El documento describe los aspectos fundamentales relacionados con la construcción de túneles. Explica que un túnel es una obra subterránea lineal que conecta dos puntos para el transporte de personas o materiales. Luego detalla los diferentes tipos de túneles, los factores a considerar en su diseño como la investigación geotécnica, los métodos de excavación y los desafíos constructivos particulares en las bocas y accesos de los túneles.

1. CENTRO DE CAPACITACIONES BELITO
INGENIEROS S.A.C.
ING. JOSE ANTONIO BELITO MANCHA

2.  La ingeniería es la solución mecánica a un problema práctico. Es pura ingenuidad, y el
hombre ha confiado en ella desde el principio de los tiempos. Por ejemplo cuando ha usado
un palo para robar miel de un panal ubicado a mitad de altura de un árbol evitando así ser
picado por las abejas, o cuando ha cargado una piedra de 50 toneladas sobre dos troncos
de árbol que actuaban como ruedas.
 Un túnel es una obra de ingeniería que para su construcción, requiere de técnicas, productos,
equipos especiales y de análisis geológicos, geotécnicos e hidráulicos; este es realizado por
especialistas, una vez que se ha definido el proyecto de construcción de un túnel. Se conoce
las condiciones y características del lugar, eligiendo el proceso constructivo que conviene
para su construcción. Según las dimensiones del proyecto, se deben de considerar otros
factores como son seguridad, economía y durabilidad de la obra.
INTRODUCCION

3. TUNEL
 Un túnel es una obra subterránea de carácter lineal, cuyo objetivo es la comunicación
de dos puntos, para realizar el transporte de personas, materiales entre otras cosas.
Normalmente es artificial.
 Un túnel puede servir para peatones, aunque generalmente sirve para dar paso al
tráfico, para vehículos de motor, para ferrocarril o para un canal.
 Algunos son acueductos, construidos para el transporte de agua (para consumo, para
aprovechamiento hidroeléctrico o para el saneamiento).
 También hay túneles diseñados para servicios de telecomunicaciones.
 Incluso existen túneles para el paso de ciertas especies de animales.
 Algunos conectan zonas en conflicto o tienen carácter estratégico, ya que sirven como
refugio.
 En las grandes ciudades el transporte se realiza mediante una red de túneles donde se
mueve el metro. La posibilidad de soterrar ahorra espacio e impide el cruce al mismo
nivel del tren con los peatones o los vehículos.

4. IMPORTANCIA DE LOS TÚNELES
Los túneles son un medio de comunicación artificial entre dos puntos separados por un
suelo o roca. Su objetivo es el de permitir el paso de personas, ferrocarriles, vehículos,
conducciones eléctricas, de agua u otros. Debido a su utilización diversa elevan su
importancia a medida que la sociedad avanza y son inevitables en grandes núcleos
urbanos muy masificados por edificios para establecer líneas de metro; en la
comunicación de poblaciones separadas por una orografía pronunciada o incluso por mar,
como es el túnel del Canal de la Mancha.
Minería: aunque se suelen denominar galerías o pozos, dependiendo de la orientación, su
fin es unir dos puntos, en el caso, para acceder a una mineralización.

5. TUNEL PARA FERROCARRIL
TUNEL PARA CARROS
TUNEL EN MINERIA
TUNEL PARA PEATONES

7. Investigación Geotécnica
Es esencial que cualquier proyecto de túnel comience con una
investigación sobre las condiciones del terreno. Los resultados de la
investigación nos permitirán saber cuál es la maquinaria y los métodos
de excavación y sostenimiento a realizar, y podrán reducir los riesgos de
encontrar condiciones desconocidas. En los primeros estudios, las
alineaciones horizontales y verticales serán optimizadas para
aprovechar las mejores condiciones de agua y suelo.
En el caso de los túneles en roca, dada la variabilidad de los distintos
factores que intervienen en la mecánica de rocas, es frecuente abordar
su estudio mediante las llamadas clasificaciones geomecánicas, entre
las que destaca la clasificación geomecánica RMR.

8. Mecanismos de inestabilidad
Distribución espacial de las discontinuidades, relación entre su posición
(rumbo y buzamiento) con la dirección del túnel.
Siendo este él más importante a considerarse en el trazo de entrada y
salida del túnel.
o Presencia y naturaleza de los materiales de relleno de la
discontinuidades.
o Irregularidades en las superficies de las discontinuidades.
o Rotura y movimientos anteriores

9. Métodos de clasificación del macizo rocoso
Existen muchos métodos útiles para poder clasificar un macizo rocoso,
entre ellos se puede escoger algunos métodos elaborados por autores
conocidos mundialmente en el campo de la mecánica de rocas que
realiza análisis específicos para el diseño de túneles entre estos
podemos mencionar a Barton y Bieniawski,
𝑄 =
𝑅𝑄𝐷
𝐽𝑛
𝐽𝑟
𝐽𝑎
𝐽𝑤
𝑆𝑅𝐹
Tamaño de los
Bloques de Roca Resistencia al
Corte de Cizalle
• Agua reduce la resistencia al
corte.
• Las zonas de cizalle generan
tensión
Esfuerzo Activo

10. 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.

11. Trazado del Túnel
Al perforar un túnel se puede encontrar tres tipos de condiciones
naturales que dan lugar ala perdida de resistencia del macizo rocoso y,
por lo tanto, a problemas de estabilidad:
 Orientación desfavorable de discontinuidades.
 Orientación desfavorable de las tensiones con respecto al eje del
túnel.
 Flujo de agua hacia el interior de la excavación a favor de fracturas,
acuíferos o rocas estratificadas.

12. Excavación de Túneles
La excavación puede ser manual o mecánica.

13. 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

14. 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.

15. 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.

16. Construcción
Los túneles se construyen excavando en el terreno,
manualmente o con maquinas. Los sistemas
habituales de excavación subterránea son medios
mecánicos, voladuras y manual:
• Los medios mecánicos mediante minador
puntual (rozadora), minador a sección completa
o TBM o tuneladora (Tunnel Boring Machine) o
con maquinaria convencional (martillo picador,
excavadora...)
• Perforación y voladura mediante explosivos.
• Manual, método derivado de la minería clásica
del carbón de las cuencas asturianas, en el que
los operarios pican con martillo neumático la
sección a excavar y otra partida de obreros
desescombran manual o semi-manualmente.

18. TUNELES CARRETEROS
Se diseñan para favorecer el paso fluyente, continuo, y seguro de
vehículos motorizados, a través de los obstáculos topográficos que
impiden el trazado de una carretera cruzando montañas horadando
macizos rocosos, con objeto de lograr un trazado cómodo y funcional.
Su diseño debe ser básicamente seguro, funcional y hasta donde sea
posible estético.

19. TUNELES
Métodos de Construcción de Túneles en suelos

20. TUNELES

21. TUNELES

22. TUNELES
Aplicable a todo tipo de terrenos (incluido los blandos) y con escasos
recubrimientos.
o Aplicación inmediata de un sostenimiento provisional semirrígido de
hormigón proyectado, bulones y excepcionalmente cerchas.
o Auscultación y medidas in situ de deformaciones – tiempo.
o Eventual refuerzo del sostenimiento y construcción de un revestimiento
definitivo.

23. TUNELES
1. Bóveda: Una vez concluida la excavación de la película central de avance
en toda su longitud.
Se colocan las “longarinas” que son los perfiles metálicos (rollizos de
madera de álamo negro inicialmente) que servirán de apoyo a las tablas.

24. TUNELES
4. Solera:

25. TUNELES
4. Solera:
Cuando el terreno es arenoso y con abundancia de agua se suele producir
un barrizal y las maquinas se atascan con frecuencia. En estos casos se
recurre a zanjas Drenantes.

28. EN PLANTA
Los túneles se caracterizan por su trazado y sección, definidos por
criterios geométricos de gálibos, pendiente y radio de curvatura.
El trazado en planta y perfil del túnel dependen del trazado del resto de la
carretera y de las características de esta, con la que tiene que mantener
una cierta homogeneidad, y suele ser mas bien un parámetro de entrada
al diseño del túnel que un resultado de este,

32. EN PLANTA
El trazado en planta generalmente viene determinado por la traza general
de la carretera y normalmente no puede variarse de forma sustancial.
No responde a un planteamiento único, ya que depende de la longitud,
ubicación e incidencia en la ladera.

34. EN PLANTA
Consideraciones:
a) Evitar perdida de visibilidad a la salida: el cambio de las condiciones
de luz dificulta la percepción de la vía, disminuyendo de forma abrupta
la velocidad.
b) Coordinación entre la orientación del túnel y la iluminación.
El trazado de un túnel corto (longitud < 200 m), debe ser recto, ya que
conviene ver la salida (la percepción de la luz natural al otro lado ayuda a
no tener deslumbramientos a la salida):

36. EN PLANTA
Si el túnel es largo ( 1,000 a 1,500 m), es importante disponer de curvas
en las bocas, para evitar el deslumbramiento facilitando una transición
adecuada de las condiciones de luz.
Para túneles de mas de 1,500 m, se deben disponer curvas de radio
amplio para no tener mas de 1,500 m de recta.
Los radios deben ser amplios, para facilitar una adecuada distancia de
visibilidad.
En general, no deben existir radios inferiores a 500 m.

41. EN PERFIL
a) Drenaje.
b) Pendiente longitudinal (entre 2 y 5%):
bidireccional; unidireccional ascendente (<2%), descendente (<5%).
c) Evitar curvas verticales, tanto cóncavas como convexas.
d) Ventilación
e) Tipo de Vehículos que circularan.

44. EN SECCION TRANSVERSAL
El diseño de la geometría de la sección suele obedecer mas a
aspectos propios del túnel (geología, geotecnia, procedimiento
constructivo, instalaciones, etc.), que a características propias
de la carretera

45. EN SECCION TRANSVERSAL
Consideraciones para su definición:
1. Tipo y calidad de roca: procedimiento constructivo

46. EN SECCION TRANSVERSAL
Distribución de esfuerzos en el entorno de la excavación
( variación gradual)

47. EN SECCION TRANSVERSAL
2. Alineamiento Horizontal y vertical, ancho de corona
(numero de carriles, acotamientos y sobreancho), galibo y
banquetas.

49. EN SECCION TRANSVERSAL
Ancho de calzada
 El numero de carriles debe ser el mismo que en la
carretera a cielo abierto.

50. EN SECCION TRANSVERSAL
Ancho de calzada
 El ancho de los carriles generalmente es de 3.5 m.
 Generalmente se proyectan dos y tres carriles (bidireccionales)

51.  Los túneles carreteros se diseñan para operar como
unidireccionales o como bidireccionales.

53.  El numero de carriles en un túnel bidireccional será
preferentemente de dos, aunque existen túneles
bidireccionales de 3 carriles.

54.  Es muy común que, para resolver la bidireccionalidad de las
carreteras, sin caer en túneles de cuatro carriles, se opte por
construir túneles gemelos, para 2 o 3 carriles cada uno.

55.  Para el caso de túneles gemelos se debe cuidar el
espaciamiento centro a centro, procurando una distancia tal
que impida las interferencias en su construcción y que evite
que una excavación influya en el comportamiento
deformacional de la otra.

58. El definir los accesos a la boca de un túnel carretero es parte muy
importante del diseño, ya que estos pueden presentar serios
problemas constructivos, en ocasiones tan importantes como los del
túnel mismo.
Un emportalamiento o emboquille plantea los problemas:
1. Estabilidad de taludes
2. Construcción del túnel en sus primeros metros de avance.
OBRAS DE ACCESO Y EMPORTALAMIENTO

59. Ambos problemas se plantean en las condiciones mas
desfavorables y difíciles:
1. Poca cobertura en los primeros metros.

60. Ambos problemas se plantean en las condiciones mas
desfavorables y difíciles:
2. Baja calidad del terreno.

65. Cada boquilla en cada túnel, representa un caso particular,
difícilmente extrapolable a otra situación similar o incluso a
otra boquilla del mismo túnel.

69. En las boquillas de un túnel se dan las siguientes circunstancias
que complican su ejecución:
1. Al tratarse de una zona próxima a la superficie, la roca se
encuentra mas alterada y descomprimida que en el interior.
2. Las inestabilidades de la bóveda, hastiales o frente del túnel,
pueden alcanzar la superficie del terreno.
3. En la zona de las boquillas se entrelazan las inestabilidades
propias del túnel con las del talud frontal.

70. Medidas complementarias de sostenimiento.
1. Fases de excavación con avances mas cortos.
2. Tratamiento con mayores espesores de concreto lanzado
reforzado con fibras.
3. Menos espaciamiento de los marcos metálicos
4. Enfilaje o micropilotes (ligero o pesado)

72. MATERIAL ROCOZO EXCELENTE MATERIAL ROCOZO BUENA A REGULAR
CALIDAD
MATERIAL ROCOZO MALA CALIDAD
MATERIAL ROCOZO DE REGULAR A
MALA CALIDAD

73. CUANDO EL MACISO ROCOZO ES DE EXCELENTE
CALIDAD
A. CONCRETO LANZADO

80. CUANDO EL MACISO ROCOZO ES DE BUENA A
REGULAR CALIDAD
B. CONCRETO LANZADO Y MARCOS METALICOS

82. EXCAVACION
ETAPA I, II, III

99. CUANDO EL MACISO ROCOZO ES DE REGULAR A
MALA CALIDAD
C. CONCRETO LANZADO, MARCOS METALICOS
Y ANCLAS

124. CUANDO EL MACISO ROCOZO ES DE MALA
CALIDAD
D. ENFILAJES, MARCOS METALICOS Y
CONCRETO LANZADO