FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

(PERFIL DE TESIS)

T IT U L O

ANÁLISIS ESTATICO EN EL DIMENSIONAMIENTO

DE TÚNELES

INTRODUCCIÓN

El túnel es una estructura ingenieril que presenta enormes dificultades

tanto en el proyecto como en la etapa de construcción. Esta dificultad en gran

medida es función de la longitud y sección del túnel además de la naturaleza del

terreno y de las condiciones hidrogeológicas.

La utilización de los túneles en la tecnología de las vías, esta muy

desigualmente repartida, desde luego estas estructuras constituyen un

recurso familiar a los proyectistas y constructores de vías férreas, pero no así en las

carreteras y sobre todo en las zonas urbanas y conducciones bajo presión, que

plantean importantes problemas adicionales.

Desde luego que haya o no un túnel en un determinado lugar, es ante

todo cuestión de topografía, que exista un obstáculo que al ser atravesado, permita

ahorrar longitud de trazo, guardando los requerimientos adecuados de curvatura y

pendiente ( cuando se trata de carreteras); hay que tomar en cuenta el túnel como

análisis de alternativas y como solución final.

En nuestro País la topografía muy accidentada hace necesaria la

construcción de túneles y obras dentro de las ciudades, en forma de

vías subterráneas, metros, paso de peatones, conducciones industriales,

saneamiento, etc.

Esta clase de estructura resulta con frecuencia la mas económica y la

mas conveniente.

OBJETO.

El objeto del presente trabajo es contribuir con algo a la carencia,

poca información, falta de reglamento y normas de diseño en la construcción de

túneles.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. PREGUNTAS.

- ¿Existen normas para el diseño, construcción y dimensionamiento

de túneles en nuestro país ?.

- ¿Debido a la Topografía accidentada presentada en nuestra región.

Serán viables o importantes la construcción de túneles y cual será

el impacto en medio ambiente ?.

- ¿Existirán alternativas de solución al problemas del

congestionamiento vehicular y peatonal además del abastecimiento y

saneamiento en la parte central de nuestra ciudad ?.

O B J E T I V O S .

OBJETIVO GENERAL.

El objetivo de este proyecto es dotar al profesional de la

construcción una alternativa para plantear soluciones al tema, y presentar algunos

conceptos básicos relacionados a la construcción de túneles.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Determinar con claridad el comportamiento estructural de un macizo

debido a la excavación de una cavidad y los fenómenos físicos que se

presentan frente a esa cavidad.

Contribuir con el establecimiento de algunas normas para nuestro

País en la construcción de túneles.

Hacer un análisis comparativo con lo estudiado hasta la fecha con

relación al dimensionamiento de túneles.

MARCO TEORICO

El análisis de las presiones de tierra sobre los recubrimientos de

túneles, se hace generalmente con una tecnología o metodología que tiene sus

raíces en los estudios teóricos pero modificados e influenciados por la Institución y

la experiencia, de manera que el diseño de tales recubrimientos es mas un arte que

una ciencia.

La construcción de un túnel es un problema complejo que exige una

metodología cuidadosa que se analizara en forma breve a continuación:

- Un estudio geológico, que nos defina las características del terreno

a atravesar y la clasificación convencional de las calidades mecánicas

de

los terrenos a excavar.

- El análisis mecánico del trazado de la obra subterránea que da lugar

a un estudio geológico y geotécnico que defina y dibuje la zona de los

terrenos y un perfil longitudinal bajo los cuales será el túnel.

- Los sistemas constructivos en las labores de excavación están

en función de numerosas variables y entran de lleno en el campo de

acción de personas especializadas. Estos sistemas en la etapa de

construcción del revestimiento deben comprender 2 labores

importantes: Impermeabilización y recogida de aguas y el revestimiento

u hormigonado.

- Evaluación de tiempo y costos en las diferentes etapas de avance.

- El programa de construcción.

Análisis de presiones de tierra.- Estudio y análisis de los diferentes esfuerzos,

provisionales o definitivos que actúan dentro y fuera de la cavidad.

Análisis mecánico.- Clasificación y análisis de los suelos, desde un punto de vista

de la mecánica de suelos, para determinar con claridad las características y sus

resistencias de los diferentes componentes del suelo.

Estudio geológico.- Estudio de los suelos desde un punto de vista de un profesional

geólogo.

Recubrimientos.- Tecnología utilizada en los túneles para absorber los esfuerzos

y deformaciones ocasionados por cargas internas y externas.

H I P O T E S I S .

La carencia absoluta de estudios profundos acerca de las

características hidrogeológicas de los terrenos, además de la falta de mecanismos de

calculo y construcción totalmente confiables, hacen que la construcción de túneles no

sea una practica común en nuestro medio.

DISEÑO METODOLOGICO.

La investigación para el presente trabajo estará dividida en dos

partes: La primera comprenderá en realizar un diagnostico que permita identificar los

mecanismos y técnicas que se observan en la construcción de túneles en Bolivia.

En la segunda parte se propondrá un modelo diseño y dimensionamiento de tal

manera que contribuya a los profesionales a fortalecer sus conocimientos en este

rubro.

METODOS DE INVESTIGACIÓN

Los métodos a ser empleados serán:

Investigación Histórica Documental. A través de estudiar y revisar

gradualmente la construcción de túneles y sus procedimientos en Bolivia.

Descriptivas o Experimentales. Mediante la aplicación de la Bibliografía

propuesta, buscando respuestas a las Hipótesis planteadas.

A continuación y debido a la extensión de la materia en estudio se

presenta un resumen sintético del trabajo que se pretende realizar:

- La primera parte del trabajo es la Introducción, justificación-objetivo

(Marco Teórico) y metodología para la construcción y diseño de túneles.

- La segunda parte es mostrar el comportamiento estructural de

un macizo debido a la excavación de una cavidad y los fenómenos

físicos que se presentan frente a esa cavidad.

- La tercera parte es un método de construcción de túneles utilizando

el método Austriaco que es el mas convencional y mas utilizado

actualmente.

- La cuarta parte esta dedicado al análisis estático de estructuras

que componen el túnel, este capítulo también contiene el

dimensionamiento y estabilización.

- La quinta parte se propondrá un ejemplo practico.

- Finalmente la ultima parte trata de la importancia que debe regir par

la construcción del túnel y la puesta en servicio.

CONTRIBUCIÓN PERSONAL AL PRESENTE TRABAJO

Luego de completado el análisis de todos los parámetros estudiados

en el presente trabajo, se intentara proponer una metodología y algunas normas para

evitar en lo posible algunas dificultades propias de este tipo de obras. También se

pondrá a consideración programas hechos en Computación para facilitar el calculo,

diseño y dimensionamiento de Túneles.

"ANÁLISIS ESTATICO EN EL DIMENCIONAMIENTO DE TÚNELES"

SUMARIO

1.- INTRODUCCION

1.1. Planteamiento del problema

1.2. Justificación

1.3. Objetivos

1.4. Metodología

2.- ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL EN

SUBTERRANEAS

ABERTURAS

2.1. Introducción

2.2. Fenómenos estructurales en aberturas subterráneas

2.3. Modelos estructurales

2.4. Análisis teóricos fundamentales

3.- METODO AUSTRIACO EN CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES

3.1. Introducción

3.2. Principales características del método

3.3. Bases teóricas de calculo

3.4. Funciones del sistema estabilizante

4.- ANÁLISIS TEORICO ESTRUCTURAL

4.1. Continuidad del medio

4.2. Equilibrio elástico en torno a una cavidad circular

4.3. Criterio de rotura para la aplicación geotécnica

4.4. Algunas conclusiones de análisis elástico elementales.

4.5. Finalidad del análisis estático

4.5.1. Análisis computacional para cálculo de túneles

4.5.1.1. Método de elementos finitos

4.5.1.2. Método de barras

4.6. Consideraciones en el método estático

4.6.1. Consideraciones iniciales

4.6.2. Estado inicial de Tensiones

4.6.3. Clasificación geomecánica del macizo

4.7. Consideraciones respecto al dimencionamiento

5.- CONSIDERACIONES ADICIONALES AL RESPECTO DEL ANÁLISIS

EN TÚNELES

5.1. Evaluación y beneficios

5.2. Control de seguridad

5.3. Características del macizo

5.4. Comparación del comportamiento previsto con un

comportamiento estructural observado

6.- EJEMPLO PRACTICO

7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

8.- BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA

GALABRU P., "Cimentaciones y Túneles", Edit. Reverte, España, 1974-1977.

RICHARDSON HAROLD, "Practical Tunneling Driving", McGraw-Hill, New York and

London, 1941.

LEGGET ROBERT. "Geología para Ingernieros", Edit. Gustavo Gili,

Barcelona- España.

MEGAW T. M., "Túneles: Planeación, diseño y construcción", Volumen 1,

Edit. Limusa, México.

GAALABRU P., "Cimentaciones y Túneles", Editorial Reverte, Barcelona-España,

1974-1977, págs. 306, 307.

MEGAW T. M., "Túneles: Planeación, Diseño y Construcción", Vol II, Editorial

Limusa, Mexico, 1990.

FOX F. ,"The Simplon Tunnel", Inst. Civil Eng. Min. Proc. (Londres).