IMPORTANCIA DE LOS TNELES

Los tneles son un medio de comunicacin artificial entre dos puntos separados por un suelo o roca. Su objetivo es el de permitir el paso de personas, ferrocarriles, vehculos, conducciones elctricas, de agua u otros. Debido a su utilizacin diversa elevan su importancia a medida que la sociedad avanza y son inevitables en grandes ncleos urbanos muy masificados por edificios para establecer lneas de metro; en la comunicacin de poblaciones separadas por una orografa pronunciada o incluso por mar, como es el tnel del Canal de la Mancha. Las razones habituales para desarrollar un tnel son:

Terreno: la topografa puede limitar la implantacin de una autopista cuyas especificaciones obligan a tener unas pendientes lmite.

Economa: en muchas ocasiones resulta ms rentable atravesar un obstculo mediante un tnel que rodearlo; por lo cual, es lgico pensar que el tiempo tambin puede disminur considerablemente al ejecutar un tnel en vez de decantarse por rodear el obstculo.

Ordenacin urbanstica y de trfico: la implantacin de metros facilita la movilidad en las grandes urbes.

Esttica y salud: para la circulacin de aguas residuales y saneamiento en las ciudades.

Minera: aunque se suelen denominan galeras o pozos, dependiendo de la orientacin, su fin es unir dos puntos, en el caso, para acceder a una mineralizacin.

CARACTERSTICAS DE UN TNEL

El desarrollo de un tnel se realiza de igual manera que cualquier obra a cielo abierto teniendo en cuenta el tipo de seccin elegida. Despus de determinar los puntos entre los que se traza el tnel se debern realizar:

a) Planta: el diseo en planta del tnel se desarrollar en funcin de los puntos de entrada y salida, as como del estudio geotcnico que determinar la estabilidad del terreno. En el caso de autopistas o ferrocarriles se tendr en cuenta tambin la curvatura mxima permitida.

la rasante depender de los parmetros definitorios de la obra a realizar, como pueden ser la velocidad especfica de la va o ferrocarril, la pendiente mxima admitida, del mejor drenaje del agua motivo por el cual es normal disear tneles convexos.

c) Seccin: est directamente relacionado con el estudio geomecnico del terreno para construrlo y de las caractersticas de la obra.

3. TIPOS DE TNELES Y GALERAS SUBTERRNEAS

1)Obras de paso: Las obras de paso bajo las vas de comunicacin, para aguas u otros viales.

2) Conducciones y galeras de alcantarillado y saneamiento: sistemas de saneamiento y alcantarilado de los ncleos urbanos precisan del proyecto y construccin de conducciones y galeras subterrneas de diversos tipos.

3) Tuneles de carreteras, ferrocarriles y canales: tneles dedicados al paso de vehculos, trenes y metro.

4) Conducciones de agua a presin: para el trasnporte de agua a presin desde el vaso de una presa de embalse de aprovecha--miento hidroelctrico a las turbinas de una central de produccin de energa elctrica aguas abajo, por ejemplo.

5) Galeras de mina: en una galera o tnel de mina se tienen unas condiciones de proyecto y diseo muy diferentes respecto de un tnel carretero, puesto que en el de mina se buscan soluciones para acceder a las capas de mineral, para luego seguir esascapas, excavarlas y efectuar la extraccin del Mineral. Desde el punto de vista de la topografa estas galeras tienen unas exigencias de precisin menores que en el caso de los tneles carreteros.

REPLANTEO DE UN TNELPara llevar a cabo el replanteo de un tnel hay que tener en cuenta los siguientes apartados:

1. Planos de proyecto

Las clases de planos que definen el proyecto de la construccin de un tnel, desde el punto de vista topogrfico son bsicamente: la planta general sobre el topogrfico base, el perfil longitudinal y secciones transversales.

2. Instrumentacin especfica

La instrumentacin es idntica a la estudiada en la asignatura de topografa, salvo unas pequeas consideraciones para medir con baja iluminacin. Sistemas de iluminacin:

*De los instrumentos: los equipos van provistos de sistemas de iluminacin adaptables, aunque no son necesarios siempre.

*De las galeras: sistemas de iluminacin de mina que mejoren la visibilidad del punto de mira.

*Teodolitos de mina: usados nicamente en mina ya que se han diseado ntegramente para ello; en tnel se puede usar la instrumentacin convencional. El gran problema de la medicin en galeras es el estacionamiento del instrumento, por lo cual, se puede disponer colgado del techo o apoyado sobre barras metlicas en los hastiales.

*Teodolito giroscpico: o tambin denominado inercial, permite de forma directa y puntual la determinacin de la direccin del Norte Geogrfico con un grado de precisin suficiente para la mayora de los trabajos, ya que en galeras es fundamental la correcta orientacin con respecto al exterior de la mina a travs de un pozo. Estacionamientos especiales: en ocasiones es necesario efectuar el estacionamiento del instrumental sobre aparejos diversos que permiten, no slo situar el aparato de forma atpica, sino tambin, posicionarlo con unas determinadas coordenadas espaciales, si se diera el caso. Para ello existen los siguientes aparatos:

Consolas y plataformas de ajuste: son pequeas plataformas con brazo articulado que permiten la fijacin del aparato en cualquier punto del muro o de la pared rocosa.

Plataforma de ajuste: cuando interesa colocar un instrumento a una determinada cota se utiliza una plataforma que permite variar la altura del instrumento.

Mesas de centraje: en ciertas ocasiones, no slo interesa fijar la cota, sino tambin las coordenadas X e Y, por lo cual se utilizan estas mesas que son de gran utilidad durante el replanteo.

Regletas de centraje o ajuste: cuando es necesario efectuar la transferencia de un punto P sealizado en planta sobre la rasante de excavacin a la clave de la bveda o cuando hemos de transferir un punto cualquiera sobre la vertical del mismo, es de gran utilidad estas regletas, que dotadas de patillas de anclaje y de dos carros deslizantes uno sobre otro en direcciones perpendiculares, permiten situar con toda exactitud la posicin de la marca de referencia del punto transferido.

Emisores lser: se utilizan para conocer el direccionamiento de la obra tanto en planta como en alzado.

Plomadas cenit-nadir: sirven para efectuar la transferencia de puntos a lo largo de una visual vertical cenit-nadir.

Plomadas de gravedad (mecnicas): se usan en trabajos de baja a media precisin y estn basadas en un peso colgado a travs de un hilo que pasa por el centro del instrumento. Su gran problema son las oscilaciones, actualmente estn prcticamente en desuso.

Plomadas pticas: para trabajos de alta a muy alta precisin, ya que, para distancias cortas tienen un elevado grado de precisin.

Oculares acodados: en las tareas de replanteo de un tnel, en muchas ocasiones, debido a la angostura de la galera o las caractersticas del estacionamiento que no permite las observaciones para una posicin normal del operador, es necesaria la utilizacin de oculares acodados a fin de poder efectuar lecturas cenitales cercanas a la vertical. Tambin permiten utilizar el taqumetro como plomada cenit-nadir. Miras especiales industriales: son miras adaptadas a trabajos en lugares angostos y de poco glibo. Son de menor longitud que las convencionales y van provista de regatones para su estacionamiento sobre diferentes tipos de seales.

Perfilmetros: serie de instrumentos especialmente diseados para la obtencin de los perfiles transversales de una galera de tnel.

Instrumentacin especial para el control de deformaciones: son instrumentos diseados para conocer con un alto grado de fiabilidad las posibles deformaciones que se pueden producir en una galera; se conocen como hilos invar y se basan en un hilo sometido a tensin constante que gracias a un medidor permite conocer con gran rapidez y precisin las variaciones de convergencia entre dos puntos prefijados.

Sealizacin de puntos: se utiliza pintura fluorescente, clavos o, en trabajos de gran importancia, hitos de hormign.

Topografa de apoyo.

Al igual que cualquier obra de ingeniera, las tareas de proyecto, replanteo, construccin, medicin de obra, y posible control posterior de deformaciones, de tnel, precisa de la implantacin y observacin de una serie de puntos de diverso tipo, que junto con el plano topogrfico base, donde se ha proyectado dicho tnel, se denomina de forma genrica topografa de apoyo. sta ser en parte topografa externa y en parte topografa subterrnea. La topografa a cielo abierto no difiere de la habitualmente utilizada, sin embargo las labores de enlace de sta con el interior, si requiere de mtodos y tcnicas de trabajo especficas.

Topografa de apoyo externa: consta de Plano topogrfico base

Para proder proyectar un tnel tanto en su diseo planimtrico como altimtrico, hemos de disponer de un plano topogrfico que permita, estudiar y determinar las caractersticas del mismo. Es necesario conocer sobre l plano las caractersticas geolgicas de la zona. Escalas generales de 1/2000, 1/1000 o 1/500, para parciales del tipo 1/200, 1/100 y tomadas normalmente en las zonas de acceso.

Red de enlace entre bocas como triangulacin, poligonal de precisin, nivelacin

Esta red permitir conocer con toda exactitud las coordenadas espaciales X, Y, Z de los dos puntos iniciales de la excavacin, as como los acimuts de las alineaciones rectas de entrada y salida, para ello es necesario relacionarlos, lo que se consigue por medio de: triangulacin, poligonales de precisin y nivelacin por alturas. La triangulacin actualmente se sustituye por una poligonal de precisin, siempre y cuando los condicionantes del tnel, longitud y precisiones del cierre del replanteo por ambas bocas, asi lo permita; la utilizacin del G.P.S. reduce bastante el tiempo de aplicacin del mtodo. Como complemento se realiza una nivelacin por alturas de manera que se pueda determinar con toda exactitud el desnivel o incremento de cota entre ambos puntos de boquilla N y S, ya que los valores altimtricos de la triangulacin o la poligonal no tendrn las precisiones requeridas en estos casos.

Paso de lnea por montera

Se trata de realizar la red de apoyo externa, triangulacin o poligonal y nivelacin por aluras, para enlazar los puntos de superficie de inicio del tnel por ambas bocas.

Perfil longitudinal por montera, en tneles de gran longitud o cuando se precisa de una mayor velocidad de perforacin, es necesario duplicar o multiplicar los frentes de excavacin y para ellos es precisa la excavacin de pozos o rampas de acceso a la rasante de excavacin desde uno o varios puntos de la superficie. Para ello es necesario conocer el perfil del terreno en superficie, o lo que es lomismo, el perfil de montera, definiendo como montera la interseccin del plano vertical de la planta del tnel con el terreno.

Cuando el tnel es en recta, el mismo paso de lnea por montera, nos delimitar ese perfil, cuando no es as, es necesario replantear el tnel o parte del tnel a cielo abierto a fin de proyectar estos pozos o rampas. Es muy importante ejecutar el proceso adecuadamente y asegurarse de que se obtiene la precisin deseada, sino podra llevar a que los distintos frentes abiertos no se encuentren tanto en altura como en plano.

Clculo del replanteo de un tnel.

El clculo del replanteo de un tnel o de una galera subterrnea no tendr mayor problema, que si la obra fuese a cielo abierto, no obstante habremos de aplicar los mtodos ms adecuados al caso, en funcin de los condicionamientos constructivos. 1. Mtodos usuales de replanteo

Los mtodos ms usuales de replanteo son:

Replanteo planimtrico de las boquillas

Supuesto un tnel en recata entre dos puntos N y S, una vez definidad las coordenadas de cada punto, se realiza la observacin de la red de enlace entre bocas (triangulacin, poligonal y nivelacin). A partir de estos vrtices se calvula el replanteo por interseccin mltiple o por polares mltiple de ambos puntos. Una vez replanteados estos puntos, compensados y determinados en su posicin ms probable, es necesaria su sealizacin de forma temporal o permanente para poder realizar una reobservacin o para marcar y referir las alineaciones rectas de entrada a la excavacin.

Replanteo altimtrico de las boquillas: tras realizar el replanteo planimtrico se podr transmitir su cota o altitud desde la red altimtrica de nivelacin.

Replanteo de los puntos bsicos del eje o polos. Cuando el proyecto se ejecuta en curva o combinacin de rectas y curvas se debe tener muy en cuenta el eje de la obra. Se ha de procurar proyectar el mnimo nmero de cuerdas, a fin de cometer el mnimo error posible. Para asegurar el eje se puede realizar un replanteo doble, ejecutando el mismo procedimiento con cuerdas ms cortas o por un camino diferente. Se ha de aplicar una topografa de diseo basada en los mtodos de replanteo de una curva cualquiera.

Referenciacin de puntos. Es imprescindible referenciar y marcar todos aquellos puntos, bsicos o concretos necesarios para el replanteo. Se ha de realizar tanto en las boquillas como en los hastiales.En las boquillas se deber referir estos puntos por medio de puntos auxiliares adecuadamente situados en la ladera y zona de ataque. En las bvedas o hastiales se opera del mismo modo; a medida que vamos efectuando la excavacin y nos adentramos en la galera del tnel, va a ser tambin necesario referir los puntos singulares, bsicos o concretos ya sean de eje o auxiliares. 3. Replanteo espedito de la excavacin a partir de referencias.

Cuando las caractersticas del terreno a excavar lo permiten se puede seguir el proceso de referenciacin de puntos y replanteo de puntos concretos del eje, a partir de la anterior referenciacin de puntos.

Replanteo a partir de ejes de referencia materializados con lser. El replanteo de la excavacin o del revestimiento de un tnel, ha de realizarse en la mayora de los casos, a partir de referencias y ejes auxiliares, que n su caso generalmente son cuerdas entre vrtices o polos de una poligonal de apoyo, que define puntos concretos secuenciales del eje. Con este mtodos la materializacin de los ejes auxiliares se efecta por medio de lser, con un grado de precisin ptimo.

Con la ayuda del lser se obtienen puntos de referencia a los cuales lanzar una visual y adems se obtienen ejes de la obra. En la excavacin de tneles, al realizar la limpieza del frente el equipo de medicin topogrfico deber efectuar una visual al nuevo frente de explotacin, con objeto de referenciar la nueva profundidad, y a su vez deber transmitir la visual a dos visuales anteriores, es decir, deber corroborar los puntos

Errores de cierre de la excavacin en el punto de encuentro. Cale.

El cale es el argot usado en obra para el encuentro del punto de salida o punto de encuentro, cuando se realiza el tnel por dos boquillas diferentes. Es muy importante que los ejes de obra y tericos coincidan y, por tanto que dos perforaciones alcancen exactamente el mismo trazado. El error de cierre de la excavacin en el punto de encuentro puede producirse tanto en planimetra, siendo un desvo tranversal, como en altimetra, dando lugar a un desvo vertical. La tolerancia del error depende de la obra, y es menor cuando el tnel va revestido de anillos de hormign, por ejemplo. El error de cale estar siempre en funcin de la metodologa de trabajo, del instrumental empleado y de los cuidados durante la realizacin. Normalmente este error no debe esceder de algunos centmetros. Se puede resumir que:

Cuando la longitud de un tnel es pequea, combinando su replanteo a partir de la red de apoyo con un paso del mismo por montera, no tendr excesivos problemas, y sus errorres de cierre o cale sern mnimos.

Cuando el tnel tiene mayor longitud, y es en recta, habr de cuidar primordialmente la prolongacin de la alienacin.

Cuando el tnel es en curva, habr de cuidar an ms la ejecucin de los trabajos.

Cuando el tnel est conformado por una larga planta, compuesta de rectas y curvas, habr de extremar el cuidado en los trabajos, debido a los errores que arrastrar el mtodo operativo, obligado en ese caso.

CONTROL DE LA EXCAVACIN DE UN TNEL

El control de la excavacin de una galera se debe realizar ineludiblemente por dos razones:

Es necesario constatar que la seccin transversal de la galera cumple con las especificaciones de proyecto. Hay que cubicar el volumen de tierras o roca excavados en funcin de las secciones o perfiles transversales de la galera tras la excavacin.

A pesar de lo cuidadosa que pueda ser la excavacin despus de cada voladura la seccin transversal de la bveda y los hastiales resulta irregular.Habr que subsanar estas discrepancias o al menos conocer y evaluar su magnitud para lo cual habr que conocer los perfiles transversales de la seccin de la galera a lo largo de una serie de puntos del eje con el fn ltimo de poder cubicar el volumen de tierras excavado. Se podrn obtener los perfiles por los siguientes mtodos:

1. Por referencia a eje y rasante: para galeras con poco glibo (menor de 5 m) y se dispone de poca instrumentacin. Se trata de medir distancias entre un punto de posicionamiento y las distintas visuales a diferentes puntos tomando como referencia el eje y la rasante del tnel. 2. Por radiacin: consiste en radiar puntos definitorios delperfil sobre el plano vertical de la seccin transversal que deseamos obtener. Se puede realizar con taqumetro y cinta, con taqumetro y distancimetro o por sistemas automatizados de los anteriores.

3. Por interseccin de visuales: en galeras de gran tamao puede no poderse acceder a los puntos definitorios del perfil, o no se disponga de medios de medida indirecta de distancias, por tanto se opera intersecando los puntos del perfil desde una base de longitud conocida.

4. Con pantmetra de tneles: consisten en un crculo graduado de donde de forma radial y a partir de su centro sale un vstago extensible graduado en distancias. Actualmente obsoleto y desplazado por perfilmetros de tnel.

5. Perfilmetros de tnel: son una serie de aparatos que permiten obtener de forma rpida y precisa las secciones transversales de una galera subterrnea. 6. Por fotogrametra: se utilizan medios fotogramtricos. Si en un eje de tnel estacionamos un emisor lser rotatorio en el plano vertical normal a dicho eje, la incidencia de dicho rayo materializar de forma continua el perfil de la galera. Si desde puntos del eje anterior y posterior al del emisor de lser fotografiamos con una cmara terrestre la seccin del perfil, efectuando la exposicin durante un tiempo adecuado, conseguiremos un fotograma al que podremos dar escala midiendo la distancia de la cmara al perfil y colocando una mira en el plano del mismo. Midiendo los datos del fotograma en un mono comparador se obtiene el perfil.

CONTROL DE LAS DEFORMACIONES DE UN TNEL

El control de las deformaciones de una obra puede ser considerado como una materia especfica e independiente, su estudio completo es complejo y extenso, y debera ser tratado de forma monogrfica como se realiza en geotecnia. Para poder evaluar o medir estas deformaciones se utiliza un tipo de instrumentacin especfica. Los ms sencillos son los extensmetros destinados a medir deformaciones verticales o laterales de la bveda o de los hastiales de la galera. En el sector de deformaciones o expansin donde se encuentra la galera aparecen unas tensiones que dan lugar a la convergencia.

Auscultacin de un tnel. Consiste en obtener una serie de datos y medidas que van a permitir evaluar sus deformaciones, constatar el comportamiento del terreno y determinar el tipo de sostenimiento necesario. Se realiza durante y despus de la excavacin y revestimiento en su caso. Precisa de los siguientes estudios:

1. Medidas de convergencia: se determinan las variaciones de longitud de cuerdas entre puntos de los hastiales y la bveda y el movimiento vertical absoluto de un punto situado en la bveda o clave. Las medidas se realizan con instrumentos de muy alta precisin. 2. Medidas de extensiometra: son una medida puramente geotcnica y se realizan con extensmetros colocados en diferentes argollas, midiendo distancias entre diferentes puntos de un perfil.

Medidas de las presiones: se realizan en cavidades perforadas en distintos puntos del frente e introduciendo sensores de presin denominados flatjacks.