LECCION DISEÑO

7/25/2019 LECCION DISEO

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CAPITULO VII

MECANISMO DE REGULACION Y EMERGENCIA

7.1. GENERALIDADES

El control del flujo que es extrado de un embalse se efecta mediante la operacin

de vlvulas y compuertas ubicadas en las obras de toma. Estn diseadas para la

carga mxima, y construidas para ciertas condiciones de operacin.

Los rganos de emergencia se instalan agua arriba de las de regulacin y se

conservan abiertas, excepto cuando se requieran maniobras de inspeccin,

reparacin o mantenimiento.

Terminologa a utilizarse:

VALVULA: Es un rgano de control en el cual la parte que hace variar el flujo

permanece dentro del mismo, siendo rotada o desplazada longitudinalmente para

controlar el caudal.

COMPUERTA: Es un rgano de control consistente en un tablero o superficie

plana o curva, lo cual es desplazada perpendicularmente al flujo desde una posicin

externa, para controlar el flujo.

VALVULAS O COMPUERTAS DE EMERGENCIA: Son vlvulas o

compuertas q operan totalmente abiertas o cerradas como rganos secundarios decontrol, con la finalidad de cortar el flujo en caso de que las vlvulas o compuertas

de regulacin dejen de funcionar.

VALVULAS O COMPUERTAS DE REGULACION: Son vlvulas o

compuertas que operan normalmente bajo diferentes presiones y aberturas con la

finalidad de regular el caudal.


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COMPUERTAS DE ENTRADA ( BUIKHEAD GATES): Son compuertas que

se instalan en las entradas de los conductos y que operan totalmente abiertas o

cerradas. Se utilizan generalmente para dejar en seco las tomas, lo que permite su

inspeccin y mantenimiento.

TABLEROS DE CIERRE (STOP LOGS): Son compuertas similares a las de

entrada pero mas rudimentarias. Consisten en elementos individuales separados que

se colocan unos sobre otros, lo que facilitan su manejo.

DISPOSICION DE LOS ORGANOS DE CIERRE: En relacin a las vlvulas y

compuertas, es necesario destacar que en todo conducto deben instalarse como

mnimo dos controles: Una compuerta o vlvula de emergencia, la cual estar en

general totalmente abierto y solo ser cerrada en caso de que sea necesario separar

la compuerta de regulacin.


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7.2. TIPOSDECOMPUERTAS

Numerosos tipos de compuertas han sido utilizadas a travs de los aos en el control

del flujo en las presas. En la actualidad solo se emplea un numero reducido de

modelos, los cuales han demostrado ser los mas econmicos, simples robustos y

fciles de operar.

7.2.1. COMPUERTAS DESLIZANTES.

Las compuertas deslizantes consisten en una placa mvil que al levantarse

permite graduar la altura del orificio que se va abriendo y de esta forma

controla el caudal que sale por el mismo.

Estas compuertas se instalan normalmente en un tramo de conducto de

seccin rectangular, por lo que su ancho coincide con el con el del

conducto y la abertura se hace variando solamente la altura del orificio.

El caudal que pasa bajo una compuerta deslizante viene expresado por la

ecuacin.

= 2

Q= Caudal 3/.

Cd= coeficiente de descarga de la compuerta.

B= anchura de la abertura (m).

H= altura de la abertura (m).

Z= distancia vertical de la lnea de energa inmediatamente aguas arriba de

la compuerta al tope de la vena contracta (m).


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Compuerta deslizante.


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7.2.2.

COMPUERTA DE ANILLO (RING-FOLLOWER).


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Las compuertas de anillo se utilizan nicamente como rganos de

emergencia, no deben utilizarse en funciones de regulacin ya que se

producirn serios daos tanto en la compuerta como en el conducto aguas

debajo de la misma. Como rgano de emergencia pueden instalarse en

cualquier parte del conducto y no tiene limitaciones en cuanto a la

velocidad del flujo, a la carga de trabajo, ni al tamao.

7.2.3. COMPUERTAS MONTADAS SOBRE RUEDAS.


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Cuando las cargas de agua son elevadas y/o las reas de las compuertas

son grandes, las fuerzas resultantes sobre las superficies de apoyo de la

hoja (guas) hacen que la friccin adquiera valores muy altos, lo cual

resulta en mecanismo de operacin de las compuertas sumamente

robustos.

Para reducir al mximo la friccin en estos casos, se montan las hojas de

las compuertas sobre ruedas.

La estanquidad de la compuerta se logra mediante sellos de goma

colocados en su periferia.

Algunos fabricantes recomiendan utilizar la compuerta de emergencia tipo

deslizante, ya que su funcionamiento es mas simple y tiene menos

probabilidades de sufrir algn desperfecto, lo de regulacin la prefiere

rodante o sobre rodillos, para facilitar las maniobras y simplificar el

mecanismo hidrulico de operacin.

7.2.4.

COMPUERTAS RADIALES.


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Las compuertas radiales o de sector han sido desarrolladas principalmente

para ser utilizada en las crestas de los aliviaderos de superficie para el

control de las crecientes; especialmente en las descargas de fondo como

rganos de regulacin del flujo, en el extremo aguas debajo de los

conductos.

El caudal que descarga una compuesta radial se calcula con la siguiente

ecuacin:

Q= 2

Q= caudal (3/)

C= coeficiente de contraccin de la compuerta

B= ancho de la compuerta (m)

h= altura de la abertura (m)

Z= distancia vertical de la lnea de energa inmediatamente aguas arriba de

la compuerta, al tope de la vena contracta (m)

D= Altura del conducto (m)

Y= Altura de la vena contracta (m)

B= Angulo del borde de la compuerta con la horizontal

H= energa total de aguas arriba de la compuerta.


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7.2.5. COMPUERTA CILINDRICAS.

Las compuertas cilndricas se usan en la torre-toma, como rganos deseleccin de la profundidad a la cual se desea captar el agua en un embalse.


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Se operan normalmente totalmente abiertas o cerradas y solo muy rara vez

a aberturas parciales para regular el caudal, por lo que se asemejan ms a

compuertas de energa que a compuertas de de regulacin.

Bsicamente estn formados por una placa cilndrica que puede subirse o

bajarse para abrir o cerrar una serie de aberturas radiales que existen en las

paredes de la torre toma circular en la cual estn instaladas.


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TNELES

9.1. GENERALIDADES

En obras pblicas se plantea frecuentemente el problema de la construccin de

tneles.

La necesidad de los tneles se impone en la construccin de carreteras, ferrocarriles

y canales cuando es imposible la ejecucin de una trinchera (para pasar una

montaa) o cuando es demasiado costosa (si la profundidad de la trinchera es tal

que la excavacin al aire libre resulta ms costosa que la de un volumen ms

reducido excavado un tnel) o demasiado molesta (por ejemplo, en las ciudades).

Se utilizan para pasar por debajo de canales o ros (carreteras, ferrocarriles),

problema particularmente delicado. En el mismo orden de ideas puede estudiarse

el paso de estrechos o brazos de mar: el problema del tnel bajo el Canal de la

mancha, planteado desde hace largos aos, est actualmente en vsperas de

ejecucin, mientras que el tnel bajo el Estrecho de Gibraltar ha sido mencionado,siendo probable que se estudie su ejecucin a continuacin.

Las obras hidroelctricas exigen la ejecucin en tnel de galeras de derivacin y

tuberas de carga o descarga de la central. La compaa Electrici de France ha

realizado hasta hoy varios centenares de kilmetros de tneles.

Las centrales subterrneas construidas han exigido la extraccin de varioscentenares de millares de metros cbicos de tierras.

Las obras urbanas ofrecen numerosos ejemplos de tneles: alcantarillas, galeras

para cables o tuberas, ferrocarriles metropolitanos, pasos subterrneos.

La obligacin, impuesta por las necesidades de la guerra moderna, de construir

refugios contra los bombardeos areos y contra los bombardeos atmicos, conduce


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tambin a la construccin de tneles, que tambin se emplean en gran escala en

fortificacin.

La construccin de tneles plantea una serie de problemas relacionados ya con las

disposiciones a adoptar en las obras, ya con el mtodo de ejecucin de stas y el

equipo de los atajos.

Las soluciones dependen especialmente de la naturaleza del terreno, de su

resistencia y de la posible presencia de agua.

Las obras subterrneas son semejantes, pues, a las obras de cimentacin y exigen,

como ellas, serios estudios preliminares y una constante prudencia.

Fuera del terreno de las obras pblicas propiamente dichas, las obras subterrneas

son normales en las explotaciones mineras, que exigen la perforacin de galeras

cuyo desarrollo sobrepasa los 200 kilmetros por ao. Los mtodos generales y los

procedimientos de ejecucin apenas se diferencian en ambos casos y pueden

lograrse preciosas enseanzas del estudio del material y los mtodos de trabajo en

uso en las minas.

Desde el punto de vista histrico, indiquemos que los tneles reservados a la

circulacin de viajeros y mercancas son relativamente recientes, ya que las

primeras realizaciones se sitan hacia 1750. Por el contrario, los primeros tneles

destinados a la explotacin de los minerales se remontan a principios de los

descubrimientos metalrgicos a final de la Edad de Piedra.

Se construyeron acueductos subterrneos mucho antes de la Era Cristiana, yalgunos tneles romanos sirven an hoy para alimentar de agua a varias ciudades

modernas.

Desde el punto de vista bibliogrfico, parece que la primera obra tcnica sobre la

ejecucin de tneles se remonta a 1556 y se debe a Georges Bauer, un alemn que

la public bajo el nombre de Georg Agrcola, latinizando su nombre.


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El ttulo de la obra, impresa en latn, era De Re Metallica. Despus se tradujo a

varias lenguas y fue la autoridad mxima durante tres siglos para cuanto se

relacionaba con minas, tneles y metalrgica.

Como dato curioso, en ella se dice que el terreno rocoso debe disgregarse por el

fuego encendiendo una hoguera contra el frente de ataque, regando despus la roca

al rojo con una mezcla de vinagre y agua.

Los materiales as disgregados se separaban del frente con pico y barra de mina.

Las entibaciones eran sensiblemente iguales a las que se utilizan hoy.

Las bombas y ventiladores eran de madrera

En lo que sigue veremos que actualmente se dispone de medios mucho ms

desarrollados.

9.2. ESTUDIOSPRELIMINARES

9.2.1. Estudios geolgicos del terreno.

La primera labor a realizar consiste en el estudio geolgico del terreno

mediante el mapa Geolgico y con la asistencia de especialista. Este estudio

debe afectar a la totalidad del trazado proyectado y sus posibles variantes

para decidir con pleno conocimiento de causa.

Segn la situacin de las capas subterrneas que permite prever este estudio

se determinar con cierta aproximacin la naturaleza de los terrenosencontrados, su dureza, su reparticin a lo largo del trazado, etc.

Se presentar la mxima atencin a las zonas en que se presenten accidentes

geolgicos, como fallas y regiones de dislocacin que corresponden a rocas

aplanadas o fisuradas. Se intentar prever las zonas, en que se puedan

producirse afloramientos de aguas subterrneas o bolsas de agua, as como

las que corresponden terrenos muy malos (arenas fluidas, terrenos yesosos)que exigen siempre el empleo de mtodos de ejecucin onerosos.


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A veces, basta un estudio geolgico serio para rechazar o modificar un

trazado.

Los informes que pueden obtenerse de este estudio, aunque de enorme valor

contienen solamente datos de orden general y pueden ser insuficientes en

determinadas zonas localizadas. En particular, la determinacin de la

potencia de los afloramientos de agua es muy insegura. Toda galera

provoca un drenaje cuyo efecto es difcil de precisar. Por ello se imponen

sondeos y la construccin de galeras de reconocimientos.

9.2.2. Sondeos

El estudio de un tnel debe comprender siempre sondeos para precisar la

naturaleza de las capas subterrneas, su estado fsico, consistencia y su

grado de humedad. Los sondeos se ejecutan por pozos o por perforacin.

Los sondeos por pozos son los ms instructivos, pero son difciles cuando

la altura del terreno por encima del tnel es grande (tneles de montaa).

Generalmente, se ejecuta al menos un pozo en cada acceso y, si es posible,

uno o varios pozos intermedios.

Sera normal situar los pozos de sondeo en el eje del tnel para obtener

informes exactos, pero en los terrenos permeables esto presenta el

inconveniente de crear zonas de drenaje en las que el agua satura el terreno

hacindolo difcil atravesar cuando se llega a l con la construccin del

tnel en s, siendo mejor en este caso situar los pozos fuera y a alguna

distancia del trazado del tnel.

Los sondeos por pozos presentan un inters particular cuando pueden

utilizarse posteriormente para la ejecucin de las obras o su ventilacin.

Entre los pozos se completa el reconocimiento del subsuelo mediante

perforaciones verticales, para las que ofrecen una excelente solucin las

sondas rotativas que permiten retirar testigos intactos.


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Repitamos aqu lo que hemos dicho al referirnos a los sondeos al principal

del curso (tomo I). Los gastos realizados en materia de sondeos son siempre

como pensadores y hacemos nuestra la mxima siguiente:

Los sondeos se pagan siempre, incluso si no se hacen.

9.2.3. Tneles de reconocimiento

Se construyen tneles de reconocimiento partiendo de las bocas del tnel

del fondo de los pozos de sondeo y movindose a lo largo del eje del tnel.

Este trabajo da informes exactos sobre la naturaleza del terreno, su dureza,

comportamiento, etc., y facilita mucho el estudio de los precios.

En los terrenos poco consistentes y permeables, estas galeras, como los

pozos tienen el inconveniente de producir drenaje. El terreno vecino se

satura y pronto difiere del que se encontr al perforar la galera de

reconocimiento. Los apuntillamientos se deterioran y la continuacin

posterior del trabajo puede complicarse notablemente por ello. Por lo tanto,

no es conveniente construir galeras de reconocimiento cuando se trabaja en

terreno suelto y permeable y cuando la ejecucin del tnel no debe seguir

inmediatamente a la de la galera.

Por el contrario, en terrenos rocosos la ejecucin de galeras de

reconocimiento es muy til para prever la velocidad de avance y el

comportamiento de la roca y determinar los precios.

9.2.4. Importancia de los estudios preliminares.

Los estudios preliminares tienen en tneles una gran importancia. Algunos

ejemplos clsicos lo demostrarn claramente.

En el tnel de Nontron, en la lnea de Nontron a Sarlat, un estudio preliminar

bien realizado permiti evitar arenas terciarias y mantenerse en la caliza

ooltica haciendo bajar la cota de la obra algunos metros.

En el tnel de Saix, en la lnea de Moutiers a Bourg-Saint-Maurice, una

desviacin del trazado en la orilla izquierda del Isere permiti evitar terrenosyesosos que si no, se hubieran encontrado en la orilla derecha.


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Por el contrario, en la construccin del tnel de Meudon, en 1900, en la lnea

de Pars-Invlidos a Versalles, una interpretacin optimista hizo suponer la

existencia de buen terrenos a mitad del tnel, ejecutndose solamente dos

pozos de sondeo en los extremos que slo indicaron que en un pequea

longitud el tnel transcurra a 2m bajo una capa de agua de 20m. de espesor.

En la ejecucin, 40m de la longitud de la obra debieron transcurrir en arenas

fluidas, siendo necesario para pasarlas, 15 meses.

En el tnel de Marot, en la lnea de Montauban a Brive, fueron necesarios

siete aos para atravesar 100m de arenas fluidas.

Por ltimo, no hay que olvidar que los estudios geolgicos no dan ms que

probabilidades y no certezas y que no permiten prescindir de la mayor

prudencia en el curso de las obras.

As, en la construccin del tnel del Loetschberg (1908), cuyo trazado

pasaba bajo un ro, el Kander, estudios geolgicos serios hicieron creer que

el kander no haba excavado un lecho de ms de 70 m. y que a 170m. bajo

el lecho el tnel estara situado en una capa de por lo menos 100m de caliza

franca. De hecho, la galera de avance desemboc en los materiales de

aluvin del Kander cuyo espesor alcanzaba 180m y que invadieron la galera

en algunos minutos, produciendo la muerte de 25 hombres.

Fue necesario vaciar la galera, abandonar 1200m de tnel y ejecutar una

importante desviacin del trazado.

9.3. CARACTERSTICASTCNICASDELOSTNELES

Las caractersticas tcnicas de los tneles dependen del papel de la obra del terreno

en el que deben ejecutarse. Al fijarlos, no debe perderse de vista que las obras

subterrneas son caras y que deben reducirse al mnimo.

Tambin hay que hacer observar que, una vez en servicio la obra, es difcil y a

menudo imposible modificarla o ampliarla. Por lo tanto, a pesar de todo, preferible

no reducir su glibo en exceso pro conseguir economa.

9.3.1. Tneles para carreteras y vas frreas.


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El trazado y el perfil longitudinal son funcin esencialmente de la topografa

del terreno, pero dependen tambin de las condiciones de ejecucin de las

obras.

1. Los tneles rectilneos son ms fciles de construir que los curvos en

cuanto se refiere a la precisin del replanteo del eje, pero esto tiene poca

importancia para los tneles de pequea longitud.

El trazado de los tneles cortos puede ser recto o curvo, a ser posible de

radio constante.

En cambio, para los tneles largos que se atacan siempre por ambos

extremos a la vez, se adopta preferentemente el trazado en lnea recta, que

es el ms econmico y exacto en cuanto se refiere a la coincidencia entre

ambos ataques.

Sin embargo, hay una excepcin a esta regla en los tneles de ferrocarril

terrenos montaosos.

Si el trazado general exige la construccin

de un tnel entre los puntos A (cota hA)

y B (cota hB), el tnel tendra una pendiente.

hBhA

AB

Si se trata en lnea recta.

Si esta pendiente es inferior a la admisible, se adopta el trazado rectilneo,

pero si es superior, hay que reducirla aumentando la longitud del tnelmediante un trazado en curva llegando hasta el trazado helicoidal formando

un bucle completo.

Como ejemplo pueden citarse los tneles helicoidales de la lnea del San

Gotardo y del Simplon y de Moutiers, en la lnea Bourg-Saint-Maurice.

2. En cuanto se refiere al perfil longitudinal, la solucin no depende

enteramente del proyectista, sino que depende de la configuracin del

terreno y del papel que ha de desempear el tnel.

A

B


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La construccin de tneles en pendiente no presenta dificultades

particulares si se excepta la de la evacuacin de las aguas subterrneas

si existen.

Ataques de pendiente

Desde este punto de vista es preferible construir los tneles subiendo desde

aguas abajo hacia aguas arriba, con una pendiente que permita la libre

eliminacin de las aguas hacia la boca del tnel por cunetas dispuestas a este

fin.

Sin embargo, esta pendiente puede ser tal que haga difcil el empleo de las

palas cargadoras o que haga anormalmente costoso el transporte de los

escombros.

En el Mont Blanc, donde en el frente de ataque del lado francs al pendiente

alcanzaba el 2.4 %, las palas sobre orugas Conway trabajaban mal y los

trnasportes exigieron un frenado importante. Parece que esta pendiente es el

lmite prcticamente admisible.

En el caso contrario de ataque en descenso (o contrapendiente) las aguas se

concentran en el avance y es necesario evacuarlas por bombeo, lo que es

costoso.

Esto, por otra parte, puede convertirse en catastrfico si se encuentran bolsas

de agua subterrneas que, en estas condiciones, pueden sumergir la obra.

El ataque horizontal no presenta mayor inconveniente, salvo el de imponer

la obligacin del bombeo para la evacuacin de las aguas de filtracin.

ATAQUE ASCENDENTEATAQUE DESCENDENTE (contrapendiente)

BOCA

BOMBA

BOCA


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Por ello, siempre que se pueda, se intentar atacar los tneles subiendo, para

que la eliminacin de las aguas se realice normalmente. Si no es posible se

emplearn bombas en el avance del ataque en contrapendiente.

Esta cuestin de los afloramientos de agua, respecto a la que hemos dicho

que era difcil hacer una previsin completa en el estudio previo, es una de

las mayores preocupaciones a tener en cuenta durante la ejecucin de

tneles.

Se atribuye a un contratista americano la broma siguiente:

Encargue usted siempre bombas de una potencia doble de la que estime

necesaria. Si despus aade todas las disponibles que pueda encontrar,

terminar por darse cuenta de que todava no tiene ms que la mitad del

material que necesita.

Cuando son previsibles bombeos en contrapendiente, se utilizan:

Bombas alternativas de pistn de aire comprimido o elctrica.

Bombas centrfugas de simple o doble efecto, de aire comprimido o

elctrica, generalmente sumergidas y funcionando bajo el agua (bombas

Ingersoll, Atlas Polar, Flynt, entre otras).

A menudo, cuando el tnel es largo hay que prever estaciones intermedias

de bombeo.

En la proximidad del frente de ataque, las bombas son generalmente de aire

comprimido.

Cuando el caudal de agua que aparece en el frente de ataque supera ciertos

lmites, no es posible trabajar ms que con mtodos especiales de los que

hablaremos ms adelante (escudo de aire comprimido, inyecciones deavance).

El terreno seco puede atacarse indiferentemente subiendo o bajando.

En los tneles de contrafuertes para carreteras y vas frreas debe

conservarse una pendiente general ascendente en el sentido del valle.

Se adopta generalmente una pendiente nica, que es la de la carretera, para

los tneles de carretera, y la de la va frrea reducida en un 10 a 20% para

los tneles de ferrocarril, compensando esta pendiente la reduccin deadherencia que produce la atmsfera hmeda del tnel.


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As, en el Transpirenaico, de traccin elctrica la pendiente de la lnea es de

43 mm en el exterior y de 34 mm en tnel.

Siendo estos tneles generalmente cortos, se atacan nicamente por el

extremo inferior, subiendo.

Tnel de contrafuertes para Tnel de Cumbre

Vas frreas

En los tneles largos, especialmente en los de cumbre, es conveniente tener

pendiente a ambos lados para poder trabajar por ambos ataques, evacuando

las aguas por gravedad.

Si ambas cabezas estn sensiblemente al mismo nivel se adopta una

pendiente y una contrapendiente de 2.5 a 3 mm, que permite una buena

evacuacin de las aguas.

Si las dos bocas estn a niveles diferentes, se prevn dos pendientes tambin

diferentes. En la boca ms alta se toma la pendiente mnima de 2 mm

correspondiente a la fluencia crtica de las aguas. Por el contrario, en la ms

baja se adopta una pendiente fuerte para equilibrar, si es posible, la longitud

de ambos tramos.

El esquema de la figura 321 da el perfil longitudinal adoptado en el tnel

del Simplon.

C

DA

BBoca Italiana

(533.60)Boca Suiza(533.60)

91.84 m 500 10.086 m


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Tnel del Simplon

En la zona ms elevada de los tneles para vas frreas se prev

generalmente un tramo horizontal de 400 a 500m.

En los tneles subfluviales (por ejemplo, las travesas del Sena pr el

Metropolitano e Pars), el problema se plantea de forma muy distinta ya que

es forzoso ejecutar los tneles bajando.

Las aguas de las filtraciones se evacuan durante la obra mediante bombeo,

siendo necesario tambin prever la evacuacin del agua cuando el tnel est

en servicio. Las aguas se renen en pozos de achique donde se evacuan

generalmente por bombeo.

9.3.2. Galeras hidrulicas

El problema de las galeras hidrulicas es netamente diferente ya que en

estos tneles no existen las limitaciones de curvas y pendientes existentes

en los tneles para carreteras y vas frreas.El trazado de las galeras hidrulicas se compone de alineaciones rectas que

conviene sean lo ms largas posible y curvas de acuerdo; se utilizan trazados

quebrados o curvos de forma que se aproximen a gargantas

convenientemente elegidas en las que es posible establecer ventanas de

ataque intermedias.

En cuanto al perfil longitudinal, est constituido tambin por secciones de

inclinaciones variables, que pueden llegar hasta la vertical (pozos),existiendo frecuentemente entre ambos extremos de una galera hidrulica

diferencias de nivel de varios centenares de metros.

Obsrvese que, siempre que sea posible, debe evitarse en estas galeras la

existencia de un punto alto por las dificultades que pueden presentar la

evacuacin del aire de este lugar.

9.4. PERFILTRANSVERSAL


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El perfil transversal depende de la funcin de la obra, que condiciona las

dimensiones del glibo libre interior que constituye su hueco, y de la naturaleza del

terreno que determina el revestimiento necesario para proteger el vaco interior.

En principios y salvo en terrenos rocosos compactos de excelente comportamiento,

los tneles deben revestirse siempre. Incluso en estos terrenos, puede convenir

revestir las galeras hidrulicas par disminuir la prdida de carga debida a la

rugosidad de la pared rocosa. El revestimiento debe ser de mampostera y hormign

y, excepcionalmente, en los tneles subfluviales, de metal.

En los terrenos malos con fuertes empujes, el revestimiento debe ser completo,

aproximndose a la forma circular, que es la de mxima resistencia.

En terrenos normales, se aplica el revestimiento sobre el hueco a proteger (bveda)

y en los muros laterales (laterales). Eventualmente, estos muros laterales se apoyan

en una solera.

En los terrenos muy buenos puede suprimirse la solera y los muros laterales si se

encuentra roca franca que se mantenga naturalmente, limitndose entonces a

revestir la bveda.

Por ltimo, en las rocas excepcionalmente compactas y no heladizas, puede

suprimirse tambin el revestimiento de la bveda. A veces, basta con un simple

revestimiento de gunita.

La naturaleza de los terrenos condiciona tambin el espesor del revestimiento, que

debe ser tanto mayor cuanto ms empuja el terreno y mayor es la seccin del tnel.

Esto plantea un problema tcnico de clculo de difcil resolucin, para el que

conviene estudiar las disposiciones adoptadas con xito en obras anlogas.

La determinacin de las dimensiones del revestimiento de un tnel es importante

no solamente por la seguridad de la obra, sino tambin por su precio de costo. Es

necesario limitarse al mnimo, pero sin poner en peligro la seguridad de la obra.

Se debe siempre estudiar los diversos perfiles correspondientes a los terrenos de

diferente naturaleza que pueden encontrarse durante la obra para adaptarse

continuamente al terreno encontrado, realizando de esta forma el mnimo gastocompatible con la mxima seguridad.


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9.4.1. Alcantarillas

En las alcantarillas, que tienen casi siempre pequea pendiente y deben ser

visitables, se adopta un perfil ovoidal con cuneta circular en la parte inferior

para aumentar la velocidad del agua.

Alcantarilla Galera hidrulica

La altura debe ser como mnimo de 1.80 m con una anchura de 1.30 m a la

altura de los hombros. En general, es suficiente un revestimiento de

hormign de 20 cm.

9.4.2.

Acueductos y galeras hidrulicas

Para los acueductos y galeras hidrulicas, se adopta a menudo la forma

circular que, a igualdad de seccin recta, da el mximo caudal de agua. Es

tambin la forma que da una resistencia ptima a los empujes del terreno

con el revestimiento ms delgado (forma econmica).

A menudo se adopta la forma en herradura por cuestiones de comodidad

ejecucin (circulacin, fases de hormigonado).

9.4.3. Vas Frreas

Para las vas frreas pueden utilizarse numerosos perfiles, segn el tipo de

va y el terreno.

Los glibos libres interiores son los siguientes para la va normal de Francia.


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Entre el intrads de la bveda y la parte superior de los carriles exteriores

debe haber una altura libre mnima de 4.80 m. En curvas debe haber una

distancia mnima de 20 cm. entre la envolvente del glibo y el revestimiento.

Los perfiles transversales difieren segn el terreno.

En buen terreno (roca) se utilizan generalmente muros verticales y bvedas

en medio punto. En terrenos menos resistentes se utilizan secciones ms

aproximadas a la forma ovoidal, ensanchndolas, inclinado los muros y

aadiendo una solera interior. En otros casos, se realiza la bveda dndole

una forma ojival.

En cambio, en las ciudades es frecuentemente forzoso, a causa de la falta de

altura, rebajar las bvedas aumentando su espesor, como ocurre en los

tneles del metropolitano.

Las estaciones presentan, respecto a su anchura, una seccin an ms

rebajada.

El espesor del revestimiento depende de la naturaleza del terreno. Para las

bvedas en roca compacta pero heladiza, basta con un revestimiento delgado

de mampostera u hormign trasdosado paralelamente:

Tnel de una va: 3550 cm

Tnel de dos vas: 5070 cm


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Si son de temer cadas de bloques, o si se trabaja en terreno poco

consistentes se aumenta el espesor:

Tnel de una va: 70 cm

Tnel de dos vas: 90 cm

Si son de temer fuertes empujes se lleva el espesor en clave a 1m. o incluso

1.50m., aumentando el espesor en arranques; la bveda no se trasdosa

paralelamente.

Los muros laterales tienen un espesor que vara de 0.70 a 1.50 m, segn

terreno. En cuanto a la solera, puede bastar un espesor menor (50 a 70 cm).

9.4.4. Tneles de carretera

Los tneles de carretera normales son un poco mayores que los tneles de

va frrea para va doble, pero cuando deben dar paso a ms de dos vas de

circulacin es necesario ensancharlos dndoles un perfil transversal

aplanado.


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Entre los tneles de carretera de anchura excepcional, pueden citarse el

Saint-Cloud en la autopista del Oeste a la salida de Pars, que da paso a cinco

y de circulacin.

Su anchura es de 17m. La bveda tiene enclave un espesor 1.10m. y los

muros laterales miden 2.80 m.

9.4.5. Tneles de navegacin interior

Los tneles de navegacin interior que permiten el paso de canales son

generalmente de grandes dimensiones.

Entre los tneles excepcionales puede citarse el de Rove, que da paso entre

Marsella y el Lago de Berre, en una longitud de 7 Km., a la seccin martima

del canal de Marsella al Rdano, y admite buques para navegacin martima

de 4m de calado.

Tnel de Rove

Este tnel, construido en caliza, tiene una anchura total de 22m, dos paseos

de 2m y una altura sobre el nivel del agua de 11.40 m.

9.4.6. Espesor del revestimiento

Los espesores de revestimiento que hemos mencionado en las lneas o

croquis de las pginas anteriores se dan solamente a ttulo indicativo.

En terreno blando, especialmente en terrenos sin cohesin y arcillas

plsticas, es posible realizar un clculo aproximado del espesor partiendo de

ciertas hiptesis basadas en presiones de trazado hidrosttico.

Por el contrario, en la roca no parece que se pueda determinar vlidamente

el espesor por clculo.

9.0

11.4

4.0

Ba

nquetade

22.0

18.0


30/35

En el caso de revestimiento hormigonados no parece recomendable utilizar

un espesor en clave inferior a 25 cm. Para permitir el paso de la tubera para

hormign entre la cimbra y la pared (bomba de hormign o transportador

neumtico) y la ejecucin de un cierre en clave correcto.

Tendremos que volver sobre esta cuestin de los revestimientos al tratar de

su ejecucin (captulo L y LI).

9.4.7. Cuadro de glibos interiores

En resumen, la seccin recta del glibo interior (sin revestimiento) de los

tneles, es muy variable con los rdenes de magnitud siguientes:

Tipos de obrasSeccin

(m2)

Alcantarillas.... ..

Colectores, emisarios, galeras hidrulicas............................

Tneles para una va frrea....

Tneles para vas frreas dobles....

Grandes tneles de carreteras.....

Tneles para canales de navegacin interior..................

23

520

2730

4662

50100

150270

9.5. VENTILACIN DE LOS TNELES DE GRAN LONGITUD DE

EXPLOTACIN

En los tneles largos utilizados por viajeros (tneles de ferrocarril o de carretera),

se plantea el problema de la ventilacin, que debe limitar a un valor admisible el

contenido en xido de carbono.

Esta cuestin es particularmente importante en los tneles de carretera como

consecuencia del contenido en xido de carbono de los gases de escape de los


31/35

vehculos automviles. Observemos que en el tnel de carretera de Saint-Cloud han

llegado a pasar hasta 6000 vehculos por hora.

El estudio de este problema se sale de los lmites de este curso y slo nos referimos

a l ligeramente.

Generalmente, se admite que por debajo de un contenido en CO de 2/10 000 no hay

que temer ningn efecto nocivo, pudiendo admitirse temporalmente en puntas de

trfico como mximo un contenido de 4/10 000.

Los diferentes procedimientos de ventilacin empleados son los siguientes:

9.6. VENTILACINLONGITUDINAL:

9.6.1. VENTILACION NATURAL

Obtenida por diferencia de nivel entre las dos bocas y calentamiento interior.

Este procedimiento solamente es admisible para tneles cortos y depequeos trficos.

9.6.2. VENTILACION ACELERADA. SISTEMA SACCARDO

La ventilacin longitudinal se acelera mediante un ventilador que impulsa

aire en una de las bocas y un aspirador situado en la otra.

Este sistema se ha utilizado en el tnel de Mornay (Ain).

Presenta el grave inconveniente de activar el posible incendio de los

vehculos dando lugar a una velocidad excesiva del aire.

VENTILADOR ASPIRADOR

VENTILACION SISTEMA SACCARDO


32/35

Sistema del tnel de Saint-Cloud, autopista del Oeste. En el tnel de Saint-cloud se ha instalado un aspirador en un pozo situado en el punto medio del

tnel, el cual aspira 720 m3/seg.

9.7. VENTILACINTRANSVERSAL

Este sistema es clsico para tneles de carretera de gran trfico.

En el caso del esquema el aire fresco insuflado en un comportamiento situado bajo

la calzada alimenta el tnel a travs de aberturas laterales. El aire viciado se evacua

por un comportamiento situado en la parte superior.

Este sistema se ha aplicado, por ejemplo, en el Holland-Tunnel.En el esquema de la figura 332 los dos circuitos de aire fresco y aire viciado estn

situados bajo la calzada.

En este caso, el aire viciado es aspirado por bocas situadas en el techo. Este es el

sistema utilizado en el tnel del Mont-Blanc.

GRIFOS ABIERTOS

GRIFOS CERRADOS

VENTILACIN NORMAL

TUNEL

VENTILACIN DE SOCORRO

TURBOVENTILADOR

TUBERA DE VUELTA

GRIFOS CERRADOS

GRIFOS DE VUELTAABIERTOS

TUNEL DE CARRETERA DE SAINT-CLOUD. ESQUEMA DE DOS SISTEMAS DEVENTILACIN: NORMAL Y DE SOCORRO

H

LICE

PA

DADA

HL

ICE

GIR

ANDO

AIRE

VICIADO

AIREFRESCO

AIREFRESCO

AIREVICIADO

AIREVICIADO


33/35

9.8. VENTILACINSEMITRANSVERSAL

En la ventilacin semitransversal se suprime uno de los dos circuitos aire fresco

o aire viciado, sustituyndolo por la seccin del tnel en s.

En el esquema de la figura 333 se representa el caso en que la seccin del tnelsustituye a un circuito de aire viciado.

Este sistema se ha aplicado en el tnel del Mersey el

Liverpool, de una longitud de 4200m.

Cuanto antecede se refiere a la ventilacin de los

tneles en explotacin, siendo el problema en la fasede construccin muy distinto, especialmente en el

caso de tneles en terreno rocoso en cuya construccin hay que utilizar explosivos.

Hablamos de este problema en el captulo XLIX. Ventilacin del tnel de Mersey

9.9. EVACUACIN DELASAGUAS

En explotacin, la eliminacin de las aguas se asegura mediante cuneras acueductos

establecidos contra los muros laterales.

En los tneles a contrapendiente, especialmente en los subfluviales, debe preverseun dispositivo de bombeo.

LLEGADADE AIRE

SOLERA

ACUEDUCTO AXIAL


34/35

Si el tnel tiene solera, para no debilitar su unin con los muros laterales, se

construye a veces el acueducto longitudinalmente en el eje del tnel, debiendo dejar

de trecho en trecho bocas de acceso al acueducto para su limpieza.

9.10.DISPOSICIONESDIVERSAS

En los tneles para vas frreas se prevn nichos para permitir al personal refugiarse

durante el paso de los trenes. Los nichos que miden en general 2m de altura, 1m de

profundidad y 2m de anchura, se sitan cada 100m alternativamente a un lado y a

otro de la vida.

Los tneles de carretera en montaa estn provistos generalmente de puertas

metlicas para cerrarlos durante el invierno cuando la nieve los bloquea.

Tambin puede ser necesario instalar en los tneles:

- Estaciones de bombeo para la evacuacin de las aguas.

- Instalaciones de depuracin y acondicionamiento del aire en tneles especiales

(refugios contra bombardeos, fortificacin, etc.)

- La iluminacin, en el caso de los tneles de carreteras, es problema que exige

una atencin particular.- Efectivamente, hay que prever en cada acceso la transicin entre la iluminacin

artificial en el interior del tnel y la luz solar exterior.

Naturalmente, se utiliza la iluminacin elctrica.

9.11.CALCULODELASECCINDEUNTNEL

Tambin se cuentan con tablas especiales que permiten calcular el valor el una

constante especial de donde luego se deriva para hallar el valor del radio de la

seccin del tnel. Para nuestro estudio consideraremos el caso de aquellos tneles

formados por una seccin cuadrada unida a secciones circulares.

Los tneles pueden ser con o sin

revestimiento dependiendo las ventajas

entre ellos por el costo de su

construccin. Sin embargo en iguales

consideraciones tcnicas, un tnel con


35/35

revestimiento resulta ms econmico,

de mejores cualidades hidrulicas y de

fcil mantenimiento.

Estos tipos de tneles, cualquiera que sea su forma de seccin transversal, deben

tener un espacio por encima del nivel superior del agua, llamada Zona de seguridad,

y cuya altura se denomina ALTURA DE SEGURIDAD, cuyo valor no puede bajar

de 40 cm., altura que permite trabajar al tnel con seguridad y libremente.

Consideramos el siguiente problema sobre tneles.- Calcular las dimensiones de un

tnel, cuyo material es Roca, que puede conducir un caudal de 2m3/s, son una

gradiente hidrulica de i J = 0.0005, con un coeficiente de rugosidad para la roca de

n = 0.04. Calcular tambin el costo de construccin del tnel sabiendo que el metro

cbico de excavacin de la roca cuesta $ 1.000,00.

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LECCION DISEÑO