Monografia tuneladora
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TÚNELES Y TUNELADORAS
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1
TÚNELES Y
TUNELADORAS
2
FACULTAD DE INGENIERÍA
‘’ TUNELES Y TUNELADORAS‘’
Monografía del curso
Métodos y Técnica de Estudio
ELABORADA POR:
- TRUCIOS ANCCASI, DANIEL (Secretario) 41
CARRERA: INGENIERÍA CIVIL
ASESOR O PROFESOR: OCHOA RIVERA, ANGELA MARIELA
HUANCAYO – PERU
2012
3
Esta monografía es para todos los líderes
que van en búsqueda de la verdad de la vida,
ya que la vida es un túnel largo y difícil de
recorrer.
4
INTRODUCCIÓN
Esta monografía cosiste en dar a conocer que cuando tenemos una base de datos,
normalmente se usan informes para ver, formatear y resumir datos. Por ejemplo, se puede
crear un informe de tipo lista para mostrar los números de teléfono de todos los contactos
o un informe resumido para calcular el total de las ventas de la compañía en distintas
regiones y períodos de tiempo.
En esta monografía proporciona información general acerca de los informes en Microsoft
Access 2010 y se describen las características de informes nuevas o modificadas. También se
explican los procedimientos para crear informes, ordenar, agrupar y resumir datos, así como
para obtener una vista previa de un informe.
Resultará mucho más fácil crear informes significativos si la base de datos contiene
una estructura de tabla y relaciones bien diseñadas.
Los autores.
5
INDICE
PORTADA
DEDICATORIA
INTRODUCCIÓN
INDICE
CAPITULO I
GENERALIDADES Y ANTECEDENTES HISTORICOS
1.1. Reseña histórica……………………………………………………………….8
1.2. Grandes Túneles del Siglo XVI……………………………………………..11
1.3. Túneles españoles…………………………………………………………...14
CAPITULO II
METODOS CONSTRUCTIVOS DE LOS TUNELES
2.1. Sistemas constructivos ………………………….………………..…...17
2.1.1. Ejecución a cielo abierto……………………………………………18
2.1.2. Ejecución subterránea………………………………………………18
2.2. Influencia de las condiciones geológicas……….…..…………...…19
2.2.1. Método de análisis…………………………………………….20
2.2.2. Datos geológicos y geomecánico…………………………...20
2.3. Métodos tradicionales de construcción de túneles ...………….…...21
2.4. Método clásico de Madrid …………………………………………...22
2.5. Método de precorte mecánico…………………..…………………..23
2.5.1. Métodos no mecanizado……………………………………..23
2.5.2. Métodos semi-mecanizado…………………………………..23
6
2.5.3. Métodos de excavación mecanizado……………………….24
CAPITULO III
TUNELES
3.1. Tuneladoras para roca dura: topos………………………………………...25
3.2. Tuneladoras para rocas blandas y suelos: escudos……………………..26
3.3. Dovelas de rendimiento……………………………………………………..26
3.4. Tuneladoras emblemáticas………………………………………………….27
CAPITULO IV
TOPOGRAFIA DE TUNELES Y OBRAS SUBTERRANEAS
4.1. Instrumento topográfico……………………………………………………..33
4.2. Redes topográficas…………………………………………………………..36
4.3. Obras subterráneas …………………………………………………………37
CAPITULO V
GUIADO DE LAS TUNELADORAS
5.1. Sistema de guiado de tuneladoras para hinca de tubo…………………..41
5.2. Sistema de guiado de tuneladoras con revestimiento de dovelas……...42
CONCLUSIONES
FUENTES DE INFORMACION
ANEXOS
8
CAPITULO I
GENERALIDADES Y ANTECEDENTES HISTÓRICOS
1.1. RESEÑA HISTÓRICA
La construcción de túneles viene dándose desde tiempos muy antiguos
en un principio los túneles se construían como refugios de los hombres
primitivos, que se protegían de los animales salvajes que rodeaban por los
lugares donde vivían o del medio ambiente. Según fue avanzando el tiempo los
túneles se construían como medios de transporte y como medios de
comunicación.
Un túnel no es un agujero más en la tierra. En términos estrictamente
prácticos se trata de una obra de ingeniería extraordinariamente sofisticada y
nunca fue sencilla ni segura su construcción, un túnel arranca la necesidad de
superar un obstáculo natural.1
La perforación de los túneles fue el primer ejercicio que llevo a cabo el
hombre, como la ampliación de sus cuevas en la que vivía el hombre primitivo,
resulta una operación necesaria imprescindible para una criatura capaz de un
1 López C. Manual de túneles y obras subterráneas, pág. 29
9
pensamiento lógico. El descubrimiento accidental de los depósitos de agua,
llevo a perforar de forma gradual, la perforación de los tuéneles se fue
diversificado pasando de una etapa, convirtiéndose en un arte.2
Tal vez sea las tumbas reales del antiguo Egipto, excavadas en roca, las
primeras grandes obras subterráneas realizadas por el hombre. También hace
unos tres mil años, se construían túneles en Asiria, Persia y Mesopotamia con
el fin de transportar de una forma segura el agua; estos primeros túneles de
abastecimiento de agua, llamado “qanats”.3
Los romanos dominaron el arte de los túneles, sobre todo los de carácter
hidráulico, como lo demuestran las redes de acueductos que llevaban agua a
las grandes ciudades, también de las costas romanas en el siglo II han sido
creadas en el subsuelo de esta ciudad.4
El primer túnel más antiguo de la historia se construye bajo el rio
Éufrates, para comunicar el palacio y el templo de Belos en Babilonia, año 2200
a.c. los restos más antiguos hallados se remontan a la civilización egipcia. El
túnel más antiguo conocido es el de Ezequías en Jerusalén, construido en el
año 700 a. c.; bajo el túnel de Eupalinos de 1 km de longitud, construido hacia
el año 530 a.c. es el segundo túnel que se conoce en la historia.5
En las ciudades del Imperio Romano, se efectuaron obras subterráneas:
el túnel de Pausilippo, de 1.500 metros cerca de Nápoles, se construyeron
túneles para abastecimiento de agua, alcantarillado, emisarios, etc. En la Edad
Media, la construcción de túneles disminuye, quedando en obras menores. De
la misma forma, en la época del renacimiento la construcción de túneles sigue
dormitando, hasta que en el siglo XVIII donde surge la Era de los túneles. Pero
2 López C. Manual de túneles y obras subterráneas, pág. 30 3 Tapia A. Topografía subterránea pág. 14 4 Tapia A. Topografía subterránea pág. 15 5 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 12
10
en el siglo XIX, con la aparición del ferroviario cuando los túneles tienen gran
apogeo.6
Podemos decir que la construcción del primer túnel hidráulico moderno
más antiguo de Europa, fue la mina de Daroca que construyo Bedel, entre los
años 1555 y 1560 bajo el cerro San Jorge que conducía las aguas.7
El canal de Midi, construido entre 1666 y 1681 y con 240 km. De
longitud; unía el atlántico con el mediterráneo. Sin embargo los romanos han
hecho túneles como vías de comunicación, empiezan a construirse con el inicio
del siglo XIX.8
La construcción del túnel de Brunel se construyó bajo el rio Támesis,
primer túnel subacuático de nuestra era, donde era el agua el peor aliado y
también el metano, que producía pequeñas explosiones. Pero el año 1842 se
inauguró como túnel peatonal.9
El primero de los grandes túneles en los Alpes fue el de monte Cenis,
llamada de Frejus que enlaza Francia con Turín en Italia. Su longitud fue de
12,2 km. El otro fue el de 56 Gothard, enlaza suiza con Italia desde Zurich hasta
Milan; pero las condiciones de trabajo y la mala ventilación produjeron muchas
muertes.10
El túnel del Támesis, construido entre 1825 y 1843, es el primer túnel
construido bajo un rio. Se aplica por primera vez la técnica del sostenimiento del
terreno y protección de los trabajadores con escudos. Ya en la segunda mitad
del siglo XIX, se produce un extraordinario progreso en Europa con la
construcción de los tres grandes túneles ferroviarios para atravesar los Alpes. El
6 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 13 7 Tapia A. Topografía subterránea pág. 16 8 Tapia A. Topografía subterránea pág. 17 9 Tapia A. Topografía subterránea pág. 19 10 Tapia A. Topografía subterránea pág. 20
11
primer paso subterráneo que cruza los Alpes es el túnel de Mont cenis, tiene
12.8 kilómetros, conecta Francia con Italia.11
Años más tarde se construye el segundo túnel ferroviario de san
Gotardo, en 1882, con 15 Km. De longitud de suiza. El Tercer túnel es el túnel
Simplon I, entre Suiza e Italia, abierto en el año 1906 y con una longitud de 18,8
kilómetros.12
Un túnel es un ahuguero , fue el primer ejercicio que llevo a cabo el
hombre , se construían túneles en Asiria, Persia y Mesopotamia con el fin de
transportar agua .los romanos construyeron el primer túnel bajo el rio
Eufrades.en la edad media la construcción de túneles disminuye .el primer túnel
hidráulico se construyó bajo el río Támesis, el túnel frejus que enlaza Francia
con Turín en Italia .en la segunda mitad del siglo XIX se produce un
extraordinario progreso en Europa ,años más tarde se construyó el segundo
túnel ferroviario de san Gotardo.
1.2. GRANDES TÚNELES DEL SIGLO XXI
La construcción de los túneles del siglo XXI, abarca mayormente en los
países desarrollados, que utilizan para la construcción de sus túneles una
tecnología muy avanzada como son, en sus equipos herramientas dándoles así
una importancia asombrosa y una rápida ejecución de los túneles.
Uno de los países es Japón que tiene una importancia asombrosa para
la construcción de túneles, lleva el liderato tanto en kilometraje y numero de
túneles. El túnel Seikan, ha batido durante más de veinte años todos los
11 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 14 12 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 15
12
records, tiene 53,85 kilómetros de longitud, es el más largo del mundo, enlaza
las islas de Honshu con Hokkaido.13
El túnel de Daishimizu, de 22,221 m. de longitud, la construcción del
túnel se finalizó en 1978. En el mes de diciembre de 2002 fue inaugurado el
túnel Iwate- Ichinohe, con 25,810 m. de largo en la línea Tohoku Shinkansen,
batiendo de esta forma el record de longitud establecido por el Daishimizu.14
Los túneles de carretera de mayor longitud del Japón son los de Kan
Etsu. Tubo norte data de 1985 tiene una longitud de 10.926 m. el tubo sur entro
en servicio en el año 1991 y tiene 11,150 m. de largo. El siguiente túnel de
carretera es el de Hida, consta de dos tubos mas un túnel, tiene 10,712 m. y fue
inaugurado en enero de 2007.15
También en Japón, se encuentra el túnel de Iwate- Ichinoche,
inaugurado en el 2002, con 25,8 kilómetros de longitud es el séptimo túnel más
largo del mundo. En la actualidad se construyen el túnel de Hakkoda, con sus
26,4 kilómetros, será en 2010 el quinto túnel ferroviario.16
El primero de esta serie de túneles que ha entrado en servicio es el túnel
de base para el ferrocarril de Lotschberg, en suiza, inaugurado en Junio del
2007 y cuya longitud es de 34.577 metros. Iniciándose con l una serie de
túneles alpinos, posibilitando las circulaciones de alta velocidad.17
Los túneles de Zimmerberg, de 20 km de longitud y el monte Ceneri, de
15,4 km, los trabajos preparatorios arrancaron en 1996, y las obras de
excavación propiamente dicha se iniciaron en el año 2003. En marzo del
13 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 17 14 López C. Manual de túneles y obras subterráneas, pág. 48 15 López C. Manual de túneles y obras subterráneas, pág. 48 16 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 18 17 López C. Manual de túneles y obras subterráneas, pág. 50
13
2010se había perforado 143.80 km. de túneles. Todo el sistema estará en
funcionamiento en el año 2017.18
Noruega también es uno de los países líderes en la construcción de
túneles, siendo su especialidad la construcción de túneles submarinos de
carreteras. El túnel de Laerdal es el túnel de carreteras más largo del mundo,
con una longitud de 24,51 kilómetros, en la región Noruega, esta entre Aurland
y Laerdal.19
A finales del año 2000, las cifras ascendían a 22 túneles; a comienzos
del 2010 son 287 los túneles perorados bajo los fiordos noruegos, el más largo
de ellos es el túnel de Bomlafjord, con 7.931 m., seguido por el Eiksund, con
7.797 m. su inauguración tuvo lugar en febrero del 2008. En el 2009 entro en
servicio el túnel de Atlanterhaws, de 5.727 m. de longitud y una profundidad de
245 m.20
La expansión de los túneles de carretera tiene lugar tras la segunda
guerra mundial. El túnel carretero de San Gotardo, con casi 17 km de longitud
fue durante muchos años el más largo de su generación en todo el mundo.
Superado desde el año 2000, tras un periodo de construcción de 3 años por el
túnel Erdal, en noruega con una longitud de 24,5 km.21
Su construcción comenzó en el año 1995, se inauguró en el 2000. Es el
túnel que tiene tres grandes cuevas, que como objeto tiene romper la
monotonía en la conducción y descansar la vista del conductor. En la actualidad
existen en Noruega más de quince tuéneles, el túnel de Vardo, primer túnel
submarino de carreteras, con casi 3 kilómetros de longitud.22
Desde el año de 1970, se encuentra en construcción un nuevo túnel de
abastecimiento de agua para nueva York, el Water Tunnel Nº3, que tendrá 97 18 López C. Manual de túneles y obras subterráneas, pág. 50 19 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 19 20 López C. Manual de túneles y obras subterráneas, pág. 49 21 López C. Manual de túneles y obras subterráneas, pág. 43 22 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 19
14
km de longitud y estará finalizando en 2020, siendo una de las obras de
ingeniería civil más complejas en la actualidad.23
El túnel del acueducto que abastece de agua a la ciudad de Nueva York,
obra construida entre los años 1939 y 1945, con sus 177 km. de longitud, es el
túnel continuo en roca más largo del mundo; su ancho es de 4,11m.24
Uno de los países es Japón, el túnel seikan, ha batido records .el túnel
de Daishimizu .los túneles de carretera en Japón son los kan etsu nore Data y
el tubo sur , el túnel de Iwate-ichinoche .el primer túnel que ha entrado en
servicio es lotschberg, en suiza. Noruega es uno de los países líderes en la
construcción de túneles , el túnel de laerdal es el más largo del mundo .a fines
del año 2000 ascienden a 22 túneles ,la expansión de los túneles tiene lugar
tras la segunda guerra mundial. en nueva york el túnel wáter túnel es un obra
más compleja.
1.3. TÚNELES ESPAÑOLES
España es uno de los países más importantes en la construcción de
túneles ferroviarios y como de túneles de carretera.
Las redes de transporte terrestre en España deben atravesar sistemas
montañosas a lo largo y ancho de toda la península. Los túneles en España se
comenzaron a construir a partir del siglo XX, con el nacimiento de la antigua red
ferroviaria española.25
El gran avance registrado en España en la construcción de túneles
durante la última década, con ejemplo de referencia incluso desde una
prespectiva internacional. Así los planes de ampliación de red de metro de
23 López C. Manual de túneles y obras subterráneas, pág. 43 24 López C. Manual de túneles y obras subterráneas, pág. 43 25 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 19
15
Madrid. Que ha supuesto situar al Metropolitano madrileño entre los 4 sistemas
de mayor longitud del mundo.26
El proyecto de soterramiento de la M-30 de Madrid, ahora denominada
calle 30, que ha supuesto la construcción de la mayor red de túneles urbanos
de Europa; o la construcción de los túneles para las líneas de ferrocarril de Alta
velocidad, AVE, destacando el túnel del Guadarrama, que enlaza Madrid con
Valladolid.27
El primer ferrocarril español se inaugura en Cuba, provincia Española
en aquella época, en 1837, para unir las ciudades de Guines y la Habana. Se
tuvo que esperar hasta 1848 para la inauguración del primer ferrocarril de la
península: era la línea Barcelona – Mataró de 28 km de longitud, cuya obra más
importante fue la perforación del túnel de Mongat de 170 m. 28
Fue en 1851 la inauguración por Isabel II del segundo tramo de
ferrocarril en España, la línea que unía Madrid con Aranjuez. Los inicios de
ferrocarril en España fueron lentos, en 18755 habían en funcionamiento
escasamente 300 km. el regreso al poder de Espartero, lo que acelera la
construcción del ferrocarril: en 1866 ya existían más de 5.000 km de vía. 29
Entre los túneles principales en el mundo está el túnel de Darrama, con
sus 28,4 kilómetros de longitud será el quinto túnel más largo del mundo, es el
cuarto de Europa, y el primer túnel ferroviario más largo de España.30
En este proyecto se han construido dos túneles paralelos de la vía única,
que atraviesa la sierra de Guadarrama, siendo el tramo fundamental de la
26 López C. Manual de túneles y obras subterráneas, pág. 50 27 López C. Manual de túneles y obras subterráneas, pág. 43 28 Tapia A. Topografía subterránea pág. 17 29 Tapia A. Topografía subterránea pág. 18 30 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 23
16
nueva línea ferroviaria de alta velocidad para enlazar l Norte y Noroeste de
España con Madrid. La excavación se realizó en menos de tres años.31
En este mismo tramo Madrid – Segovia, el túnel de San Pedro. Siendo el
tercero de los túneles más largos de España. El Túnel de Pajares, con sus
24,648 m. será el octavo más largo del mundo, es el quinto de Europa y el
segundo de España.32
El túnel de la Cabrera, situado en la provincia de Valencia, que forma
parte del trazado del acceso ferroviario de alta velocidad Madrid – Valencia. El
túnel de Somport, con sus 8,608 m. de longitud, es el túnel más largo de
carreteras en España en la actualidad.33
Otros túneles que superan los 5 kilómetros son el túnel Juan Carlos I,
en Lerida con 5,230 metros construido en el año 2007. El túnel de Cadi
construido en el año de 1984 entre Barcelona – Lerica – Gerona con 5,026 m.
Los túneles en España se construyeron a partir del siglo XX .El primer
ferrocarril se inauguró en cuba, en 1851se construyo el segundo tramo del
ferrocarril .entre los túneles más principales está el túnel de Darrama, el túnel
de San Pedro y el túnel de la cabrera.
Los túneles se construyeron con el fin de trasportar el agua, el primer
túnel hidráulico se produjo en Europa .Japón es uno de los países que
construyo túneles que batió records en todo el mundo .Noruega también es uno
de los países líderes .en España se construyó túneles muy importantes como el
túnel de Darrama.
31 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 23 32 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 24 33 Prieto E. Generalidades y antecedentes históricos, pág. 25
17
CAPITULO II
METODOS CONSTRUCTIVOS DE LOS TUNELES
2.1. SISTEMAS CONSTRUCTIVOS
El aprovechamiento del espacio subterráneo constituye en la actualidad
una de las alternativas más idóneas para el desarrollo de las vías rápidas de
comunicación.
Todas las posibilidades actuales de construcción de túneles se pueden
reunir en dos grupos: ejecución a cielo abierto y ejecución subterránea o en
mina.34
La geología más que ningún otro factor determina el grado de dificultad
y el coste de una excavación subterránea. Las investigaciones geológicas de
los túneles son en general más costosas que en otras obras de ingeniería civil.
Sin embargo el no dedicar suficientes medios a estos estudios puede conducir
a situaciones imprevistas; cuando el terreno no se investiga, el terreno es un
riesgo.35
34 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 59 35 Luis I, Gonzales de vallejo, Ferrer M, Ortuño L, Oteo C. Ingeniería Geológica. Página. 490
18
La inversión adecuada en los estudios geológicos en los estudios
geológicos-geotécnicos depende de la complejidad geológica, longitud de túnel,
espesor de recubrimiento, etc. Los métodos de investigación deben estar
acordes con los objetivos, alcance y fases del proyecto.36
Los métodos empíricos proporcionan una aproximación al
sostenimiento de los túneles y no se consideran un método del cálculo; sin
embargo, pueden ser muy útiles en macizos rocosos fracturados, y como
medio de establecer las propiedades del macizo y los sostenimientos
requeridos. También son útiles para estimar costes del sostenimiento en las
etapas de anteproyecto.37
2.1.1. Ejecución a cielo abierto
Se aplica el método ‘’cut and cover’’, que consiste en la
construcción de un túnel con técnicas de los trabajos a cielo abierto,
consiste en abrir o cortar el terreno desde la superficie, construir lo
que posteriormente será el túnel, tapar y cubrir el terreno excavado
y restituirle como estaba en su estado original. 38
Estos métodos se limitan a trazados superficiales, en obras
subterráneas y túneles que no superan los 20 metros de
profundidad. Se trata de una solución más económica y menos
arriesgada, siendo frecuentemente en el diseño de túneles urbanos
o estaciones superficiales.39
2.1.2. Ejecución subterránea
36 Luis I, Gonzales de vallejo, Ferrer M, Ortuño L, Oteo C. Ingeniería Geológica. Página. 490. 37 Luis I, Gonzales de vallejo, Ferrer M, Ortuño L, Oteo C. Ingeniería Geológica. Página. 516. 38 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 59. 39 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 60.
19
Los métodos de excavación subterránea o ‘’en mina’’, la
primera dificultad a resolver, es la estabilidad del túnel a corto y largo
plazo. El primer planteamiento es la realización de la excavación a
sección completa o a secciones parciales, para evitar el colapso del
túnel debido a hundimientos o falta de estabilidad del frente de
excavación.40
Se podrían clasificar, según la metodología a emplear, en dos
grupos básicos: Excavación con explosivos y excavación mecánica;
a su vez la excavación mecánica se puede clasificar en función del
tipo de herramienta o maquina a emplear en: excavación con
máquinas puntuales y excavación con máquinas integrales o
tuneladoras.41
La excavación con explosivos empleado para excavar túneles
en rocas de dureza media o alta, y excavación mecánica con
máquinas puntuales, sistema por corte mecánico, los túneles se
avanzan con herramientas de mano (hidráulicas o eléctricas).42
2.2. INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES GEOLÓGICAS
Al excavar un túnel se pueden encontrar tres tipos de condiciones
naturales que dan lugar a la pérdida de resistencia de macizo y, por tanto, a
problemas de estabilidad: orientación desfavorable de discontinuidades, de las
tensiones con respecto al eje del túnel y flujo de agua hacia el interior de la
excavación a favor de fracturas, acuíferos o rocas carstificadas.43
40 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 61. 41 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 61. 42 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 62. 43 Luis I, Gonzales de vallejo, Ferrer M, Ortuño L, Oteo C. Ingeniería Geológica.Página. 494
20
Las condiciones están directamente relacionadas con los siguientes
factores geológicos: estructura, discontinuidades, resistencia de la roca matriz,
condiciones hidrogeológicas y estado tensional. Por otro lado, el proceso
constructivo también depende de la excavabilidad de las rocas, que asimismo
es función de la resistencia, dureza y agresividad, entre otros factores.44
Durante la construcción de un túnel pueden presentarse una serie de
problemas de índole geológica o geotécnica, cuya incidencia depende
principalmente del grado de conocimiento previo del medio geológico. La
solución en gran parte cosiste en afrontar estos problemas anticipadamente,
con los medios adecuados y con la previsión suficiente, en base a un adecuado
conocimiento del terreno.45
2.2.1. MÉTODOS DE ANÁLISIS
Para los fines de diseño de un túnel el análisis el análisis de
las tensiones puede efectuarse según el siguiente procedimiento: 1.
Análisis de contexto. 2. Análisis de estructuras tectónicas. 3.
Evaluación de estados tensionales de origen gravitacional. 4.
Estimación del estado tensional para métodos geológicos. 5.
Estimación del estado tensional para métodos empíricos. 6. Medida
de las tensiones mediante ensayos insutu.46
2.2.2. DATOS GEOLÓGICOS Y GEOMECÁNICOS
El proyecto y construcción de una excavación subterránea
requiere datos geológicos y geomecánicos para el diseño de los
sostenimientos, selección del método de excavación y los
44 Luis I, Gonzales de vallejo, Ferrer M, Ortuño L, Oteo C. Ingeniería Geológica. Página 494 45 Luis I, Gonzales de vallejo, Ferrer M, Ortuño L, Oteo C. Ingeniería Geológica. Página 533 46 Luis I, Gonzales de vallejo, Ferrer M, Ortuño L, Oteo C. Ingeniería Geológica. Página. 499-500
21
tratamientos del terreno. En general se precisa la siguiente
información: Datos básicos del proyecto, datos de carácter
sistemático, datos de carácter singular, zonas de emboquille y
acceso y presentación de datos geomecánicos.47
2.3. METODOS TRADICIONALES DE CONSTRUCCION DE TÚNELES
Métodos cuyo avance de la perforación se realiza a sección completa en
una sola operación o métodos de gran frente abierto; y los métodos de sección
partida, que difieren entre ellos fundamentalmente por la secuencia de
excavación.48
En cuanto a los métodos de excavación de sección partida, alguno de
estos métodos son:
El método ingles aplicado en túneles en un tipo de terreno que
usualmente se localiza en Inglaterra, como son las arcillas y areniscas; se
aplicó en la construcción del primer túnel bajo la Támesis.49
El método belga, basado en la construcción del túnel en el canal que
enlaza Brusela y Charleroi, fue el primero en utilizarse en la primera línea de
métodos de Madrid (1919) se ha utilizado para construir más de la mitad de los
túneles ejecutados por técnicas tradicionales de su red metropolitana,
denominándose ‘’método clásico de Madrid’’.50
47 Luis I, Gonzales de vallejo, Ferrer M, Ortuño L, Oteo C. Ingeniería Geológica. Página. 500 48 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 63. 49 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 64. 50 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 65.
22
El método Alemán desarrollado por Weiebeking en 1814, el sistema de
núcleo central, empleando en la construcción de las amplias bodegas de
cerveza de Baviera, se utiliza para túneles de grandes luces.51
El método Italiano fue aplicado en el primer túnel de San Gotardo
(1882).52
El nuevo método Austriaco desarrolla un plan de trabajo basado en la
utilización de puntuales de madera formando un sistema de entibación. El
nuevo método Austriaco de túneles (NATM-NEW Autrian Tunnelling Method)
cosiste en excavar grandes secciones de túnel, permitiendo que el sistema se
autosustente es decir permitiendo que el terreno forme un anillo de descarga en
el perímetro de la excavación.53
El método clásico de Madrid es el procedimiento de construcción por
excelencia de túneles del mero de Madrid y es una variante del antiguo ‘’Método
Belga’’.54
2.4. METODO CLASICO DE MADRID
Consiste en abrir una pequeña galería que se va ensanchando poco a
poco hasta permitir hormigonar toda la bóveda, las fases detalladas de la
construcción son: a). Excavación de la galería en el eje y clave del túnel de
apenas un metro de anchura y avance de 2,5 metros. b). Excavación vertical de
la galería de avance. c). Ensanche lateral de la mina, a ambos lados de esta en
pases. d). Se realiza la excavación lateral hasta completar toda la sección
correspondiente al avance. e). Se procede al encofrado y hormigonado de la
51 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 65. 52 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 66. 53 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 67. 54 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 68.
23
bóveda. f). Con un desfase de 5 a 6 anillos se excava la destroza. g).
Excavación de hastiales por baches contrapeados. h). Hormigonado de
hastiales. i). Excavación de la contrabóveda de solera. j). Hormigonado de la
contrabóveda de la solera. k). Acabados del túnel con la ejecución del drenaje.55
2.5. METODO DE PROCORTE MECANICO
Consiste en excavar a sección completa el frente, cuando previamente
se ha cerrado el terreno cuando previamente una incisión perimetral de unos
20 cm de espejo sobre la sección a excavar y se ha rellenado con hormigón
de alta resistencia. Se realiza en cuatro fases: Construcción del sostenimiento,
Excavación de la sección interior, Construcción de muros laterales y
contrabóveda y Revestimiento definitivo
2.5.1. MÉTODOS NO MECANIZADO
En la antigüedad los túneles se excavaban con secciones
pequeñas, entibadas con maderas, utilizando picas y cuñas para
arrancar el terreno, ampliando poco a poco la sección. En el siglo XIX
se produce un gran empuje hasta nuestros días, túneles ferroviales en
los Alpes y otros lugares montañosos de Europa y América. El Método
austriaco con sistema a sección partida, que dio buen resultado. El
método Belga (solo con galería en clave). Y de él se pasó al llamado
Método Madrid de sección partida.56
2.5.2. MÉTODOS SEMI-MECANIZADO
55 Priego, E. Túneles y Tuneladoras. Página 69-74. 56 Luis I, Gonzales de vallejo, Ferrer M, Ortuño L, Oteo C. Ingeniería Geológica. Pagina 530
24
En materiales tipo suelo una mejora importante ha sido el
empleo de escudos de lanzas para la excavación de la mitad superior
del túnel, que llevan una serie de gatos hidráulicos que permiten
avanzar el escudo metálico. Otro intento de mecanización parcial es el
Método Bernold, que puede aplicarse en suelos consistentes y en
rocas de mala calidad.57
2.5.3. MÉTODOS DE EXCAVACIÓN MECANIZADO
Tanto en suelos como en rocas pueden mecanizarse
totalmente el proceso de construcción, en un intento de construir de
forma sistemática e industrial. Para ello se utilizan tuneladoras, que
pueden excavar a sección completa e instalar un revestimiento
prefabricado de alta calidad, constituido generalmente por anillos de
hormigón armado.58
57 Luis I, Gonzales de vallejo, Ferrer M, Ortuño L, Oteo C. Ingeniería Geológica. Página. 531-532 58 Luis I, Gonzales de vallejo, Ferrer M, Ortuño L, Oteo C. Ingeniería Geológica.Página. 532
25
CAPITULO III
TUNELES
3.1. TUNELADORAS PARA ROCA DURA: TOPOS
El “TOPO” es una túneladora diseñada para excavar rocas duras y
medias, por lo que no es necesario en la mayoría de los casos. Colocar
inmediatamente después el sostenimiento en una maquina abierta cuyo
avance progresa al aplicar a la roca del frente esfuerzos combinados Estas
máquinas constan de un cabeza giratoria dotada de cortadoras
normalmente de discos de corte de metal duro E proceso de corte se
produce por la presión inicial .El anclaje se realiza mediante un conjunto de
zapatas denominadas grippers. Los cilindros de empuje proporcionan a la
maquina el empuje necesario para realizar la excavación, el back up es el
conjunto de plataformas la parte frontal del TBM alberga o soporta la cabeza
de corte y su sistema de accionamiento. 4
Entre obras variantes de estas máquinas están: EL TOPO
ENSANCHADOR, TOPO DE TUNELES INCLINADOS EL TOPO ESCUDOS
26
en un tercer cuerpo a cola del escudo están situados los cilindros de
empuje contra las dovelas, también se ubica el erector de dovelas .Este
suele ser hidráulico de velocidad variable muy sensible y precisa. 5
3.2. TUNELADORAS PARA ROCAS BLANDAS Y SUELOS: ESCUDOS
El “ESCUDO “es una máquina que se incorpora siempre un sistema
integral de protección normalmente una carcasa metálica exterior, para
trabajar en terrenos inestables, incorporan al proceso un sistema de
sostenimiento constituidos por anillos prefabricados de hormigón armado, 7
TIPOS DE ESCUDOS
Los hidroescudos “HYDROSHIELD” son tuneladoras de tipo cerrado
en las que se inyectan lodos bentoníticos (propiedad tixo trópica) en la
cámara de la cabeza que forman con el producto de la excavación una
mezcla viscosa que se mantienen a presión para estabilizar el terreno
del frente. Se utilizan con materiales poco adhesivos, rocas arenosas
o terrenos granulares
Escudos de presión de tierras o EPB utilizadas en terrenos cohesivos
se realizan mediante un equilibrio de la presión del terreno más el
agua del propio terreno con la presión que se mantienen en la cámara
de extracción de la cabeza del escudo
3.3. DOVELAS DE RENDIMIENTO
Dovelas de revestimiento son elementos prefabricados de hormigón
armado que se atornillan entre si formado un anillo cilíndrico en algunos
casos tiene forma troncónica .estos anillos de dovelas perfectamente
adecuados para tenerlas funciones de revestimiento, cuyo proceso se
completa con la inyección posterior de su trasdós en cada uno de los
anillos existen distintos tipos de dovelas: LA DOVELA DE SOLERA,
27
DOVELAS ADYACENTES, LAS DOVELES DE CONTRALLAVE, DOVELA
LLAVE. 10
3.4. TUNELES EMBLEMATICOS
Túneles emblemático en servicio. LAV Madrid-Segovia-Valladolid
Túnel de Guadarrama
Esta Infraestructura representa una de las mayores obras de la
ingeniería española de todos los tiempos y una de las más importantes del
panorama internacional. Prueba de ello, es que se trata del cuarto túnel más
largo de Europa y el quinto del mundo, además de ser el túnel español de
mayor longitud. Su proceso de construcción también ha supuesto un
verdadero hito, ya que se trata del primer túnel construido para la alta
velocidad en España que se ejecuta sin ataques intermedios, es decir, sin la
necesidad de excavar galerías a mitad de trayecto.
Túneles emblemáticos: LAV Córdoba-Málaga
Tuneladoras Alcazaba y Mezquita. Túnel de Abdalajís
Los túneles de Abdalajís con 7,3 Km representan los segundos
túneles más largos de toda Andalucía, por detrás del túnel de Sorbas, de
7,5 km. Han sido ejecutados con tuneladora de doble escudo T.B.M., cuyas
cabezas perforadoras tienen un diámetro de 10 m. y una longitud de 11,89
m. Las tuneladoras, que han sido bautizadas con el nombre de Alcazaba (la
del túnel Este) y Mezquita (la del Oeste), en alusión clara al legado
monumental de Málaga y Córdoba, tienen una longitud total de 110 m.
Estas máquinas fueron fabricadas en las instalaciones de la empresa Duro
Felguera en Asturias, y podían excavar en modo doble escudo o en modo
escudo simple en función de la naturaleza del terreno. 13
28
LAV Madrid-Barcelona-frontera francesa
Tuneladora “Gerunda”
Ha sido diseñada y fabricada específicamente para la perforación
mecanizada del túnel urbano de Girona, encuadrado dentro del tramo
Túneles urbanos y estación de Girona. Este tramo, con una longitud de
3.640 m, consta de dos túneles, el primero de ellos, denominado Girona I,
con una longitud de 1.297 m, y el segundo túnel, denominado Girona II, con
una longitud total de 1.564 m. 14
LAV Madrid-Barcelona-frontera francesa
Tuneladora “Barcino”
Se ha encargado de la excavación del túnel de conexión de alta
velocidad Sants-Sagrera. La máquina tiene una longitud de 105 metros
(escudo+back-up) y un peso de 2.300 toneladas. Bautizada con el nombre
latino de Barcelona ha sido diseñada específicamente para la perforación
mecanizada del túnel. Se corresponde con el tipo conocido como EPB
(siglas en inglés de Earth Pressure Balance.
Túnel de Los Pontones. . Variante de Pajares
Tuneladora “Vía Carisa”
El tubo Este del túnel de los Pontones tiene una longitud de 5.939 metros.
La tuneladora, denominada ‘Vía Carisa’, ha establecido el récord nacional
de producción mensual para máquinas de escudo simple y gran diámetro, al
conseguir avanzar 1.105,5 metros en un mes. La denominación de ‘Vía
Carisa’ guarda relación con la calzada de origen romano que atraviesa la
Cordillera Cantábrica de Sur a Norte entre los concejos de Aller y Lena.
29
Túnel de Los Pontones. Variante de Pajares
Tuneladora Peña Ubiña
El tubo Oeste del túnel tiene una longitud de 6.003,74 metros. La
tuneladora que ha ejecutado la perforación, denominada “Peña Ubiña” no
superó el récord establecido por su compañera “Vía Carisa” pero su
rendimiento a origen fue más elevado, obteniendo una media de 31,5
metros al día de túnel revestido con anillos de hormigón.
Túneles de Pajares.
Los Túneles de Pajares son el elemento singular del tramo La Robla-
Pola de Lena (Variante de Pajares) perteneciente a la Línea de Alta
Velocidad Valladolid -Palencia –León - Asturias. Los diferentes estudios
llevados a cabo en la zona del corredor de los Túneles de Pajares sobre las
características litológicas de las rocas y las estructuras tectónicas que las
afectan, desvelaron la enorme dificultad que entrañaba la excavación de un
túnel de 24,6 km en un macizo de estas características. 19
Descripción de las tuneladoras:
Para la ejecución de los Túneles de Pajares se emplearon cinco
máquinas tuneladoras para roca dura, cuatro del tipo Escudo Simple y una
del tipo Doble Escudo.
LOTE 1. Túnel Oeste. Escudo simple de Herrenknecht. Esta
tuneladora fue la primera en iniciar la excavación. Se empleó para ejecutar
parte del túnel Oeste partiendo del emboquille sur. Destacar que fue la que
más metros perforó: un total de 14.995 metros. LOTE 1. Túnel Este.
Escudo simple de NFM-Wirth. Perforó un total de 9.875 metros del túnel
Este en paralelo a la tuneladora anterior. Aun siendo un simple escudo
30
obtuvo muy buenos rendimientos consiguiendo un avance medio mensual
de 469 metros. 21
LOTE 2. Doble-escudo de Herrenknecht. La única tuneladora del tipo
doble escudo se utilizó para la excavación del tramo central del túnel Este.
Para acceder a dicho tramo previamente ejecutó la Galería de acceso de
Buiza con una pendiente longitudinal de 6,2%. En total excavó 9.631
metros. 22
LOTE 3. Túnel Este. Escudo simple de NFM-Wirth. Excavó un total
de 10.269 metros del túnel este partiendo desde la boca norte hasta
encontrarse con el doble escudo que ejecutó desde la boca sur, la galería
de acceso de Buiza y el tramo central del túnel Este. Fue la primera en
atravesar la zona de Cueto Negro, la más compleja y con mayores
coberteras de todo el perfil de Pajares. 23
LOTE 4. Túnel Oeste. Escudo simple de MHI-Duro Felguera-
Robbins. Esta tuneladora destaca por contar con participación española en
su fabricación (Duro Felguera). A pesar de ser la que permitía un mayor
empuje excepcional (193.000 kN) fue necesario reforzarlo con 32.000 kN
para conseguir salir del atrapamiento que sufrió al atravesar una zona de
aguas. Excavó un total de 9.520,5 metros del túnel Oeste hasta encontrarse
con la tuneladora que ejecutó los 14.995 metros del túnel Oeste desde la
boca sur. 24
Tuneladora Gran Vía
El tramo Atocha-Chamartín tiene una longitud de 7,3 km, de los
cuales 6,9 discurren soterrados. La tuneladora encargada de las
obras, bautizada con el nombre de “Gran Vía” en homenaje a la arteria
31
madrileña que cumple 100 años, es del tipo EPB (Earth Pressure Balance o
Escudo de Presión de Tierras) del fabricante alemán Herrenknecht, con un
diámetro de excavación de 11,5 m, y diámetro interior de 10,4 m. El
revestimiento es mediante 7 dovelas de hormigón armado, que conforman
un anillo universal, con una longitud de 1,8 m y 36 cm de espesor. El peso
total de la tuneladora es de 2.200 toneladas, y tiene una longitud de 125, 6
m Potencia total instalada de 8.450 kw. Dispone de 3 escudos: delantero,
intermedio y cola. El inicio de la excavación es bastante superficial para
poder salvar la línea 9 de Metro, pero va siendo cada vez más profundo
hasta alcanzar los 20 m en los primeros 500 m de excavación, con una
montera máxima de 48 m. Un sistema computarizado permite el guiado de
la tuneladora. Cada pocos segundos, se ejecuta una medición mediante un
sistema láser, que permite conocer con exactitud, en todo momento, la
posición de la máquina. 25
LAV Madrid-Levante y Corredor Mediterráneo Murcia-Almería
Tuneladora del túnel de La Cabrera
Adif ha superado en siete ocasiones el récord mundial de perforación
con la tuneladora del túnel de La Cabrera de 7.250 m de longitud, que se
encuentra situado en el tramo Siete Aguas-Buñol (Valencia), y que
representa el túnel de mayor longitud de la línea de alta Velocidad a
Levante. Esta tuneladora de doble escudo ha conseguido rebasar, en siete
ocasiones, el record mundial de excavación, hasta alcanzar un día el
máximo de 92,8 m perforados. La tuneladora de doble escudo, que fue
ensamblada en la propia boca del túnel, tiene una longitud de 204 m y un
peso de 2.700 toneladas.
Esta tuneladora se ha encargado también de la ejecución de dos
túneles paralelos en el Corredor Mediterráneo Murcia – Almería, los túneles
de Sorbas. En esta obra el revestimiento de dovelas tiene un diámetro
32
exterior mayor que el utilizado en la Cabrera, por lo que se han realizado
diversas modificaciones sobre su diseño original: se ha proyectado una
nueva rueda de corte adaptada al nuevo diámetro y al terreno, los escudos
de grippers y de cola y el erector de dovelas, entre otros. 29
LAV Antequera-Granada. Túnel de Quejigares
Tuneladora Generalife
El Túnel de Quejigares, compuesto por dos tubos de 3,5 kilómetros
de extensión, se encuadra dentro del trazado del tramo Arroyo de la
Viñuela-Quejigares (Loja). Los dos tubos se excavarán mediante el empleo
de una tuneladora de presión de tierras (EPB) de tipo mixto, es decir,
dotada de picas para trabajar en suelos, y de cortadores para hacer frente a
la roca que surja en el trazado. Se caracteriza por tener una longitud total de
120 metros, un peso del escudo 626 toneladas y de contar con 168 picas
para avanzar en suelos y de 56 cortadores para el terreno de roca. Ha sido
bautizada con el nombre de Generalife, en clara referencia a la cercana
ciudad de Granada y los jardines de la Alhambra. Corresponde al modelo
Herrenknecht S-516, con una potencia total instalada de 5435CV, y un
diámetro del escudo de 9340 mm. El revestimiento del túnel se va a ejecutar
en base a anillos de dovelas tipo “Universal” de diámetro interior 8.430mm,
fabricadas en la propia obra (3)
33
CAPITULO IV
TOPOGRAFÍA DE TÚNELES Y OBRAS SUBTERRÁNEAS
4.1. INSTRUMENTACION TOPOGRÁFICA
Hace algún tiempo existían una serie de goniómetros o teodolitos de
mira, específicamente diseñados para trabajar en galerías subterráneas,
utilizados en tareas de topografía minera; hoy en día todos los trabajos de
observación y replanteo se efectúan con modernas estaciones totales y niveles
de precisión.
Para conocer mejor la instrumentación topográfica requerimos
investigar qué tipos de tecnología ya utilizan para la construcción de obras
subterráneas; “Actualmente el avance técnico en la instrumentación para la
medida de distancias y su coste asequible permiten su utilización en cualquier
tipo de replanteo, fabricándose de las precisiones necesarias para cada caso,
por lo que suele replantear estacionando el aparato en puntos fijos (bases de
replanteo, BR).”59
La instrumentación topográfica se basa principalmente en que cada
instrumento tiene una función en la obra; “Es conveniente que los equipos
59 Estruch, M; Tapia, A. “Topografía subterránea para minería y obras” .p. 243
34
topográficos estén situados próximos a los hastiales, en lugares que posibiliten
el establecimiento cómodo de instrumentos y referencias.”60
Se trata de consolas ligeras y transportables formadas por un brazo
de aluminio para sujetar el instrumento. La consola de fuerza mediante el uso
de brazos de apoyo extensibles, que aumenta la rigidez y estabilidad del
sistema de estacionamiento utilizando con mayor peso. (Fotografía 01).
Unos de los equipos más utilizados es “la estación total es un
instrumento electrónico-óptico, capaz de medir y proporcionar da forma
numérica, ángulos (horizontales y verticales) y distancias cuyo funcionamiento
se basa en sistemas de mediada electrónica de distancia y
ángulos.”61(Fotografía 02).
Unos de los instrumentos topográficos más usado es el nivel; “En cuanto
al nivel, se trata de un instrumento que sirve para medir diferencias de altura
entre dos puntos, basándose en la determinación de planos horizontales. En la
ejecución de obras subterráneas es necesario realizar mediciones altimétricas
precisas, por lo que se utilizan niveles automáticos, con mecanismo
compensador de horizontalización.”62 (Fotografía 04).
En cuanto a la medición de distancias; “El uso si del teodolito es
aplicable al caso de pozos poco profundos y de gran diámetro. Por lo que
respeta a la profundidad podemos resumir diciendo que hasta 100 m de
profundidad las visuales ópticas son buenas, entre 100 y 200 m empiezan a ser
regulares, y a partir de esta profundidad se producen altas vibraciones y mala
calidad en las imágenes.”63 (Fotografía 05).
En la actualidad aparecieron nuevos e innovadores instrumentos con
más alta precisión “Los niveles digitales Leica DNA ofrecen una amplia gama
60 Priego, E. “Topografía de túneles y obras subterráneas”.p. 112 61 Priego, E. “Topografía de túneles y obras subterráneas”.p. 113 62 Priego, E. “Topografía de túneles y obras subterráneas”.p. 115 63 Tapia, A. “Levantamientos subterráneos”.p.108
35
de opciones que facilitan el trabajo diario y le permiten ahorrar tiempo. Con el
nuevo programa «Medir y Registrar» es posible medir y registrar desniveles con
gran facilidad y el programa para aplicaciones de itinerario altimétrico lo guía
paso a paso por las diversas posibilidades para medir líneas de
nivelación.”64(Fotografía 6)
El instrumento topográfico que siempre se utiliza son “Los receptores
GPS o GNSS, ofrecen posicionamiento en tiempo real con buena precisión.
Esta tecnología permite realizar con un alto grado de precisión replanteos
exteriores, y sobre todo asignar coordenadas homogéneas a las bases de
replanteo o topografía de la red exterior localizada en las zonas de acceso a los
túneles (bocas, rampas o pozos)”65.(fotografía 06).
Hay instrumentos topográficos que te brindan datos del terreno como
“Los equipos Laser Escáner 3D, que escanean la superficie interior de la obra
subterránea obteniendo un elevado volumen de información de detalles de
todos los aspectos geométricos del túnel realmente ejecutado.”66 (Fotografía
07).
Estos instrumentos se utiliza principalmente para el nivelado del
teodolito “Cuando la profundidad del pozo no excede de 200 m, se opta por
utilizar plomadas ópticas de gran precisión o anteojos cenit-nadir. Son
aparatos que, montados sobre la base nivelante del teodolito, son capaces de
transmitir una visual al cenit, al nadir, o a ambas direcciones. La precisión
obtenida varía entre 1mm a 30m hasta 1mm a 100m en los más sofisticados”.67
(Fotografía 08).
64 http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/topografia-y-
geodesia/topografia%20y%20geodesia/otros%20recursos/ud2_comp_especificacionesNivelDigital_
DNA.pdf. Párrafo 1. 65 Priego, E. “Topografía de túneles y obras subterráneas”.p. 120 66 Priego, E. “Topografía de túneles y obras subterráneas”.p. 121 67 Tapia, A. “Levantamientos subterráneos”.p.107
36
Entonces firmamos que actualmente los equipos o instrumentos topográficos
se han desarrollado tanto que permiten su utilización en cualquier tipo de replanteo,
es necesario que estos equipos se sitúen en los hastiales para su mejor uso en la
obra subterránea, donde se usan los instrumentos como las estaciones totales,
teodolitos, niveles, (GPS), plomadas ópticas, etc.
4.2. REDES TOPOGRÁFICAS
Es la realización del cable del túnel con la mayor exactitud posible, es
decir, que sus distintos frentes de ataque se deben de encontrar y coincidir en
una zona concreta del túnel.
4.2.1. Red exterior
Para la realización de una obra subterránea es necesario conocer
que “Todo levantamiento topográfico debe apoyarse en una red exterior
cuya función es dar coordenadas a todos los puntos de comunicación
con el interior, así como hacer el levantamiento de los detalles exteriores
que se precisen.”68
La mayoría de las redes topográficas utilizan “Los sistemas de
posicionamiento global (GPS) son perfectamente utilizables para estos
trabajos, siendo su mayor ventaja el menor número de puntos a
determinar. La red altimétrica tendrá como objeto dar cota a estos
puntos ya todos aquellos que se precisen.”69
4.2.2. Red interior
Para llegar a una buena construcción subterránea necesariamente
se tiene que realizar “La red interior o subterránea, cuya exigencia
68 Tapia, A. “Levantamientos subterráneos”.p.99 69 Tapia, A “Levantamientos subterráneos”.p.99
37
fundamental es ajustarse a los resultados exigidos para con el cable con
respecto al eje del túnel. El diseño de la red debe estar de acuerdo con
los fines buscados.”70
Entonces todo levantamiento subterráneo está obligado a tener
una red exterior cuya principal función es dar coordenadas con el (GPS),
a la red interior y así formar el eje del túnel. Las redes topográficas
tratan principalmente del guiado de los túneles estas redes tienen que
estar siempre relacionadas o enlazadas entre sí, para evitar pérdidas
económicas muy grandes.
4.3. OBRAS SUBTERRÁNEA
Toda construcción realizada por el hombre en el interior de la tierra con
el fin de suplir alguna de sus necesidades se denomina obra subterránea. En
desarrollo de esta actividad de ingeniería, bajo la superficie terrestre se han
practicado excavaciones para extracción de minerales, conducción de aguas,
vías de comunicación, sistemas de transporte masivo, depósitos de
combustible, industrias, parqueaderos, instalaciones energéticas, botaderos
radioactivos, estadios, catedrales, refugios, hangares de aviación y otros
objetivos.
4.3.1. CAVERNAS O CÁMARAS
Son excavaciones en general de grandes proporciones,
“Cavernas o cámaras realizadas para fines mineros, casas de máquinas,
depósitos de combustibles, refugios, estadios, estaciones de Metro y
otros fines. Se caracterizan porque sus dimensiones conforman un
70 Priego, E. “Topografía de túneles y obras subterráneas”.p. 129
38
espacio grande de magnitudes más o menos similares en todas las
direcciones.”71
La evidencia más clara de estas construcciones es “La Caverna
Olímpica de Gjovik, en Noruega, es un recinto subterráneo multipropósito
construido con ocasión de celebrarse los Juegos Olímpicos de Invierno
Lillehammer 1994 para albergar la competición de hockey sobre hielo; puede
también acoger otras actividades culturales y está proyectada además como
refugio. Se trata de la construcción subterránea para uso público más grande
del mundo, con un récord de luz libre de 61 metros, siendo única a nivel
tecnológico.”72
4.3.2. TÚNELES
Las obras subterráneas más conocidas son los túneles “pues los
túneles se encuentran una gran variedad de aplicaciones en ingeniería,
llegando a tal importancia, que su desarrollo ha marcado la evolución y
avance de las demás obras subterráneas.”73
Los túneles, dependiendo de su objetivo pueden ser viales,
hidráulicos, comunales, mineros y especiales:
Túneles viales: Son aquellos que se construyen con destino a
carreteras, ferrocarriles, accesos vehiculares o sistemas de
trenes metropolitanos.
71 Garzón, J.” Túneles Viales”. Párrafo 3. http://es.scribd.com/doc/30920531/TUNELES. 72 Álvarez, M. Párrafo 1. http://manuelalvarezlopez.blogspot.com/2011/11/la -caverna-olimpica-en-la-
montana.html. 73 Garzón, J.” Túneles Viales”.pg.3.párrafo 4. http://es.scribd.com/doc/30920531/TUNELES.
39
Túneles hidráulicos: Son construidos para transportar agua,
principalmente en hidroeléctricas, abastecimientos, sistemas de
riego, navegación, canalización, etc.
Túneles comunales: Son túneles construidos principalmente en
las ciudades con destino a pasos peatonales, cables, tuberías,
etc. “Estos túneles en general se construyen en terrenos blandos,
bajo vías, casas y edificaciones citadinas, requiriéndose métodos
particulares de excavación para evitar daños en las estructuras
superficiales.”74
Túneles mineros: Estas son obras subterráneas construidas
para acceder a una explotación minera y sirve como vía para
transportar materiales extraídos y suministros de explotación.
Túneles especiales: Se construyen con destinación específica y
pueden ser para instalar drenajes o equipos, investigar un lugar,
realizar pruebas, maniobras militares, alojar bandas
transportadoras, etc.
Una de la clasificaciones de los túneles es “En relación con la
longitud, los túneles pueden clasificarse como:
Cortos: Si la longitud no supera 500 m.
Medianos: Si la longitud se encuentra en el rango de 500 a 2000
m.
74 Sánchez, A. Párrafo 16. http://es.scribd.com/wickyam/d/49606882-Sistemas-de-Transporte-
Transporte-subterraneo.
40
Largos: Cuando la longitud tiene entre 2 y 5 km.
Muy largos: Si la longitud supera 5 km.”75
En la sección transversal de un túnel se distinguen los
siguientes elementos geométricos:
Hastíales:
Son la parte lateral de la sección. También se les denomina
paredes. Pueden ser rectos o curvos.
Bóveda:
Es la parte superior de la sección. También se le denomina
clave. Es curva y solo puede ser plana en túneles de sección
rectangular.
Toda obra subterránea tiene fines como son los refugios,
depósito de combustibles estaciones de metro, etc.”La Caverna
Olímpica de Gjovik, en Noruega”, es un recinto subterráneo
multipropósito; Se trata de la construcción subterránea para uso público
más grande del mundo; llegando a tal importancia, que su desarrollo ha
marcado la evolución y avance de las demás obras subterráneas. Los
túneles han una gran variedad dependiendo de su objetivo y de su
longitud; marcado la evolución y avance de las demás obras
subterráneas.
75 Álvarez, M. Párrafo 21. http://manuelalvarezlopez.blogspot.com/2011/11/la -caverna-olimpica-en-la-
montana.html
41
CAPITULO V
GUIADO DE TUNELADORAS
5.1. SISTEMA DE GUIADO PARA HINCA DE TUBOS
El sistema de guiado para hinca de tubo, denominado SLS-RV,
consiste en la medición con instrumento topográfico, que estacionado en una
consola estable proyecta un rayo láser sobre una tablilla de mira activa ELS
(electronic laser system) instalada de forma fija en la parte del escudo de al
tuneladora.
El instrumento utilizado es una estación de laser servomonitorizada, con
capacidad de medir ángulos y distancias con altos grados de precisión. El eje
de colimación de proyecta un rayo láser definiendo alineaciones y direcciones
de referencia de forma permanente y visible. Y al tratarse de un instrumento
servomandado puede controlarse desde un ordenador de guiado, posee
además su dispositivo de reconocimiento automático.
El rayo láser emitido incide en una tablilla de mira activa ELS, también
denominada “diana activa” o “pantalla activa”, donde se determina la posición
del punto de incidencia en dirección vertical o horizontal respecto del centro de
42
la diana, así como el ángulo de incidencia horizontal del rayo láser relativo al eje
de la diana, lo que permite calcular la tendencia horizontal del eje del escudo de
la máquina.
También se mide la inclinación longitudinal del escudo mediante un
inclinometro biaxial, y la distancia entre la estación total (distanciometro) y un
prisma situado en la diana activa. Con estos datos, conocida de la posición
absoluta de estación, situada en el punto de enlazado con la red interior
topográfica, y dado que la tablilla de mira está situada en la parte delantera del
escudo de la tuneladora con respecto al eje, cuya posición en coordenadas de
la maquina se determinó en su montaje, se puede calcular la posición y
dirección del escudo de la tuneladora con respecto al eje teórico del túnel.
Existen sistemas los cuales se posicionan en puntos móviles, que se
desplazan por el punto de los gatos, se hace necesario medir de forma continua
la rodadura actual del tubo por medio de inclinómetros; un inclinómetro se
instala de forma fija en la consola del enlace posterior y otro inclinómetro se
instala en la consola de estación total.
Además, la estación total laser servomotorizada comprueba su posición
rastreando y midiendo continuamente otras referencias señalizadas con
prismas, un “prisma objetivo de enlace”, que actúa de enlace posterior como
conexión de orientación (acimut) y otros dos prismas bases instalados en los
tubos de referencia anterior de la instalación total.
5.2. SISTEMA DE GUIADO DE TUNELADORAS CON REVESTIMIENTO
DE DOVELAS.
El sistema de guiado de las maquinas integrales para excavación
de túneles a sección completa, denominado SLS-T APD, consiste en ofrecer al
piloto de la tuneladora de posición actualizada del eje de la maquina respecto
del eje de trazado, mediante valores numéricos y gráficos de desviaciones, así
43
como la tendencia a la tuneladora, a partir de una de una importante y precisa
infraestructura topográfica. Y esta consiste en la observación continua con
instrumento topográfica de la diana o tablilla de mira activa instalada en el
escudo de la tuneladora.
Para llevar a cabo la ejecución del túnel del trazado definido en el
proyecto de construcción, en un primer lugar se deben unificar los posibles
sistemas de coordenadas utilizadas, la red exterior, interior y los datos
analíticos de los ejes del túnel y el sistema de coordenadas de la máquina.
El guiado de las tuneladoras comienza desde el montaje de la máquina.
El fabricante de la maquina determina una serie de puntos de control en la
cabeza de corte, que están relacionados geométricamente entre ellos por un
sistema de coordenadas relativas, llevadas a cabo desde una base fija instalada
desde el cabezal.
Este sistema local de coordenadas determina la posición en el montaje
de todos los componentes del sistema guiado, especialmente de la diana activa,
del eje teórico del escudo y del nivel cero de los cilindros de empuje.
Una vez realizado el montaje y antes de que al máquina comience la
excavación del túnel, se realiza una transformación de coordenadas del sistema
de coordenadas de rueda de corte para llevarlo al sistema de coordenadas de
la red topográfica exterior.
44
CONCLUSIONES
1. Un túnel es un ahuguero , fue el primer ejercicio que llevo a cabo el hombre , se
construían túneles en Asiria, Persia y Mesopotamia con el fin de transportar
agua .los romanos construyeron el primer túnel bajo el rio Eufrades.en la edad
media la construcción de túneles disminuye .el primer túnel hidráulico se
construyó bajo el río Támesis, el túnel frejus que enlaza Francia con Turín en
Italia .en la segunda mitad del siglo XIX se produce un extraordinario progreso
en Europa ,años más tarde se construyó el segundo túnel ferroviario de san
Gotardo.
2. Uno de los países es Japón, el túnel seikan, ha batido records .el túnel de
Daishimizu .los túneles de carretera en Japón son los kan etsu nore Data y el
tubo sur, el túnel de Iwate-ichinoche .el primer túnel que ha entrado en servicio
es lotschberg, en suiza. Noruega es uno de los países líderes en la
construcción de túneles, el túnel de laerdal es el más largo del mundo .a fines
del año 2000 ascienden a 22 túneles, la expansión de los túneles tiene lugar
tras la segunda guerra mundial. en nueva york el túnel wáter túnel es un obra
más compleja.se inauguró en cuba, en 1851se construyo el segundo tramo del
ferrocarril .entre los túneles más principales está el túnel de Darrama, el túnel
de San Pedro y el túnel de la cabrera.
3. Los túneles se construyeron con el fin de trasportar el agua, el primer túnel
hidráulico se produjo en Europa .jaspón es uno de los países que construyo
túneles que batió records en todo el mundo .noruega también es uno de los
países líderes .en España se construyó túneles muy importantes como el túnel
de Darrama.
45
4. Las investigaciones geológicas de los túneles son en general más costosas que
en otras obras de ingeniería civil. Sin embargo el no dedicar suficientes medios
a estos estudios puede conducir a situaciones imprevistas; cuando el terreno no
se investiga, el terreno es un riesgo. También son útiles para estimar costes del
sostenimiento en las etapas de anteproyecto.
5. El proceso constructivo también depende de la excavabilidad de las rocas, que
asimismo es función de la resistencia, dureza y agresividad, entre otros
factores.
6. La solución en gran parte cosiste en afrontar estos problemas anticipadamente,
con los medios adecuados y con la previsión suficiente, en base a un adecuado
conocimiento del terreno.
7. Los métodos de sección partida, que difieren entre ellos fundamentalmente: El
método inglés, el método belga, el método Alemán, el método Italiano, el nuevo
método Austriaco y por último el método clásico de Madrid.
8. El método clásico de Madrid consiste en abrir una pequeña galería que se va
ensanchando poco a poco hasta permitir hormigonar toda la bóveda. El método
de precorte mecánico Se realiza en cuatro fases: Construcción del
sostenimiento, Excavación de la sección interior, Construcción de muros
laterales y contrabóveda y Revestimiento definitivo, el método no mecanizado
los túneles se excavaban con secciones pequeñas, entibadas con maderas,
utilizando picas y cuñas para arrancar el terreno, ampliando poco a poco la
sección. En método semi mecanizado se utilizó el empleo de escudos de lanzas
para la excavación de la mitad superior del túnel, y en el método de excavación
mecanizado se construye de forma sistemática e industrial
46
9. Actualmente los equipos se has desarrollado tanto que permiten su utilización
en cualquier tipo de replanteo, es necesario que estos equipos se sitúen en los
hastiales para su mejor uso en la obra subterránea, donde se usan las
estaciones totales, teodolitos, niveles, (GPS), plomadas ópticas, etc.
10. El proceso constructivo también depende de la excavabilidad de las rocas, que
asimismo es función de la resistencia, dureza y agresividad, entre otros
factores. La solución en gran parte cosiste en afrontar estos problemas
anticipadamente, con los medios adecuados y con la previsión suficiente, en
base a un adecuado conocimiento del terreno. También son útiles para estimar
costes del sostenimiento en las etapas de anteproyecto.
11. Todo levantamiento subterráneo está obligado a tener una red exterior cuya
principal función es dar coordenadas a la red interior y así formar el eje del
túnel. Las redes topográficas tratan principalmente del guiado de los túneles
estas redes tienen que estar siempre relacionadas o enlazadas entre sí, para
evitar pérdidas económicas muy grandes.
12. Toda obra subterránea tiene fines como refugios, depósito de combustibles
estaciones de metro, etc. “La Caverna Olímpica de Gjovik”, en Noruega, es un
recinto subterráneo multipropósito; Se trata de la construcción subterránea
para uso público más grande del mundo, con un récord de luz libre de 61
metros, siendo única a nivel tecnológico. Los túneles han una gran variedad
dependiendo de su objetivo y de su longitud; marcado la evolución y avance de
las demás obras subterráneas.
47
BIBLIOGRAFIA
1. Luis I, Gonzales de vallejo, Ferrer M, Ortuño L, Oteo C. Ingeniería Geológica.,
Madrid: Editorial Pearson Educación; 2002.
2. PRIEGO, E. “Túneles y Tuneladoras’’, Editorial Limusa, Universidad
Politécnica de Valencia. Primera Edición. México; 2010.
3. TAIPIA, A.” Topografía Subterránea”. (Primera Edición).Barcelona:
Universitat Politécnica de Catalunya, 2005.
4. Álvarez, M. Párrafo 1. http://manuelalvarezlopez.blogspot.com/2011/11/la-
caverna-olimpica-en-la-montana.html.
5. ESTRUCH, M. “Topografía subterránea para minería y obras”. (Primera
Edición).Barcelona: Universitat Politécnica de Catalunya, 2003.
6. Álvarez, M. http://manuelalvarezlopez.blogspot.com/2011/11/la-caverna-
olimpica-en-la-montana.html
7. Sánchez, A. Párrafo 16. http://es.scribd.com/wickyam/d/49606882-Sistemas-
de-Transporte-Transporte-subterraneo.
8. LÓPEZ C. MANUAL DE TÚNELES Y OBRAS SUBTERRÁNEAS.
9. Garzón, J.” Túneles Viales”.
http://es.scribd.com/doc/30920531/TUNELES.
10. Sánchez, A. http://es.scribd.com/wickyam/d/49606882-Sistemas-de-
Transporte-Transporte-subterraneo
11. Montero, W. “Túneles de Europa”.
12. http://www.adif.es/es_ES/ocio_y_cultura/fichas_informativas/ficha_informativa_0
0039.shtml
13. http://www.adife.com
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ANEXO
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Instrumentos topográficos
1. Consolas ligeras y transportables.
Fotografía 01: Consola mural de base topográfica.
2. Estación total
Fotografía 02: Estación total
3. El nivel
50
Fotografía 04: Nivel
4. El teodolito
Fotografía 05: Teodolito
5. El nivel Leica DNA
51
Fotografía 06: Nivel digital.
6. Receptores GPS
Fotografía 06: Receptor GPS
7. Laser escáner 3D
52
Fotografía 07: Laser escáner HDS.
8. Plomadas ópticas.
Fotografía 08: Plomada óptica de gran precisión
53
Redes topográficas
1. Red exterior
2. Red interior
54
Obras subterráneas
1. La Caverna Olímpica de Gjovik
La Caverna Olímpica de Gjovik, en Noruega
