tuneles

1. Estudios Preliminares para el
Diseño de Túneles

2. Estudios Preliminares
• En etapas de factibilidad e ingeniería básica,
deben hacerse una serie de estudios geológicos y
geotécnicos.
• Geología del Trazado del túnel.
• Condiciones de aguas subterráneas.
• Sectorización geotécnica.
• Estabilidad
• Geotecnia de portales.
• Geotecnia para obras anexas.

3. Trazado del Túnel
• Para la definición del trazado de un túnel, deben
considerarse diversas características geológicas:
• Tipos de roca y sus propiedades.
• Orientación de discontinuidades respecto al eje del
túnel, influye en la dificultad para la de
excavación y sus condiciones de estabilidad.
• Condiciones favorables es que discontinuidades
manteen hacia el sentido de avance de la
excavación.
• Presencia de fallas, su orientación y espesor.

4. Mapa Geológico Trazado

5. Aguas Subterráneas
• Roca puede contener agua en su matriz o en las
fracturas, a diversas condiciones de presión que
dependen de la profundidad.
• Rocas muy fracturadas o permeables, como
areniscas o calizas son especialmente importantes.
También pueden haber bolsones de gravas o rocas
más permeables.
• Antes de la construcción se debe determinar la
ubicación y cantidades de agua. Los costos suben
al menos 20% por necesidad de soporte
impermeable y drenaje.
• Ante flujos altos, puede bajarse el nivel general
del agua o tratar el suelo (ej: congelamiento).

6. Sectorización Geotécnica
• A partir de una sección en que se proyecta
la geología de superficie, más información
de sondajes y ensayos de laboratorio, se
asigna una clasificación de macizo rocoso o
calidad de roca a los distintos sectores a lo
largo del túnel (o porcentajes dentro de cada
uno).
• Luego se suman en km los sectores de igual
calidad, determinando % de calidades de
roca.

7. Sectorización Geotécnica
• Usualmente se usa el índice Q o la
clasificación ISRM de resistencias
estimadas de roca (R0 a R6)

8. Sectorización Geotécnica
Unidad Geológica Clase (%)
R5 R4 R3 R2 R1
Tobas, tufitas y volcarenitas con intercalaciones de lavas y brechas (Tia) 10 50 35 5 0
Volcarenitas y tobas de lapilli de fina estratificación (Tia3) 5 40 45 10 0
Tobas ignimbríticas (Tia4) 10 60 25 5 0
Tobas intracaldera (Tiem) 15 60 20 5 0
Remoción en masa, composición incierta (Qrm) 0 0 0 20 80
Granitoides (Mg) 5 40 40 15 0
Fallas 0 0 35 40 25

9. Sectorización Geotécnica
• La sectorización geotécnica permite:
• Identificar métodos de excavación más
apropiados y su % del trazado.
• Identificar tipos de fortificación y su diseño.
• Estimar costos de la obra.
• Seleccionar zonas donde se requieran
prospecciones adicionales.

10. Excavación de Túneles
• En suelo, excavación es manual o mecánica,
seguida rápidamente por soporte para mitigar las
deformaciones y prevenir colapsos.
• En roca, se puede usar tronadura controlada,
cortadores rotatorios o TBM

11. Tunnel Boring Machines (TBM)
• Grandes cabezas rotatorias de hasta 12 m de
diámetro, armadas con discos o puntas, rotan a 2-
10 rpm. Avance hasta 30 m/día.

12. TBM

13. TBM
• Efectividad (y conveniencia económica) de la
TBM depende de las condiciones de la roca. Rocas
de UCS > 150MPa tienden a ser muy
problemáticas.
• Abrasividad de la roca es importante ya que gasta
rápidamente los discos. La abrasividad depende
del contenido de cuarzo, tamaño del grano,
resistencia y porosidad de la roca.
• Niveles de stresses sobre la roca son comparables
a las de tronaduras.
• Ventajas son la generación de paredes suaves con
poca sobre-excavación, lo que reduce necesidades
de soporte.

14. Portales
• Localización de portales debe considerar la
topografía de superficie de manera que sea factible
la construcción.
• Además se deben analizar los impactos en la
estabilidad de las laderas al realizar los cortes.
• Calidad de roca es usualmente menor por estar
cercano a la superficie.
• Usualmente se requieren estudios a escala de
mayor detalle, incluyendo levantamiento
estructural (discontinuidades) y un sondaje.

15. Obras Anexas
• Conjuntamente con el estudio del túnel,
usualmente hay que hacer estudios
geotécnicos de obras anexas como caminos
de acceso, puentes, sifones, túneles
auxiliares (ventanas), etc.
• Estos estudios pueden ser en suelo o en
roca, ya sea en superficie o subterráneos.

16. Casos Especiales:
a) Cambio de roca a suelo
• El paso del túnel de roca a suelo debe ser previsto
y medidas especiales deben ser tomadas. Puede ser
conveniente variar el trazado para evitar esta
situación.
• Cambio drástico en condiciones y métodos de
excavación y soporte.
• Suelo puede estar saturado e inundar el túnel al
pasar el contacto.
• El contacto usualmente es una superficie de
erosión, generalmente irregular y por la tanto
difícil de predecir en su localización exacta.

17. b) Túneles Parietales
• Excavados subparalelos y a poca distancia de una
pared o ladera rocosa en superficie. Falta de
continuidad del macizo provoca anomalías en las
condiciones de esfuerzos.
• Propiedades de la roca e inclinación de la ladera
inciden directamente en estabilidad del túnel. En
algunos casos puede convenir reemplazar la roca
con materiales artificiales en vez de soportarla.

18. c) Túneles en Rocas Blandas y Zonas
de Falla
• Requiere soporte inmediato. Suelo tiende a
deformarse rápidamente, pudiendo producir
deformación de las paredes y asentamientos.
• Estabilidad depende de la resistencia del material
y condiciones hidrogeológicas. Suelos gruesos
pueden ´fluir´dentro del túnel.
• Otro problema es el “squeezing”, por deformación
lenta (creep) y plástica del material, común en
arcillas, lutitas y granitos, esquistos o gneisses
altamente meteorizados.
• En suelos expansivos, hay que dejar que se
expanda antes de poner el revestimiento.

19. Investigación de Sitio
• Geología de superficie.
• Sondajes en portales, a lo largo del túnel y zonas
aledañas. Incluir ensayos de permeabilidad y
piezómetros.
• Geofísica
• Muestras sacadas en cota del túnel.
• Información debe ser tal de poder generar perfiles a lo
largo del túnel con tipos de roca, estructuras, calidad
geotécnica (ej: Q) y condiciones hidrogeológicas.
• Condiciones de temperatura y posible presencia de
gases en la excavación deben ser examinadas.

20. Prospecciones Geofísicas
• Métodos sísmicos
• Métodos eléctricos