TEMA 1: INTRODUCCIÓN Historia de los Túneles

Tema 1. Introducción
TEMA 1:
INTRODUCCIÓN
Historia de los Túneles
HISTORIA DE LOS TÚNELES
z
Antigüedad-Romanos-…→ Siglo XVI
Tema 1. Introducción
• En general PEQUEÑAS DIMENSIONES
• Asociados a minería, canales y
captación de aguas
HISTORIA DE LOS TÚNELES
z
Grandes canales-Europa
Tema 1. Introducción
• Túnel de Daroca (1555-1560): 550m
(+360m a cielo abierto)
• Canal de Midi (1666-1681): Luis XIV,
Atlántico-Mediterráneo, 157m, no
revestido, pólvora (1ª vez)
• Inglaterra (1770-1793): gran desarrollo
(Ingeniero Civil)
• Métodos alemán y belga: surgen en
terreno difícil
– Alemán: Túnel de Tronquoy (1803)
en canal St. Quenn (1075m +8m
anchura, arena y grava)
– Belga: Canal de Charleroi (1828)
(arena saturada)
• Más canales… hasta Canal de Rove
(1911-1928): Marsella-Ródano, 7.3km,
caliza
HISTORIA DE LOS TÚNELES
Tema 1. Introducción
z
Grandes canales-Europa
Inglaterra (1770-1793)
Canal du Midi (1666-1681)
Canal de Rove (1911-1928)
HISTORIA DE LOS TÚNELES
z
Era de los ferrocarriles
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
• Túnel bajo el Támesis en suelo blando
(1825→1841 (en servicio a pie)→FFCC Londres
– Brunel patenta ESCUDO (1825)
¡¡En cinco ocasiones el río inundó el túnel!!
Tema 1. Introducción
Resultados de la Revolución Industrial
Tema 1. Introducción
Sistemas “nacionales” (s. XIX): Canales FFCC
Tema 1. Introducción
Características de los túneles
z
En Inglaterra se construyen 50 túneles
de más de 1600 m entre 1830 y 1890.
Su principal enemigo: el agua, la
arena y las pizarras reblandecidas.
z
En los Alpes se construyen túneles
muy largos caracterizados por: los
nuevos métodos (perforación con
explosivos), la ventilación, la
temperatura (60ºC) y la presión de la
roca.
„
„
„
FREJUS (13.7 Km)(1857-1871): 2000
hombres en cada boca)
S. GOTARDO (14.9 Km)(1872-1882):
Rocas con feldespato descompuesto y
yeso (ambos plásticos en aire
húmedo)
SIMPLÓN (19.8 Km)(1898-1906):
Balance de 39 muertos
Cronología I
EN ROCA
1790
EN SUELO BLANDO
Pólvora desde 1681
OBSERVACIONES
Era “Canales”
1800
Tema 1. Introducción
1810
1820
Brunel patenta
escudo
1830
Cochrane patenta
aire comprimido
Comienza Era
FFCC
1840
1850
Perforación por aire
comprimido (Alpes)
1860
Dinamita,
congelación en
minas
Perfiles acero
Acero
Patentes “Greathead” Metro de Londres
de escudos
Cronología II
Tema 1. Introducción
EN ROCA
EN SUELO
BLANDO
1870
Barreras de
diamante
Aire comprimido
1880
Perforadoras
hidráulicas
Aire comprimido y
escudo
OBSERVACIONES
Hormigón armado
Electricidad
1890
Grandes escudos
Metro Paris
1900
Decompresión
progresiva
Vehículos gasolina
FORD
1910
1920
Metro Madrid (1919)
Tracción por orugas
Cementación
Rebajamiento Nivel
Freático
Cronología III
Tema 1. Introducción
EN ROCA
EN SUELO
BLANDO
1930
Cabezas de
perforación
reemplazables
Bombas de
hormigón
Revestimientos
hormigón
1940
Útiles de carburo
tungsteno
Cargadores
mejorados
Electro-osmósis
Inyecciones arcilla
Inyecciones tubo
manguito
Procesos químicos
1950
Bulonado de techo
Perforadores
neumáticos
Pozos profundos
Máquinas Robbins
Revestimiento
segmentos
Revestimiento
expandible
Juntas flexibles
Revestimiento
pretensado
OBSERVACIONES
Metro Moscú
1ª Conferencia Int.
Mecánica de Suelos
(1936)
Alpes: túneles para
carreteras
Cronología IV
Tema 1. Introducción
EN ROCA
EN SUELO
BLANDO
OBSERVACIONES
1960
Mecánica de rocas
Más máquinas
Hormigón
proyectado
TBM’s
TBM + escudos
Nuevos
revestimientos
Congelación
Escudos de
presión de tierra
(EPBS)
1970
Nuevos
perforadores
hidráulicos
Clasificaciones
geomecánicas
NATM se
generaliza
Comienza túnel Canal
Más máquinas
Aplicación a “rocas de la Mancha
blandas” de NATM Seikan (Japón)
Uso creciente de
métodos numéricos en
proyectos
Muchos metros nuevos
Aumento electricidad
hidráulica
Túneles sumergidos
Computadores
1ª Conferencia Int.
Mecánica de Rocas
(1967)
Cronología IV
Tema 1. Introducción
EN ROCA
EN SUELO
BLANDO
OBSERVACIONES
1980
Gana terreno HP
vía húmeda
(Robots)
Aumento
paulatino
potencia/φ/diseño
mecánico TBM
Nuevos
procedimientos
auxiliares (jetgrouting)
Construcción masiva
de FFCC
metropolitanos
1990
Hormigones
proyectados de
µsílice + fibras
Escudos
articulados
“Diseños a la
carta”
Se termina con éxito el
túnel bajo el Canal de la
Mancha
Túneles en España (hasta 1985)
z
Ferrocarril (1200 túneles; 400 Km; 3% long. total)
Pajares: 69 túneles en -52 Km
Tema 1. Introducción
TÚNEL
LONGITUD
Somport (CanfrancFrancia)
7857 m
La Engaña (SantanderMediterráneo)
~7000 m
La Argentera (MadridBarcelona)
~ 4000 m
Tossas (RipollPuigcerdá)
3905 m
La Grandota (TudelaLlanera)
3756 m
OBSERVACIONES
Nunca entró en
servicio
(desprendimientosempujes)
Altitud: 1450 m
Túneles en España (hasta 1985)
z
Carretera
AÑO
LONGITUD
(m)
ANCHO
(m)
Viella
1948
5075
7.0
Cadí
1984
~5000
11.5
Guadarrama II
1972
3345
11.7
Guadarrama I
1963
2960
9.9
Malmasin (Bilbao)
1975
1269
9.40
Els Bruchs
1975
1111
11.1
Tema 1. Introducción
TÚNEL
Túneles en España
z
Hidráulicos
φ
L
(Km)
CAUDAL
(m3/s)
Trasvase
(Alhama-Los
Bermejales)
3.20
7.5
30
AlmendraVillarino
~6.00
15.5
160
Las Portas-Bao
6.00
5.7
120
Talave
5.00
32.0
Bao-Pte. Bibey
4.80
8.86
Tema 1. Introducción
TÚNEL
OBSERV.
Primer empleo de
Tuneladora en
España (1969)
66-88
Tema 1. Introducción
Reconocimiento del terreno en el Proyecto y
Construcción e Túneles
FASE DEL
PROYECTO
OBJETIVOS
MÉTODOS
Estudios
previos
Cartografía: E 1/200000
1/100000
1/50000
Litología
Unidades geoestructurales
Estudio general de
formaciones
Modelo geológico
Información
bibliográfica
Cartografía
geológica existente
Reconocimiento del terreno en el Proyecto y
Construcción e Túneles
Tema 1. Introducción
FASE DEL
PROYECTO
OBJETIVOS
Cartografía: E 1/25000
1/50000
Unidades rocosas
homogéneas (caract.)
Anteproyecto Plegamientos, fallas,
discontinuidades
(frecuencia, orientación,
característyicas, etc.)
Investigación
hidrogeológica
MÉTODOS
Fotointerpretación
Geofísica
Sondeos
mecánicos/ensayos
Reconocimiento de
campo
(Túnel piloto)
Tema 1. Introducción
Reconocimiento del terreno en el Proyecto y
Construcción e Túneles
FASE DEL
PROYECTO
OBJETIVOS
MÉTODOS
Proyecto
Cartografía: E 1/5000-1/1000
1/500-1/250
(emboquilles)
División, en detalle, de las
unidades rocosas
Estudio de discontinuidades
(en detalle)
Interpretación geotécnica
(deslizamientos, alterabilidad,
clasificación geomecánica,
parámetros de resistencia,
deformabilidad, etc.)
Acuíferos (permeabilidad,
transmisividad, etc.)
Fotointerpretación
Geofísica
Sondeos
mecánicos (uno
cada 50-100 m)
Ensayos (campo y
laboratorio)
Reconocimiento del terreno en el Proyecto y
Construcción e Túneles
Tema 1. Introducción
FASE DEL
PROYECTO
OBJETIVOS
Cartografía: E 1/1000
de detalle
1/250
Comparación con lo
previsto en el proyecto:
Construcción Decisión sobre nuevas
campañas
Previsión de la calidad
del macizo rocoso por
delante del frente (agua)
MÉTODOS
Reconocimiento de
detalle (guía:
clasificaciones
geomecánicas)
Sondeo de avance
(20-50 m)
Ensayos especiales:
● Tensiones “in situ”
en túneles profundos
● Auscultación
(deformaciones,
tensiones, etc.)
Tema 1. Introducción
Sección tipo en túnel. AVE Madrid- Sevilla
Línea ferroviaria alta velocidad Madrid-Sevilla
Inaugurada en Abril de 1992
z
Características generales I
„
„
Tema 1. Introducción
„
„
15 túneles doble vía (Aneta ≅ 75 m2; Aexcav < 100 m2)
Longitudes: 250-2540 m (Ltotal = 15.1 Km)
Recubrimientos: 40-100 m (máx: 150 m)
Sostenimiento: Se definieron, en proyecto, 5 tipos que
integran:
•
•
•
•
Bulones inyectados (φ = 25 mm; L = 3.50-6.0)
H.P. armado (malla, fibras)
Cerchas metálicas (TH 21, HEB 160)
Placa troquelada Bernold + hormigón (30 cm)
Línea ferroviaria alta velocidad Madrid-Sevilla
Inaugurada en Abril de 1992
z
Características generales II
Tema 1. Introducción
„
Excavación
• 2 fases (3 fases):
– Calota (h = 4.60-6.0 m)
– Destroza (h: resto hasta 9.0 m)
– (contrabóveda)
„
Perforación
• Explosivos (Jumbos hidráulicos de 3 brazos)
• Rozadoras
• Martillos hidráulicos
Línea ferroviaria alta velocidad Madrid-Sevilla
Inaugurada en Abril de 1992
z
Avance
„
„
„
Tema 1. Introducción
„
Calidad BUENA
Calidad MEDIA
Calidad BAJA
Calidad MUY BAJA
:
:
:
:
3.50 m
2.50-1.50 m
1.50-1.00 m
Graves problemas a corto
plazo (frente
• Fallas y contactos mecanizados
• Pizarras alteradas muy fracturadas
• Discontinuidades de orientación muy desfavorable
„
Avance: 0.50-1.00 + Tratamientos adicionales:
•
•
•
•
Capas sellado de HP
Machón central
Inyecciones por delante
Paraguas (L = 6-12 m; e = 30 cm; IPN 80)
Línea ferroviaria alta velocidad Madrid-Sevilla
Inaugurada en Abril de 1992
z
Destroza
„
Tema 1. Introducción
„
Calidad BUENA-MEDIA
:
3.50 m (explosivos,
taladros horizont.
También medios mecánicos. En general similar a
AVANCE (L = 25-50 m)
„
Rampas de acceso (destroza-avance): L = 30 m
„
A veces en destroza: HP y paraguas
Datos a tomar en cuenta en el túnel durante la
excavación
z
z
z
Tema 1. Introducción
z
z
z
z
z
z
z
z
Naturaleza y litología del terreno en el frente
Grado de alteración
Disposición, frecuencia, separación y estado de las familias
de discontinuidad
Presencia de accidentes geológicos (fallas, pliegues, etc.)
Condiciones de estabilidad del pase excavado
Presencia de agua
Índice de agua
Índice de calidad RMR
Dibujos/esquemas
Convergencia en estaciones cada 25/50 m e incluso cada
5/10 m (diario semanal 15 del mes)
Ocasionalmente cerchas instrumentadas (presiones)
Incidencias
z
En AVANCE (en pizarras arcillosas):
„
Tema 1. Introducción
„
z
Dos hundimientos (~20 m)
Inestabilidad del frente (huecos de 50-150 m3)
En DESTROZA:
„
„
Un hundimiento (~20 m)
Descalces del sostenimiento
Calidades del terreno
Tema 1. Introducción
LITOLOGÍA/ESTRUCT.
Cuarcitas
Areniscas
Granitos
Rocas metamórficas
de fractura baja
1
BUENA
MUY
BUENA
2
MEDIA Pizarras y areniscas de
MEDIA- escasa fracturación y
ALTA baja alteración
3
Pizarras alteradas
Alternancia: areniscas y
pizarras fract. Y alter.
Granitos m. fract.
(diques de pórfido)
BAJA
SOSTENIMIENTO
Bulones puntuales
Ocasionalmente una
capa de sellado de HP
(e ≤ 5 cm)
Bulones/ 2-3 m2
HP: 10 cm
Bulones/ 1-2 m2
HP: 15 cm
Cerchas TH21/ 1-1.5 m
Calidades del terreno
Tema 1. Introducción
LITOLOGÍA/ESTRUCT.
1
Pizarras arcillosas muy
MALA alteradas y fracturadas
MUY Zonas muy tectonizadas
MALA Pizarras con juntas de
bajo rozamiento
2
CALIDAD MEDIA con
discontinuidades en orientación
pésima (inestabilidades locales
SOSTENIMIENTO
Cercas HEB180/ -5-1.0 m
HP e = 25-30 cm
Chapa Bernold
Anillo hormigón (30 cm)
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción
Tema 1. Introducción