Geologa de Tneles

IntroduccinLas obras subterrneas en un entorno urbano siempre han planteado un reto importante a la ingeniera puesto que, a las dificultades e incertidumbres habituales de la excavacin en subterrneo, se le aade la inevitable afeccin a las construcciones existentes, las cuales, en la mayora de casos, no estn concebidas para sufrir las deformaciones de sus cimientos que impone la excavacin del tnel.Un tnel es una obra subterrnea de carcter lineal que comunica dos puntos para el transporte de personas o materiales. Normalmente es artificial. Puede servir para peatones, ciclistas, aunque generalmente sirve para dar paso al trfico, para vehculos de motor, para ferrocarril o para un canal. Algunos son acueductos, construidos para el transporte de agua (para consumo, para aprovechamiento hidroelctrico o para el saneamiento). Tambin hay tneles diseados para servicios de telecomunicaciones. Incluso existen tneles para el paso de ciertas especies de animales. En las grandes ciudades el transporte se realiza mediante una red de tneles 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 vehculos. El presente trabajo est enfocado en adquirir nuevos conocimientos acerca de la geologa de tneles as como definiciones, tipos y estudios geolgicos, etc.

1. Que es tnel:Un tnel es una obra de ingeniera que para su construccin, requiere de tcnicas, productos y equipos especiales adems de unos anlisis geolgicos, geotcnicos e hidrulicos. Esta es una obra longitudinal que est construida enteramente en un mbito geolgico al que se tiene poco o ningn acceso antes de la construccin. Un Tnel se trata de una va subterrnea que, por lo general, se abre de modo artificial con el objetivo de permitir la comunicacin entre dos lugares. En algunos casos, los tneles se crean por accin de la naturaleza. Adicionalmente un tnel puede servir como canal. Algunos son acueductos, construidos para el transporte de agua (para consumo, para aprovechamiento hidroelctrico o para el saneamiento). Tambin hay tneles diseados para servicios de telecomunicaciones y transporte. Una de las caractersticas principales de todo tnel es que cuentan con un techo y que la nica ventilacin es la que se mantiene en ambos puntos, no habiendo ninguna posibilidad de salida o cruce del mismo fuera de esos dos puntos de comunicacin.

Hay dos tipos de espacios en los que se suelen construir tneles: Espacios naturales (montaas, montes, caones) en los cuales se puede realizar el tnel tanto para el paso de seres humanos como para el paso de agua, de energa o de materiales de diverso tipo. Espacios urbanos en los cuales los tneles bajo tierra sirven para dinamizar el transporte pblico (ya sea en el caso de los subterrneos o los tneles para vehculos regulares).

La inversin de tiempo, capital y fuerza humana para la construccin de tneles suele ser muy importante ya que los tneles son algunas de las construcciones ms complejas que puede realizar el ser humano. Por lo general, los tneles se realizan a travs de la voladura o explosin de los espacios a vaciar, por perforacin y por excavacin. Tnel Punta Olmpica (Ancash)2. Funciones de un tnel:Los tneles pueden servir para: Trnsito de peatones o ciclistas, para vehculos a motor, para trfico ferroviario, en particular, en general para sistemas de transporte. Como comunicacin de los niveles de extraccin en la explotacin de minas subterrneas. Unir cuencas hidrogrficas vecinas, para transportar agua (para consumo, para centrales hidroelctricas o como cloacas), por medio de canales, o para atravesar elevaciones topogrficas importantes. Conducir otros servicios como cables de comunicaciones, tuberas, etc. Transportar con facilidad materiales o productos. Evitar la fragmentacin de hbitats y la creacin de corredores biolgicos, como los falsos tneles denominados eco ductos.

Tnel de Kahuish (Chavn de Huantar)

3. Partes de un tnel (estructura): Donde:1. Superficie de excavacin (Extrados).2. Superficie interior terminada (Intrados).3. Concreto lanzado (Shotcrete).4. Pernos de anclaje.5. Cimbra metlica.6. Elementos de apuntalamiento.7. Travesao de solera.8. Conducto de drenaje.9. Cuneta (Zanja de drenaje).10. Perforaciones de drenaje.11. Captacin de agua de infiltracin.12. Cimiento de estribo.13. Revestimiento de concreto.13.1. Anillo interior.13.2. Anillo exterior.14. Inyeccin de contacto.15. Inyeccin de consolidado.

4. Clasificacin de tneles:4.1. Segn su uso: Para transporte de agua.

Para alcantarillado y drenaje.

Tneles de corte y cubierta.

Para carretera y ferrocarriles.

4.2. Segn tipos de suelos: Tneles en roca. Tneles en materiales firmes.

5. Secuencia de los estudios del terreno:En etapas de factibilidad e ingeniera bsica, deben hacerse una serie de estudios geolgicos y geotcnicos.a. Geologa del Trazado del tnel: Para la definicin del trazado de un tnel, deben considerarse diversas caractersticas geolgicas: Tipos de roca y sus propiedades. Orientacin de discontinuidades respecto al eje del tnel. Presencia de fallas, su orientacin y espesor.b. Condiciones de aguas subterrneas: Las rocas que pueden contener agua en su matriz o en las fracturas, a diversas condiciones de presin dependiendo de la profundidad. Las rocas muy fracturadas o permeables, como areniscas o calizas son especialmente importantes. Tambin puede haber bolsones de gravas o rocas ms permeables. Antes de la construccin se debe determinar la ubicacin y cantidades de agua. Ante flujos altos, puede bajarse el nivel general del agua o tratar el suelo.c. Sectorizacin geotcnica: La sectorizacin geotcnica permite; Identificar mtodos de excavacin ms apropiados, tipos de fortificacin, Estimar los costos de la obra, Seleccionar las zonas donde se requieran prospecciones adicionales. A partir de una seccin en que se proyecta la geologa de superficie, ms informacin de sondajes y ensayos de laboratorio, se asigna una clasificacin de macizo rocoso o calidad de roca a los distintos sectores a lo largo del tnel (o porcentajes dentro de cada uno). Luego se suman en km los sectores de igual calidad, determinando en porcentaje la calidad de la roca. Usualmente se utiliza la clasificacin en base a la resistencia de la roca segn la Sociedad Internacional de Mecnica de Rocas (ISRM).

ClasificacinDescripcin

R0Roca extremadamente blanda.Se puede marcar con la ua.

R1Roca muy blanda.La roca se desmenuza al golpear con la punta de martillo. Con una navaja se talla fcilmente.

R2Roca blanda.Se talla con dificultad con una navaja. Al golpear con la punta del martillo se producen pequeas marcas.

R3Roca moderadamente dura.No puede tallarse con la navaja. Puede fracturarse con un golpe fuerte del martillo.

R4Roca dura.Se requiere ms de un golpe con el martillo para fracturarla.

R5Roca muy dura.Se requieren muchos golpes con el martillo para fracturarla.

R6Roca extremadamente dura.Al golpearlo con el martillo solo saltan esquirlas.

(ISRM, 1981)

6. Estudio geolgico segn las fases de un proyecto:6.1. Estudios previos:

ObjetivosTareasContenidos

Reconocimiento geolgico general del trazado o corredores. Identificacin de riesgos geolgicos para la excavacin del tnel. Clasificacin Geolgico - Geotcnica bsica de materiales. Planificacin de investigaciones para la siguiente fase. Anlisis de alternativas de trazados.Revisin de informacin Topografa. Hidrologa e Hidrogeologa. Mapas geolgicos. Tneles y minas prximas. Sismicidad.

Fotointerpretacin Fotogramas en color y blanco y negro. Tcnicas especiales en zonas cubiertas de vegetacin. Teledeteccin.

Reconocimientos geolgicos Geomorfologa y estabilidad de laderas. Litologas. Fallas y estructuras tectnicas. Datos hidrogeolgicos.

Investigaciones In Situ Sondeos espaciados. Geofsica en superficie.

Interpretacin geolgica geotcnica Mapas y cortes geolgicos (1:10.000 1:2.000)

6.2. Anteproyecto y Proyecto:

Objetivos TareasContenidos

Seleccin del trazado y emboquilles. Estudio geolgico geotcnico detallado. Evaluacin de los problemas geolgicos geotcnicos. Caractersticas geomecnicas de los materiales. Criteriso geomecanicos para el diseo. Recomendaciones para el sostenimiento, excavacin y tratamientos del terreno.Cartografa Geolgica Geotcnica Litoestratigrafa. Estructura. Geomorfologa. Mapas a escala 1:2000 1:500

Datos Hidrolgicos e Hidrogeolgicos Regionales y locales. Estimacin de caudales y presiones.

Investigaciones geotcnicas Ensayos de laboratorio. Sondeos. Calicatas. Ensayos In Situ.

Interpretacin Geolgica Geotcnica. Clasificaciones geo mecnicas. Propiedades geo mecnicas. Recomendaciones para el sostenimiento y excavacin. Tratamientos del terreno.

6.3. Construccin:ObjetivosTareasContenidos

Control geolgico geotcnico y auscultacin. Adecuacin del proyecto a las condiciones del terreno. Medidas de control de inestabilidades, filtraciones y tratamientos del terreno.Control geolgico geotcnico.

Cartografa geolgica geotcnica en el interior del tnel. Sondeos en avance, galera exploratoria, geofsica, ensayos.

Auscultacin. Instrumentacin geotcnica.

Control de calidad. Ensayos.

Asistencia tcnica. Seguimiento y control de ejecucin. Soluciones constructivas y tratamientos del terreno.

7. Investigacin geotcnica para la construccin de tneles:Es esencial que cualquier proyecto de tnel comience con una investigacin sobre las condiciones del terreno. Los resultados de la investigacin nos permitirn saber cul es la maquinaria y los mtodos de excavacin y sostenimiento a realizar, y podrn reducir los riesgos de encontrar condiciones desconocidas. En algunos casos, los estudios convencionales no nos proporcionan suficiente informacin, por ejemplo, cuando existen grandes masas de roca, discontinuidades como fallas o estratos de terreno ms blando como arcillas o limos. Para abordar estos problemas se puede construir un tubo piloto, o un desvo que discurra paralelo al principal. Este tubo puede llegar a ser ms fcil de sostener cuando se presenten condiciones inesperadas y podr ser incorporado en el tnel final. Alternativamente tambin se pueden realizar pequeos pozos horizontales en el frente del tnel para conocer las condiciones en la excavacin.En el caso de los tneles en roca, dada la variabilidad de los distintos factores que intervienen en la mecnica de rocas, es frecuente abordar su estudio mediante las llamadas clasificaciones geomecnicas.7.1. Clasificacin Geo mecnica de Macizos Rocosos:a. Clasificacin por el ndice de calidad de la roca (RQD):Se basa en la recuperacin de ncleos con perforacin diamantina. Se define como en porcentaje de ncleos que se recupera en piezas enteras de 100 mm o ms, del largo total del barreno.

RQDCalidad de roca

25%Muy mala

25% 50%Mala

50% 75%Regular

75% 90% Buena

90% 100% Muy buena

b. Clasificacin por la prediccin de soporte de tnel:Se trata de un modelo emprico basado en la capacidad de trabajo de la estructura de la roca. Se obtiene mediante tres parmetros ponderados obtenidos a partir de factores como: tipo de roca, estructura geolgica, buzamiento, espaciamiento de juntas, presiones de corte, entre otras.c. Clasificacin de Lauffer: Se efecta atendiendo a dos parmetros; Longitud libre (de la zona que no requiere sostenimiento) y del ancho del tnel. Tipo de macizo rocosoTipo ITipo IITipo IIITipo IVTipo V aTipo V b

Clase de terreno excavado.Roca estable poco fracturada.Roca algo fracturada.Roca friable o muy friable.Roca de empuje inmediato.Roca de empuje inmediato fuerte.Roca sin cohesin alguna.

Tipos de sostenimiento.Pernos donde lo requiera el terreno.Concreto rociado, mallas, sostenimiento sistemtico en bveda, y cuando lo requiera concreto rociado en las paredes.Sostenimiento sistemtico en bveda y paredes. Concreto rociado, pernos y mallas. Sostenimiento sistemtico en toda la seccin. Concreto rociado ms pernos y mallas.Sostenimiento sistemtico en toda la seccin con dos alternativas: Concreto rociado ms pernos y mallas. Concreto rociado ms cerchas metlicas, concreto.

d. Clasificacin de Rabcewicz:

8. Estructura geolgica:La estructura geolgica es uno de los factores que ms influye en la estabilidad de una excavacin subterrnea. En rocas plegadas y estratificadas la orientacin de los estratos condicionan diferentes modos de comportamiento frente a la estabilidad en un tnel, influyendo los siguientes factores: Buzamiento de la estructura con respecto a la seccin del tnel. Direccin de la estratificacin con respecto al eje del tnel. Tipos de pliegues existentes en el terreno.

8.1. Pliegues:

8.2. Discontinuidades: La mayora de los problemas de estabilidad se deben a la interaccin de la seccin del tnel con planos de discontinuidad. Se distinguen las siguientes discontinuidades:a. Discontinuidades de tipo sistemtico (presentes en casi todas las rocas): Diaclasas. Planos de estratificacin. Esquistosidad.b. Discontinuidades de tipo singular: Fallas.- Fallas caracterizadas por una zona de espesor variable y de baja resistencia formada por materiales blandos o inestables.- Fallas caracterizadas por una zona de alta transmisibilidad hidrulica.Estratificacin Horizontal: Cada de bloques. Roturas por flexin.

Estratificacin Inclinada: Cadas de cuas y bloques.

Estratificacin Vertical Subvertical: Formacin de chimeneas. Pandeo de estratos.

9. Riesgos para la construccin:Al perforar un tnel se puede encontrar tres tipos de Condiciones Naturales que dan lugar a la prdida de resistencia del macizo y, por tanto, a problemas de estabilidad: Orientacin desfavorable de discontinuidades.

Orientacin desfavorable de las tensiones con respecto al eje del tnel.

Flujo de agua hacia el interior de la excavacin a favor de fracturas, acuferos o rocas.

Las filtraciones en los macizos rocosos provienen principalmente de: Fallas y fracturas. Rocas de brecha, rellenos de falla, zonas alteradas. Contactos litolgicos entre rocas de permeabilidad muy diferente. Conductos crsticos, tubos en rocas volcnicas, etc. Las cavidades crsticas pueden suponer un gran riesgo de filtraciones, adems de ser difciles de localizar.

Conclusiones Finalmente, la geologa de tuneles se encarga del estudio de la composicin de la tierra donde se realizara un tnel, Es esencial que cualquier proyecto de tnel comience con una investigacin sobre las condiciones del terreno. Los resultados de la investigacin nos permitirn saber cul es la maquinaria y los mtodos de excavacin y sostenimiento a realizar, y podrn reducir los riesgos de encontrar condiciones desconocidas. Para la realizacin de un proyecto de infraestructura civil como un tnel, debemos tener en cuenta cierto tipos de consideraciones como estudios geolgicos y anlisis de qu tipo de tune se necesita para as llevar a cabo adecuadamente su construccin.

Referencias BIBLIOGRFICAS

http://definicion.de/tunel/ https://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%BAnel http://www.definicionabc.com/tecnologia/tunel.php http://es.slideshare.net/jhonymejialopez/diseo-de-tuneles http://es.slideshare.net/Irveen/tneles Sociedad Mexicana de Mecnica de Suelos (1984). Tneles Carreteros, SMMS Tamez Enrique, Rangel Jos Luis (1997). Diseo Geotcnico de Tneles, edit. Tgc Gavilanes J.H. y Andrade Haro B. (2004). Introduccin a la ingeniera de tneles. Asociacin de ingenieros de minas del Ecuador.

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