha decaído en España debido a la popularización
del Nuevo Método Austríaco.

26. ▪ Método Bernold de ejecución de túneles
▪ Este sistema incorpora los siguientes
elementos:
• Chapas metálicas troqueladas, onduladas y
curvadas, de 2 a 3 mm. de espesor y 1 m2 de
superficie útil, solapadas y unidas entre sí por
medio de pasadores también metálicos.
• Cimbras de montaje o cerchas, formadas por
perfiles de acero de ala ancha (HEB) con 3
o 4 articulaciones que facilitan el montaje de
la chapa a la que sirven de soporte.
• Tubos separadores metálicos, para arriostrar
las cimbras y fijar su distancia. Las cerchas
llevan unas chapas preparadas para encajar
los separadores en ellas.

27. ▪ Nuevo método
Austriaco
▪ https://www.youtu
be.com/watch?v=
NpdUnYs3Tp0
▪ https://www.youtu
be.com/watch?v=
r21RmFZIFY0

28. ▪ Método TBM ejecución de túneles
▪ https://www.youtube.com/watch?v=coGgm0NDyCw

29. ▪ Excavaciones
▪ https://www.youtube.com/watch?v=4TLmYnKm8j8
▪ Tarea
▪ Describa que tipos de sostenimiento se observa en el video y narrar sobre el
tema tocado en el video

30. Elementos de
sostenimiento