Tneles

TnelesCaminos IIIng. Ruben Gamarra Tuco

TnelSolucin alternativa frente:Trazos con ascensos excesivos en cielo abierto.Trazos con longitudes excesivas en cielo abierto.Evitar zonas potencialmente peligrosas, nevadas, avalanchas, aludes, cada de grandes rodados.TnelVentajas:Economa en tiempo de viaje.Menores costos de operacin vehicular.Mayor seguridad de circulacin.Menor interrupcin del trnsito por agentes externos.Su impacto en el paisaje es menor.

TnelDesventajas:Elevado costo de construccinElevado costo de mantenimientoElevado costo de explotacinLimitacin en el caso de volmenes de trnsito.Limitacin en el caso de vehculos de dimensiones especiales.Potencial peligrosidad en el caso de accidentes en su interior.Falta de flexibilidad en el caso de modificaciones geomtricas o estructurales.TnelDesventajas:Logstica necesaria para la explotacin con eficiencia y seguridad.Aspectos esenciales a considerarDatos fsicos:CartografaGeotecniaClasificacin geomecnicaHidrogeologaCapacidad:CapacidadPendiente longitudinalAncho de carrilTrazado en plantaAlineamientosOrientacin del trazadoAspectos esenciales a considerarControl de accesosApartaderosPerfil LongitudinalSeccin transversalTrnsitoVentilacinCondiciones geolgicasDrenaje conduccin de cables, seales, barreras, etc.Ventilacin del tnelIluminacinDatos fsicosCartografa de detalles:Escalas 1/1000 y ms detalles.Sistema de puntos y bases de triangulacin de apoyo topogrfico y geodsico de gran precisin.Requerimiento de precisin, generalmente, por la necesidad de atacar dos frentes simultneos y producir encuentros de glibos con tolerancias mnimas.Datos fsicosGeotecniaEsta debe incorporar todo ensayo y sondeo ejecutado.Tiene como objetivo definir cualitativa y cuantitativamente todos los materiales a excavar.GeologaEs decir identificacin geolgica, permeabilidad, alterabilidad, resistencia mecnica, deformabilidad, comportamiento reolgico a largo plazo, perforabilidad.Clasificacin geomecnicaEstablecer una clasificacin geomecnica de la roca a perforar.Establecer punto singulares tales como ingreso y salida del tnel, fracturas, fallas, estratos, buzamientos. Cambios en el macizo.HidrogeologaLa hidrogeologa se encarga de detectar niveles freticos presentes, geometra y permeabilidad.

Datos fsicos

CapacidadLas normas de diseo geomtrico tienen validez en tneles?.

La AIPCR, Asociacin Internacional de Congresos Permanentes de la Ruta; expone que no hay evidencia que respalde la necesidad de tratar la geometra (desde el punto de vista vial) y capacidad de manera diferente.Tener cuidado con tneles en zonas urbanas dado que este no debe descender los niveles de servicio.En el caso de velocidad de flujo, establecer una sola velocidad dado que en algunos casos no existe la posibilidad de sobrepaso.En general el tnel debe ofrecer el mismo nivel de servicio que a cielo abierto.

CapacidadPendiente longitudinalEsta provoca disminucin de velocidad

Anchos de carrilCarriles angostos disminuyen la capacidadEn tneles se genera el efecto pared, que provoca alejarse de los hastiales del tnel; es efectivo pintar las paredes de colores claros y una buena iluminacin.

Capacidad

Capacidad

Trazado en plantaSi los condicionantes geolgicos no son acentuados, debe preferirse un diseo generoso con el diseo, ya que toda mejora ulterior sera demasiado costosa.

Tneles de corta longitud (200 m aprox.) es recomendable el trazado recto.En tneles largo no se desalienta el uso de curvas.En Suiza se prohben radios menores a 550 m; Espaa 250 m; Italia 200 m.En Holanda, Francia y Gran Bretaa, los radios se calculan en funcin de la distancia de visibilidad de frenado, que depende de la velocidad directriz.Noruega presenta radios menores a 250 m y correlacionan estos con una tasa elevada de accidentes.

Orientacin del trazadoExiste la tendencia de emplazar el tnel en la menor longitud recta, esto lleva a colocar los accesos en la entrantes de la montaa; que por lo general presentan problemas de drenaje.Trazado en planta

Trazado en planta

Trazado en plantaOrientacin del trazadoAprovechar el uso de curvaturas en los extremos cuando por causa de una orientacin Este Oeste sea deseable evitar deslumbramientos.

Control de accesosYa se advirti que la velocidad de ingreso no debe disminuir con respecto al trazado.Las estaciones de peaje o control deben estar alejadas no menos de 700 a 900 m de las bocas del tnel; distancia que aumentar en funcin de la pendiente longitudinal.No disear vas de salida o ingreso cercanas a la boca del tnelApartaderosCuando se trate de un tnel doble (ambos sentidos de circulacin separados), es conveniente prever comunicar ambos carriles en los accesos del tnel para posibilitar pasar el trnsito de una hacia otra boca en caso de averas.Deben disearse interconexiones para emergencias tanto para vehculos como peatones y personal de servicio.Trazado en planta

Perfil longitudinalLa pendiente longitudinal debe ser suave; pendientes fuertes provocan:Disminucin de velocidadFuerte produccin de humos de combustin y hollines.En general las pendientes permitidas varan entre 3 y 6%.Una buena prctica es 2%Si el trnsito est compuesto por vehculos pesados, tender a proyectar con pendientes suaves antes de un carril adicional; dado que este carril es muy costoso pero sin embargo no reduce la produccin de gases.Los parmetros de las curvas verticales deben ser generosos; conviene disear en funcin de las distancias de velocidad.Considerar pendientes mnimas de 0.25 que aseguren escurrimiento.En el caso de divisoria de aguas, considerar el tnel con pendientes longitudinales opuestas.Seccin TransversalTrnsitoEl glibo libre se fija en funcin de la altura mxima del vehculo ms alto.; ms una tolerancia de 0.50 a 0.70 m. ; 0.10 de resguardo adicional y la diferencia para futuras repavimentaciones.El ancho de carriles est definido por la categora del camino; no se recomienda utilizar anchos de 3.50 m. por carril.Cuando corresponda deber proyectarse el correspondiente sobreancho.En el caso de tneles largos, deber considerarse anchos que permitan el sobrepaso de vehculos mientras exista un tercer vehculo pesado parado por averas.Con respecto a bermas se considera de manera similar a cielo abierto; existiendo adems veredas de circulacin de peatones

Seccin TransversalTrnsitoGaleras de dos carrilesBien sean unidireccionales o bidireccionales, su ancho de calzada ser de 8,00 metros y sus veredas de 0,60 metros. El glibo mnimo exigido se debe respetar sobre todo el ancho de la calzada.

Galeras de tres carriles, unidireccionalesAncho de calzada de 11,50 metros y veredas de 0,60 metros, uno a cada lado.Los carriles laterales sern de 4,00 metros cada uno y el carril central de 3,50 metros. El glibo mnimo exigido se debe respetar sobre todo el ancho de la calzada.Seccin Transversal

Seccin Transversal

Seccin Transversal

Seccin TransversalVentilacinSegn los requerimientos de ventilacin; la seccin transversal debe ofrecer el espacio suficiente para los conductos de ventilacin.

Condicionantes geolgicosLos condicionantes geolgicos influyen ms sobre la forma de la seccin transversal y su revestimiento que sobre el rea de la misma.

Drenaje, conduccin de cables, alumbrado, sealizacin, barreras de seguridad, etc.No gobiernan la seccin transversal pero deben ser considerados en la etapa de proyecto.Considerar la evacuacin de agua de filtraciones, aguas de sub presiones, agua de limpieza, derrame de lquidos.

Seccin TransversalDrenaje, conduccin de cables, alumbrado, sealizacin, barreras de seguridad, etc.Los cables de energa elctrica deben ser blindados.En tneles largos, en caso de apagn puede originar trastornos o pnico por lo que un sistema elctrico alterno debe ser considerado.El alumbrado requiere espacio adicionalPrever el espacio suficiente para barreras, veredas, cordones, etc.

Seccin Transversal

Ventilacin

Ventilacin

Ventilacin

Ventilacin

Ventilacin

VentilacinUno de los aspectos ms costos y complejos tanto para la etapa de diseo como de explotacin.Los objetivos de la ventilacin son:Dilucin de los gases de los motores.Evacuacin de polvos y hollines que afectan la visibilidad dentro del tnel.Control de temperatura y velocidad del aireLos elementos que influyen en la necesidad de ventilacin son:El trnsito, composicin, volmenes mximos.El diseo geomtricoCondiciones ambientales externas.Los vehculos a gasolina producen gases de combustin, en mayor cantidad CO, que provoca nauseas, vmitos, colapso y muerte.La mxima concentracin en un tunel es de 100 ppm sin lmite de tiempo, en caso de emergencias se admite 250 ppm y periodos de tiempo menores a 15 min.Para volmenes mayores a la hora 30 se acepta 150 ppm.Ventilacin

VentilacinLos motores diesel casi no producen CO; pero si produce holln que enturbian la atmsfera y reducen visibilidad.En algunos casos el factor predominante es el filtrado de hollines y no la concentracin de CO.Se debe considerar para la adopcin de criterios de ventilacin:Proyectar para una intensidad de la hora 30 y con 2/3 del trnsito circulando en el sentido de mayor pendiente con velocidad media de 60 km/hAnalizar las concentraciones generadas de COEvaluar condiciones de emergenciaVentilacinEl clculo de caudales de aire fresco para dilucin de CO viene dado por:

Donde:Qf es el volumen en m3 de aire fresco por km/carril.QOco es la emisin de CO unitario de vehculos livianos, su valor base es 0.70 m3/h/veh.Fv, fi,fh son factores de correccin en funcin de la velocidad del trnsito, pendiente de la rampa y altura sobre el nivel del mar.DNV es el nmero de vehculos livianos por km y carril.Coadm es la concentracin mxima admisible de CO en ppm

VentilacinEl clculo de caudales de aire fresco para dilucin de hollin viene dado por:

Donde:Qf es el volumen en m3 de aire fresco por km/carril.QTO es la emisin de holln unitario de camiones, su valor base es 16 m2/h/Tn.M es la masa del vehculo pesado medio en toneladasfiv, fh son factores de correccin en funcin de la velocidad del trnsito y altura sobre el nivel del mar.Dpl es el nmero de vehculos pesados por km y carril.Kadm es la concentracin admisible de holln en m-1; 7.5*10-3 para tneles de autopista y montaa y 5*10-3 para tneles urbanos.

VentilacinLa impulsin del sistema de ventilacin debe considerar:Prdidas metereolgicasPrdidas por diferencia de presionesPrdidas por vencer la accin del viento en las bocas del tnel.Por rozamientosPor efecto embolo del trnsito

Los tipos de ventilacin son:LongitudinalTransversalVentilacinVentilacin Longitudinal:El aire se impulsa a lo largo del tnel desde un extremo de modo que el propio tnel es el conducto, por lo que no tiene la mayor influencia sobre la geometra de la seccin del tnel.Ventilacin Transversal:La impulsin del aire fresco y la extraccin del viciado se efectan por conductos especficos (separados por un falso techo); el aire se inyecta y aspira en cada tramo del tunel.En las variantes del sistema transversal, la aspiracin del aire viciado no tiene la misma magnitud que la impulsin del aire fresco (pseudo transversal), o no existe aspiracin alguna (semi transversal) por lo que el aire viciado sale al exterior del tunel forzado solo por la inyeccin del aire fresco

Ventilacin

Ventilacin

Ventilacin

VentilacinSe estipula internacionalmente que la velocidad del aire a la salida de los ventiladores no debe exceder los 30 m/s; esto impone una limitacin a los sistemas longitudinales.El sistema longitudinal, apto para tneles de corta a media longitud, se funda en la inyeccin del aire en un extremo y la re impulsin a lo largo del tnel por aceleradores cada 50 a 60 m.El sistema longitudinal es ms econmico pero adolece de:Uso en tramos de mximo 2 a 3 km.Existe un extremo del tnel con aire viciado y caliente.En caso de incendio propaga llamas y humos.El sistema transversal requiere una mayor obra fsica (falso techo y conductos especiales).

IluminacinEl funcionamiento de la retina frente a cambios bruscos y contrastes excesivos de luminancia (intensidad luminosa por unidad de superficie emitida por un foco, candelas/m2) da origen a los siguientes efectos:Induccin: Responsable de no poder apreciar un objeto dentro de una distribucin de luminancias cuando la luminancia del objeto es muy inferior a la general del campo visual, es el llamado deslumbramiento.Adaptacin: Es el que produce una ceguera momentnea cuando existe un cambio brusco de iluminacin en el campo visual.En consecuencia la iluminacin del tnel tiene importancia en dos aspectos principales:Nivel mnimo de iluminacin dentro del tnelTransicin de iluminacin entre los altos niveles de luminancia exterior y los mnimos del interior cuando se ingresa al tnel; y en sentido inverso a la salida del tnel.

IluminacinLa iluminacin es el flujo luminoso por unidad de rea, se mide en lux: (lumen/m2).El flujo luminoso es la medida de la sensacin visual que produce un foco luminoso (lumen).En tiempo soleado se tiene 100 000 lux; el paisaje refleja esa intensidad segn el tipo que sea.Cuando el conductor se encuentra en la boca del tnel aproximadamente tendremos 8000 lux.Cuando ingresa a la zona negra, esta debe asegurar una adaptacin del ojo que asegure la visibilidad de un objeto de 0.20 m a 120 m de distancia.El nivel mnimo de iluminacin dentro del tnel es de 30 a 40 lux.En tal sentido es necesario el uso de paralumens o el tratamiento de reduccin de intensidad luminosa antes y despus del tnel