RESUMEN PRUEBA 2 – TUNELES

RESUMEN PRUEBA 2 – TUNELES

FELIPE CONTRERAS SILVA

1. SISTEMAS MECÁNICOS.

PRECORTE MECANICO.

Elementos que entran en servicio cuando el terreno ya ha iniciado su movimiento. Es un método de pre-sostenimiento al avance, para suelos o rocas blandas y entornos urbanos o semi-urbanos. Estos mantienen el estado tensional muy similar al original. El método de precorte mecánico PREMILL se enmarca de los métodos denominados pre-sostenimiento al avance, especialmente idóneos para la ejecución de túneles en formación tipo suelo o roca blanda y en entornos urbanos o semiurbanos, debido a la mínima afección que producen en las estructuras y servicios situados por encima de la clave.

TUNELADORAS.

Se dividen en 4 grupos, topos, escudos, mixtas y modernas.

a) TOPO: Máquina para rocas duras, posee una cabeza giratoria con herramienta de corte accionada por motores eléctricos. El trabajo lo hace el par de giro junto a una serie de gatos hidráulicos. La parte estática se fija por codales (grippers) y el avance se hace por módulos.

- Cabeza Giratoria y Cortadores: Parte delante del topo, lleva los cortadores o cangilones, que elevan escombros y alimentan la cinta de este, tienen una ligera conicidad.

- Accionamiento de la Máquina y Rendimientos: Siempre con un sistema electro-hidráulico, se refiere a la rotación de la cabeza, 2 velocidades (larga entre 8 a 12 rpm y corta la mitad). Respecto a los rendimientos el topo es un “prototipo” por lo tanto se diseña de acuerdo a lo que se necesita, los topos nuevos hacen de 3 a 8 m. por hora. 1200 metros/mes.

Estos se limitan por los radios de curvas, estos deben ser > 300 m,  por radios de curva en alzado y pendientes, siendo radios de alzados > 1000 m, el límite razonable está entre 3,5 a 4% como máximo, sobre 6% son neumáticos. También se limitan por altas durezas y/o abrasividad, se limita a cifras de Oc = 250 MPa de resistencia a la compresión en probetas talladas en muestras sin fracturas. RQD < 50 % facilita en rocas muy duras.

b) ESCUDOS: Máquinas para suelos o rocas blandas, como estos suelos son inestables, obligan a incorporar al diseño un sistema integral de sostenimiento. Todos los elementos mecánicos de la máquina se emplazan dentro de una estructura protector laminar de acero (escudo). Al avanzar la máquina se sustituye la coraza por otro elemento que sostenga el terreno, estos son anillos de sostenimiento que la máquina coloca previamente a su desplazamiento. En resumen los elementos básicos son cabeza de corte, coraza, erector de dovelas y gatos de empuje. Estos permiten construir secciones no circulares,

ROZADORA.

Máquina excavadora destinada a la realización de obras subterráneas mediante una cabeza armada de picas que tritura y arranca fragmentos de roca y mineral de pequeño tamaño. Existen 2 sistemas.

• Ripping: Cabeza frontal, gira en torno a un eje perpendicular al eje  del túnel, la fuerza de corte se aplica frontal. Se usa un 30% más.
• Milling: Cabeza de corte longitudinal, con rotación paralela al eje de simetría del brazo de la rozadora.

El método constructivo consiste en que la mitad de ancho del túnel la rozadora trabaja, cuando termina esa mitad pasa a la otra, mientras que un cargador con un camión remueven los escombros.

5.- SOSTENIMIENTO Y TRATAMIENTO DEL TERRENO.

Deben disminuir al máximo las pérdidas de suelo que se producen al excavar el túnel, reduciendo deformaciones. Para facilitar la distribución de estados tensionales se diseñan los túneles de forma circular. El sostenimiento se coloca de forma que deje deformarse al terreno dentro de la estabilidad del túnel. En el proyecto se establecen varios métodos, pero durante la ejecución se optimizan con la auscultación. Inmediatamente tras la excavación se coloca un sostenimiento primario y después si es necesario uno definitivo.

Entonces estos deben evitar desprendimiento de cuñas, limitar deformaciones, proteger roca de meteorización, controlar y derivar aguas y evitar que el terreno pierda propiedades. Los tipos de sostenimientos son:

• Entibaciones Metálicas.
• Anclaje
• Mortero Proyectado
• Hormigón Proyectado
• Sistemas Mixtos
• Sostenimiento al Avance.

CERCHAS: Perfil de acero laminado en forma de arco. Es altamente deformable, permiten grandes deformaciones de la cavidad, capacidad de carga d 3 a 6 t/m2, separación de cerchas entre 0,75 a 1,50 m, se verifican frente al pandeo local, Arriostramiento lateral y sistema de unión.

ANCLAJE: Barras de acero de 20 a 40 mm y longitudes de 3 a 6 m. Cosen discontinuidades, impiden deslizamientos y caídas de bloques. Tienen efecto de confinamiento, capacidad de carga de 10 a 25 t, longitud libre 1/3 a ½ diámetro túnel, capacidad de anclaje de 15 a 30 t, se verifica la orientación y separación, se emplea FS=3 para la carga total de la roca,

SHOTCRETE: Hormigón o mortero proyectado, sellan la superficie de la roca con espesores < 5 cm, evitan la descompresión y alteración de la roca espesores > 6 cm, es facil de aplicar, entra rápidamente en carga, se adapta a la cavidad y aplicaciones sucesivas. Posee su resistencia inicial a las 8 horas 50 kp/cm2 y a los 28 días de 280 kp/cm2,

REVESTIMIENTOS: Sus dimensiones son de 0,3 a 0,8 m en la clave, 0,5 a 1,2 m en hastiales, 0,4 a 0,8 m en grandes empujes. Se calculan según  la distribución de presiones (empíricamente o teoría elástica) y por la interacción con el terreno (elementos finitos o teoría elástica). Como ventajas tienen que consideran la sección, efecto anclaje, heterogeneidad y anisotropía del terreno, resultados mejoran con medidas in situ. Como desventajas tienen que emplean gran número de elementos, complejidad de cálculo en 2D y 3D, complejidad en introducir presiones intersticiales y condiciones de contacto sostenimiento-revestimiento-terreno.

Los principales problemas en la actualidad son la necesidad de mayores espacios físicos y la protección del medio ambiente. Los problemas que presenta el terreno en la excavación de obras subterráneas son:

• Baja Resistencia.
• Problemas de Estabilidad.
• Filtraciones.
• Hinchamientos.
• Presencia de Cavidades.
• Otros.

Existen técnicas de mejoramiento del suelo, las cuales tienen por objetivo modificar las propiedades del material, disminuir las pérdidas de terreno asociadas a la construcción del túnel, reducen asentamientos, disminuyen los daños a las estructuras existentes en la zona, todo esto ya que incrementa la cohesión aparente del terreno, aumenta la resistencia al corte en conjunto, moviliza la resistencia efectiva y forma barreras activas y pasivas al interior del terreno.

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