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TUNELES

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La mayora de los tneles se construyen

para salvar un obstculo natural y permitir el

acceso a vas de comunicacin paratransporte urbano (metros), transvases y

conducciones; o para unir islas o estrechos

y para pasos fluviales, en cuyo caso el

trazado se efecta bajo una lmina de agua.

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Las excavaciones subterrneas estn

estrechamente relacionadas con la energa ylos recursos minerales (aprovechamientoshidroelctricos, centrales, explotacionesmineras, almacenamientos subterrneos,etc

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Los tneles se caracterizan por su trazado y seccin,

definidos por criterios geomtricos de glibo,

pendiente, radio de curvatura y otrasconsideraciones de proyecto. Bajo el punto de vista

de la ingeniera geolgica los datos ms

significativos son la seccin, perfil longitudinal,

trazado, pendientes, situacin de excavaciones

adyacentes, boquillas y accesos intermedios.

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SOSTENIMIENTO

Son los elementos estructurales de sujecin

del terreno, aplicados inmediatamente despusde la excavacin del tnel, con el fin de

asegurar su estabilidad durante la construccin

y despus de ella, as como garantizar lascondiciones de seguridad.

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El revestimiento se coloca con posterioridad alsostenimiento y consiste en aplicar sobre dicho

sostenimiento una capa de hormign, u otros

elementos estructurales, con el fin deproporcionar resistencia a largo plazo al tnel y

dar un acabado regular, mejorando su

funcionalidad (condiciones aerodinmicas,impermeabilidad, luminosidad, albergar

Instalaciones y propiciar la esttica de la obra).

REVESTIMIENTO

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Los estudios geolgicos-geotcnicos son

absolutamente necesarios para poder

proyectar y construir una obra subterrnea.La metodologa bsica de los estudios tiene

los objetivos siguientes :

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METODOLOGIA DE LOS ESTUDIOSGEOLOGICOS GEOTECNICOS PARA

TNELES

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SECCIONES TIPICAS DE TUNELES Y SUSDENOMINACIONES

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Tnel de carretera


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13/54Tnel Ferroviario


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Excavacin de una central elctrica subterrnea

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Las investigaciones geolgicas de lostneles son, en general, ms costosas que

en otras obras de ingeniera civil. Sin

embargo, el no dedicar suficientes medios aestos estudios puede conducir a situaciones

imprevistas:

Cuando el terreno no se investiga, el terreno es unriesgo.

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La inversin adecuada en los estudios

geolgico- geotcnicos depende de la

complejidad geolgica, longitud del tnel,espesor de recubrimientos, etc. y puede

llegar al 3 % del presupuesto de la obra;

por debajo de este porcentaje aumentan loscasos de tneles con problemas y, por

encima los imprevistos son mnimos

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Ante la importancia, tanto tcnica como

econmica, de las investigaciones in situ

resulta esencial llevar a cabo una correcta

planificacin de las mismas.Los criterios bsicos para planificar las

Investigaciones in situ son las siguientes:

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FASES, OBJETIVOS YCONTENIDO

DE LASINVESTIGACIONES IN

SITU PARA TNELES

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Al perforar un tnel se puede encontrar tres tiposde Condiciones Naturales que dan lugar a la

prdida de resistencia del macizo y, por tanto, a

problemas de estabilidad :

1)Orientacin desfavorable de discontinuidades.

2)Orientacin desfavorable de las tensiones con

respecto al eje del tnel.3)Flujo de agua hacia el interior de la excavacin

a favor de fracturas, acuferos o rocascarstificadas.

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1) Orientacin desfavorables de las discontinuidades

INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES GEOLGICAS

Condiciones naturales de inestabilidad enexcavaciones de tneles en roca

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2) Orientacin desfavorables de tensiones

Condiciones naturales de inestabilidad enexcavaciones de tneles en roca

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25/54Filtraciones hacia el interior de la excavacin


Condiciones naturales de inestabilidad en

excavaciones de tneles en roca

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Estas condiciones estn directamente

relacionadas con los siguientes factoresgeolgicos: estructura, discontinuidades,

resistencia de la roca matriz, condiciones

hidrogeolgicas y estado tensional.

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Por otro lado, la excavacin del

tnel tambin genera una serie de

acciones inducidas que se suman alas citadas condiciones naturales,

como son:

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Prdida de resistencia del macizo que rodea

a la excavacin como consecuencia de ladescompresin creada: apertura de

discontinuidades, fisuracin por voladuras,

alteraciones, flujos de agua hacia el interiordel tnel etc.

Reorientacin de los campos tensionales,

dando lugar a cambios de tensiones. Otros efectos como subsidencias en

superficie, movimientos de ladera, cambios

en los acuferos, etc.

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La respuesta del macizo rocoso ante las

acciones naturales e inducidas determina las

condiciones de estabilidad del tnel y, como

consecuencia, las medidas de sostenimiento a

aplicar. Por otro lado, el proceso constructivo

tambin depende de la forma de excavacin de

las rocas, que asimismo es funcin de la

resistencia, dureza y abrasividad, entre otros

factores.

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ESTRUCTURA GEOLOGICA

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La estructura geolgica es uno de los

factores que ms influye en la estabilidad de

una excavacin subterrnea.

En rocas plegadas y estratificadas laorientacin de los estratos condiciona

diferentes modos de comportamiento frente

a la estabilidad en un tnel, influyendo lossiguientes factores:

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Estructura geolgica

Buzamiento de la estructura con

respecto a la seccin del tnel.

Direccin de la estratificacin con

respecto al eje del tnel.

Tipo de pliegues.

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ORIENTACION ESTRUCTURALDESFAVORABLE

TUNEL PARALELO A LAESTRUCTURA

PLIEGUE SINCLINAL

Distribucin de tensionesdesfavorable

Flujo de agua hacia el interiordel pliegue

INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA GEOLOGICA EN LA ESTABILIDAD DEUN TNEL

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INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA GEOLOGICA EN LA ESTABILIDAD DEUN TNEL

ORIENTACION

ESTRUCTURAL FAVORABLE

TUNEL PERPENDICULAR A LAESTRUCTURA

PLIEGUE ANTICLINAL

Distribucin de tensionesfavorable

Flujo de agua hacia elexterior del pliegue

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DISCONTINUIDADES

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La mayora de los problemas de estabilidad se

deben a la interseccin de la seccin del tnel conplanos de Discontinuidad. Se distinguen las

siguientes discontinuidades:

1) Discontinuidades de tipo sistemtico (estnpresentes en casi todas las rocas):

a) Diaclasas,

b) Planos de estratificacin, y

c) Esquistosidad

2) Discontinuidades de tipo singular.

a) Fallas

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El estudio de las fallas y dems discontinuidades singulareses uno de los aspectos geolgicos ms importantes en un

tnel. Para dicho estudio se requiere:

- Conocer la estructura tectnica regional y local.- Cartografa geolgica y anlisis estructural.

-Identificacin de fallas y su clasificacin en funcin delorigen, edad, tipo y geometra.

- Identificacin de rellenos de falla, su resistencia yexpansividad.

- Conocer la transmisibilidad hidrulica.- Estudios sobre las implicaciones tensionales ysobre sismicidad.

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La incidencia de las fallas en la estabilidad de una

excavacin depende de las caractersticas de las

mismas; de forma simplificada, stas pueden ser:

Fallas caracterizadas por una o varias superficies

de discontinuidad, planos de despegue o

contactos mecnicos entre distintos materiales.

Fallas caracterizadas por una zona de espesor variable

y de baja resistencia formada por materiales

blandos, inestables, plsticos o expansivos.

Fallas caracterizadas por una zona de alta transmisibidadhidrulica.

PROB EMAS DE

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DISCONTINUIDADES

Influencia de lasDiscontinuidades en laestabilidad de un tnel

PROBLEMAS DEESTABILIDAD

Sobreescavacinproducida en untnel de trasvase

ESTRATIFICACIONHORIZONTAL

Cada de bloquesRoturas por flexin

PROBLEMAS DE

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ESTRATIFICACIONINCLINADA

Cada de cuas y

bloques


DISCONTINUIDADES


Sobreescavacinproducida en un tnel

de trasvase

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DISCONTINUIDADES


Sobreescavacin producidaen un tnel de trasvase

ESTRATIFICACIONVERTICAL-SUBVERTICAL

Formacin de chimeneasPandeo de estratos

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RESISTENCIA DE LA MATRIZ ROCOSA

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La resistencia de la matriz rocosa influye de

forma decisiva en el mtodo de excavacin, y es

un factor importante en la estabilidad de lamisma. A partir del factor de competencia FC =

ci/v (donde ci es la resistencia de la matriz

rocosa y v la tensin o esfuerzo mximovertical), se diferencian tres condiciones de

estabilidad:

-FC > 10: la matriz rocosa tiene una resistencia

muy superior a las tensiones del

macizo y la excavacin es estable.

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- 10> FC > 2: la estabilidad est condicionada por

el tiempo y las propiedades de la

roca, pudindose establecer tres

tipos de deformaciones: elstica,plstica y rotura frgil con riesgo de

explosin de roca (rack burst).

- FC < 2: la excavacin puede ser inestable alsobrepasar las tensiones la resistencia

de la matriz rocosa.

REPRESENTACION Y ANALISIS DE

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Representacinestereogrfica de planos

de discontinuidades

Interseccin dediscontinuidades con la

seccin

REPRESENTACION Y ANALISIS DEDISCONTINUIDADES

REPRESENTACION Y ANALISIS DE

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Orientaciones preferentes

de discontinuidades

Representacin en

bloques diagramas

REPRESENTACION Y ANALISIS DEDISCONTINUIDADES

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CONDICIONES HIDROGEOLOGICAS

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La excavacin de un tnel produce elefecto de un gran dren hacia el cual fluye elagua de los acuferos interceptados, dandolugar a las siguientes consecuencias:

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a) Disminucin de la resistencia del macizo.

b) Aumento de las presiones intersticiales sobreel sostenimiento y el revestimiento.

c) Hinchamientos y reblandecimientos enmateriales arcillosos.

d) En materiales salinos se pueden formarcavidades muy rpidamente.

e) Graves problemas de avance en la excavacin.

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ESTABILIDAD DE LAS ROCAS DE FALLA EN UNTNEL

MATRIZFLUYENTE

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MATRIZREPTANTE


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Matriz estable


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Matrizseudoestable


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Las filtraciones en los macizos rocosos

provienen principalmente de:

Fallas y fracturas.

Rocas de brecha, rellenos de falla, zonas

alteradas.

Contactos litolgicos entre rocas depermeabilidad muy diferente.

Conductos crsticos, tubos en rocas

volcnicas, etc. Las cavidades crsticas puedensuponer un gran riesgo de filtraciones, adems

de ser difciles de localizar.

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