criterios de diseño corredor biocenanico

Corredor Biocenico Central Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera

4.2 Criterios de Diseo

Consorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina 4.2 1 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo

ndice

CAPTULO 1GEOLOGA, HIDROGEOLOGA Y GEOTECNIA .................................... 4 1. INTRODUCCIN ........................................................................................................ 4 2. CRITERIOS DE DISEO ............................................................................................ 5 2.1 Sistema de tnel ................................................................................................. 5 2.2 Seguridad en Tneles ......................................................................................... 7 2.3 Mtodos constructivos de tneles..................................................................... 12 2.4 Mtodos constructivos de Nichos, Cavernas, Galeras y Pozos....................... 25 2.5 Vida til ............................................................................................................. 28 2.6 Determinacin del emplazamiento de portales y accesos intermedios........................................................................................................ 28 2.7 Diseo del sostenimiento primario .................................................................... 30 2.8 Diseo para Acciones Ssmicas........................................................................ 35 2.9 Tratamiento de las aguas subterrneas y agua utilizada durante la construccin ...................................................................................................... 38 2.10 Sistema de Monitoreo Geotcnico ............................................................... 39 2.11 Revestimiento definitivo................................................................................ 41 2.12 Sistema de drenaje....................................................................................... 46 2.13 Sistema de impermeabilizacin.................................................................... 54 2.14 Proteccin contra el incendio ....................................................................... 58 2.15 Proteccin contra cada de rocas y piedras ................................................. 60 2.16 Proteccin contra avalanchas ...................................................................... 60 CAPTULO 2 OPERACIONES ................................................................................... 62 1 CRITERIOS PARA LA APLICACIN DEL SISTEMA DE SEGURIDAD FERROVIARIO - ESTUDIO DEL SISTEMA FERROVIARIO.................................... 62 1.1 Introduccin....................................................................................................... 62 1.2 Datos de base ................................................................................................... 63 1.3 Va simple o doble............................................................................................. 63 1.4 Velocidad de ejercicio ....................................................................................... 64 1.5 Composicin de los trenes................................................................................ 64 2 DETERMINACIN DE LOS PARMETROS BSICOS DE LA INFRAESTRUCTURA DE VA ................................................................................. 67 2.1 Trochas ............................................................................................................. 67 2.2 Tipo de estructura de va .................................................................................. 69 2.3 Parmetros geomtricos ................................................................................... 70 2.4 Pendientes y curvas.......................................................................................... 70 2.5 Glibos .............................................................................................................. 72 2.6 Playas de carga ................................................................................................ 74 3 PARQUE RODANTE................................................................................................ 75Consorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina4.2

2 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 General ............................................................................................................. 75 Sistema de traccin........................................................................................... 76 Electrificacin .................................................................................................... 76 Parmetros de dimensionamiento .................................................................... 76 Energa elctrica conexin a los sistemas nacionales...................................... 77 Consumos estimados y necesidad de subestaciones ...................................... 78 Locomotoras elctricas utilizables .................................................................... 78

4 SEALIZACIN....................................................................................................... 80 4.1 General ............................................................................................................. 80 4.2 Deteccin de Trenes - Detectores de ejes........................................................ 81 4.3 Equipamiento comandado a distancia para las zonas de maniobras ............... 82 4.4 Automatismo de conduccin ATP .................................................................. 83 4.5 Puesto Centralizado de Comando (PCC) Programador Central de Trafico (PCT)..................................................................................................... 83 CAPTULO 3DISEO GEOMTRICO E INFRAESTRUCTURA ................................ 85 1 INTRODUCCIN ..................................................................................................... 85 1.1. Sistema de coordenadas .................................................................................. 85 1.2. PARMETROS DE DISEO ............................................................................ 87 2 CRITERIOS PARA EL DISEO ARQUITECTNICO DE LAS ESTACIONES Y CENTROS MULTIMODALES IMAGEN DEL PROYECTO ............................................................................................................. 88 3 CRITERIOS PARA LA VERIFICACIN Y MODIFICACION DE OBRAS DE ARTE EXISTENTES Y EL DISEO DE NUEVAS OBRAS DE ARTE ................ 91 3.1 Criterios para el estudio de la conveniencia de reutilizacin de las obras de arte existentes.................................................................................... 91 3.2 Normativa tcnica de aplicacin ....................................................................... 92 4. GEOLOGA, HIDROGEOLOGA Y GEOTECNIA- REFERENCIAS Y NORMAS ............................................................................................................... 104 Normas argentinas ms corrientes en la industria de la construccin................... 104 5. OPERACIONES DISPOSICIONES Y NORMAS A APLICAR ........................... 112 5.1 Normas generales............................................................................................ 112 5.2 Normas principales de seguridad ferroviaria................................................... 116 5.3 Seguridad del tnel ......................................................................................... 117 5.4 Equipamiento de tneles.................................................................................. 118

6. DISEO GEOMTRICO E INFRAESTRUCTURA -REFERENCIAS, DISPOSICIONES Y NORMAS A APLICAR ........................................................... 121 6.1 Disposiciones y normas a aplicar..................................................................... 121

Consorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina4.2

3 de 121


CAPTULO 1GEOLOGA, HIDROGEOLOGA Y GEOTECNIA 1. INTRODUCCINEl presente captulo de este informe presenta los criterios de diseo de las obras subterrneas del proyecto, focalizndose en especial sobre todas aquellas obras que sern construidas bajo tierra, es decir, por los diferentes mtodos de tunelado posibles y oportunos, segn cada caso en particular. Se incluyen entonces todos los tneles, galeras, cavernas, pozos verticales o inclinados, nichos y cualquier otra cavidad subterrnea que se requiera como parte de la obra civil del proyecto.


4 de 121


2. CRITERIOS DE DISEO2.1 Sistema de tnelLos sistemas de tneles ferroviarios que se considerarn dentro del mbito del presente proyecto son los siguientes:

-

Tnel ferroviario de tnel simple y va simple, con trnsito unidireccional;

Tnel ferroviario de tnel simple y va simple, con trnsito bidireccional alternado, eventualmente complementado con secciones de cruce de vas, siempre que resulte oportuno segn la modalidad de operacin en tneles de gran longitud;

Tnel ferroviario de dos tneles con va simple de trnsito unidireccional en cada uno de ellos, con o sin secciones de cruce, segn las necesidades operativas y de seguridad, en funcin de la longitud de los tneles;

Tnel ferroviario simple de va doble, con trnsito bidireccional e implementacin eventual de un tnel paralelo de servicio / acceso o salida de emergencia, en caso de tneles de mayor longitud sin posibilidad de galeras al exterior;

En el siguiente cuadro resumen se listan los tipos de tneles arriba sealados, estableciendo para cada uno de ellos las aplicaciones previstas, sus requerimientos y bondades inherentes, ventajas y desventajas, como tambin comentarios sobre las decisiones que an deben tomarse en la etapa de Factibilidad sobre su real aplicacin y alcance especfico para el presente proyecto.

TIPO DE TNEL 1) Tnel simple con va simple

APLICACIN POSIBLE a) Operacin unidireccional: En sectores en los que se requiere un tnel para 1 sola va;

CARACTERSTICAS (Ventajas / Desventajas) Este tipo de tnel es razonable en sectores de ladera, en los que quiere evitarse un gran corte y en que con un tnel se logra una solucin econmicamente conveniente.

COMENTARIOS En caso de tneles de ms de 500 m de longitud, se requiere galeras de escape hacia el exterior, segn norma.


5 de 121


b) Operacin bidireccional alternada: Para situaciones temporales de tneles largos, con construccin diferida del 2 tnel;

Esta alternativa sera de aplicacin por un plazo limitado de tiempo para tneles largos, para los que se decida iniciar la operacin de un tubo simple con va simple, antes de terminacin de la construccin del otro. A la ventaja estratgica citada se anteponen las siguientes desventajas, que sern analizadas en el estudio de factibilidad: - limitacin de la frecuencia de trenes; se evaluar la necesidad / oportunidad de implementar desvos de cruce dentro del tnel - no existencia de vas de escape cada 500 m, segn norma

El Estudio de Factibilidad evaluar los dos temas que representan un posible dficit para la obra, al menos temporalmente: - la necesidad / oportunidad de implementar desvos de cruce dentro del tnel - la forma de cumplir con un nivel adecuado de seguridad para usuarios en situaciones de emergencia (incendios)

2) Tnel doble Operacin con va unidireccional en simple en cada tnel cada tnel

Para tneles largos, especialmente aquellos de gran cobertura, esta solucin resulta ser la ms razonable, por las siguientes razones: -

-

-

-

El Estudio de Factibilidad evaluar los temas que representan un posible dficit para la obra, al menos temun tnel directamente se convierporalmente: te en la va de escape del otro, siendo esta solucin del aspecto - la forma de cumplir con un nivel adede la seguridad prcticamente la cuado de seguridad nica posible en tneles largos para usuarios en sicon gran cobertura; con esta solutuaciones de emercin se cumple taxativamente con gencia (incendios) a los requerimientos de seguridad lo largo del plazo en de la directiva europea. el que slo existir con la construccin de 2 tneles un nico tnel y el 2 de menor tamao se reduce senest en siblemente el riesgo geolgico duconstruccin; rante la excavacin; - la eventual necela construccin de 2 tneles de sidad de implemenmenor tamao permite reducir los tar en el primer tplazos de construccin totales de nel, antes de la terla obra (el tnel largo determina el minacin de conscamino crtico), permitiendo inautruccin del 2, un gurar lo ms tempranamente podesvo de cruce, sible la primera va y construir el siempre que la opesegundo tnel y va ms tarde; racin ferroviaria lo requiera Desde un punto de vista operativo, la existencia de 2 tneles tiene ventajas, tales como la ventilacin, la posibilidad de hacer mantenimiento sin molestar una de las vas, etc.


6 de 121


3) Tnel simple con va doble

Operacin bidireccional

Esta solucin de tnel de tubo nico El Estudio de Factibise reserva, en principio, para los lidad evaluar en qu casos, a lo largo del siguientes casos: trazado de la nueva - tneles cortos, de baja cobertura, lnea, ser apropiado bien menores a 500 m de longiimplementar tneles tud, no requiriendo por lo tanto de doble va. Se antivas de escape, segn la directiva cipa que una aplicaeuropea. cin podrn ser los - , o tneles ms largos, para los tneles falsos que se que es posible construir vas de requerirn en cada escape hacia el exterior (con portal de acceso al galeras o pozos de poca tnel de baja altura. profundidad) sin grandes costos y complicaciones tcnicas; - Como parte de esta solucin, se consideran tambin tneles falsos en sectores altos del trazado, que se requieren para la proteccin del trazado por nevadas / cadas de rocas y en los que fcilmente se pueden implementar salidas de escape.

La eleccin de una u otra alternativa para cada sector de tnel depender de distintos factores. Como parte de estos criterios de diseo se ha declarado cul es la opinin que a priori tiene el Consultor sobre los sistemas ms aplicables, segn el caso. Como parte del desarrollo del Estudio de Factibilidad se ejecutar un anlisis de posibles sistemas constructivos y operativos de tneles, en general, el que abarcar todos los aspectos relevantes de diseo con relacin a la seguridad y confiabilidad de tneles. Sobre la base de la experiencia en la materia y considerando que en el presente proyecto el transporte ferroviario inicialmente slo sera de carga, teniendo en cuenta adems que la evolucin de la demanda ser progresiva, partiendo de niveles ms bien bajos a moderados, se considera aceptable para el tnel de baja altura construir inicialmente uno slo de los dos tneles, agregando el segundo en forma diferida. Para el resto de los tneles ms cortos no se descarta el uso de tneles simples de va doble. En general, detalles sobre las obras civiles y estrategias de construccin de todos los tneles se irn definiendo a lo largo del estudio de factibilidad en curso. Un anticipo sobre la normativa y posibles estrategias con relacin a la seguridad en tneles de gran longitud es entregado en el siguiente captulo de este informe. Tal como se indica en el cuadro anterior, parte esencial de las evaluaciones que se desarrollarn en la Etapa de Estudio y Factibilidad es la determinacin sobre la aplicacin especfica de cada tipo de tnel en cada sector en que se requiera una obra de este tipo a lo largo del trazado, con evaluacin ms especfica de las razones que justifican la propuesta de alguna de las 4 soluciones aqu presentadas en forma general.

2.2

Seguridad en TnelesComo parte del diseo de tneles y respondiendo a los requerimientos de seguridad establecidos por las actuales normativas europeas e internacionales, parte de las cules, entre otras, se listan en el listado de referencias con los nmeros y, tneles que tengan una longitud mayor a los 500 a 1.000 m tendrn que disponer de espacios seguros, separados a una distancia mxima, hacia dnde usuarios puedan escapar y permanecerConsorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina

4.2

7 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo hasta su rescate, siempre que dentro del tnel se produzca un evento de incendio de magnitud. Con referencia al tema de la provisin de medidas de seguridad en tneles ferroviarios, siempre dentro del mbito de la "infraestructura de la obra", las recomendaciones de la Unin Europea para tneles ferroviarios no entregan requerimientos o lineamientos propios, sino que se remiten a declarar que stos tendrn que respetar los requerimientos establecidos en la normativa de cada pas integrante de la Unin Europea. En tal sentido, no puede decirse, que exista una nica norma vlida en la Unin Europea que regule las instalaciones, medidas y equipamientos de tneles para garantizar condiciones de seguridad de los usuarios y de los bienes transportados. Con relacin a tneles de gran longitud, la recomendacin 96/48/EG establece, como principio reconocido generalmente como vlido en las normas nacionales de los diferentes pases, que en caso de ocurrencia de un incendio dentro de un tren, ste debe poder circular por un perodo mnimo de 15 minutos a una velocidad de 80 Km. /h antes que el incendio inhiba la marcha del tren. El resto de las medidas que deben ser implementadas en los tneles con relacin a la garanta de la seguridad de pasajeros y carga transportada quedan sujetas a las disposiciones que las normas nacionales de los pases establecen en forma particular. El requerimiento antes citado tiene por objeto prioritario garantizar la posibilidad que un tren, en el que se haya producido un incendio, pueda circular hasta un sitio "seguro", en dnde los pasajeros puedan abandonarlo y brigadas de rescate atacar el fuego. Sobre la base de este requerimiento, automticamente surge el concepto de "tnel corto" y "tnel largo", siendo el primero uno en dnde el tren puede abandonarlo, teniendo por lo tanto una longitud no mayor a los 20 Km., mientras que el segundo es un tnel que tiene ms de 20 Km. de longitud, hacindose necesario en ste la implementacin de "estaciones subterrneas" para el escape de los usuarios y la materializacin del combate del incendio en el tren. Los 20 Km. antes citados son una distancia lmite, la que en la prctica es asumida ms baja. No por requerirse que los trenes y, en general, los sistemas de control, seguridad y combate de incendio del tnel deban disearse para el criterio de circulacin de un tren incendiado durante 15 minutos hasta llegar a un lugar especial, las normas desconocen la realidad que siempre existe la probabilidad que un tren se quede parado dentro del tnel, en cualquier sector, propagndose el incendio en l sin posibilidad de implementar un combate inmediato del incendio y sin que los usuarios del tren puedan escapar en forma inmediata. Para estas situaciones de riesgo frente a un incendio las normas nacionales de cada pas, como tambin otras normas internacionales, como la UIC, establecen requerimientos especiales, los que, en general, especialmente en tneles de gran longitud y alta cobertura, determinan la necesidad de construir dos tubos unidireccionales paralelos, en lugar de uno de doble va. En esencia, para cualquiera de las normas especficas que tratan el tema de la seguridad de usuarios dentro de tneles, se parte de un concepto clave con relacin a la accin que se debe emprender en caso de ocurrencia de un incendio. Este concepto es el de "self rescue" de los usuarios, o salvataje propio, como traduccin literal, significando esto que los usuarios deben "escapar" del sitio del incendio, por propios medios, a un sitio "seguro", dentro o fuera del tnel. Ninguno de los usuarios debe emprender acciones de combate del incendio ni quedarse en un sitio cercano a ste. El combate del incendio,


8 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo dondequiera que ste se produzca, es una responsabilidad de brigadas especiales entrenadas para este fin. Hasta la ocurrencia de 3 grandes incendios en tneles europeos en los aos 1999 y 2000 la seguridad de usuarios en tneles cuando ocurra un incendio era tratado con un mayor grado de subjetividad, entendindose que con una adecuada ventilacin del tnel (para el manejo de los humos) ciertos sitios podan ser considerados "seguros". En la actualidad, este concepto no se descarta por completo, pero qued mucho ms limitado en su aplicacin, siendo tpico que las normas especifiquen que con una cierta regularidad existan "vas de escape" al exterior o un lugar seguro, independientemente de la accin de una ventilacin artificial. Dentro de este concepto de escape y de garanta para los usuarios de poder llegar a un lugar suficientemente seguro, en el que no existan posibilidades de influencia del incendio y para el que la provisin de aire fresco est asegurada, especialmente para tneles con alta cobertura, en dnde es complejo, imposible o muy costoso hacer vas de escape al exterior, surge casi automticamente el concepto de materializar el tnel a travs de 2 tubos, siendo uno la va de escape para el otro, dado que es casi imposible que al mismo tiempo se produzcan incendios en ambos tneles. En tneles con baja cobertura o tneles " de ladera", en dnde es relativamente simple hacer galeras tipo ventanas al exterior, s es posible proveer las vas de escape a travs de este tipo de galeras, sin que los costos se vuelvan desproporcionados. Para esos casos es entonces posible emplear tneles de tubo simple con 2 vas. Cualquiera de los tneles de baja altura parte del espectro de alternativas que se estudiarn para el presente proyecto no presentar la posibilidad simple de provisin de vas de escape al exterior. Es entonces necesario trabajar con dos tneles, convirtindose uno en la va de escape del otro. Seguidamente listamos algunas recomendaciones especficas de normas internacionales y locales, relacionadas con el tema en cuestin. - Cdigo UIC 779-9 de Agosto 2003 - Seguridad en Tneles Ferroviarios, Esta norma de la Comisin Internacional Ferroviaria requiere en forma general, que la mxima separacin entre los sitios seguros para el escape no sea superior a los 1000 m. Para tneles "muy largos", es decir, tneles de ms de 15 Km. de longitud, recomienda el uso de 2 tneles de va simple y la provisin de las galeras de conexin entre los tneles. - Construccin y Operacin de nuevos Tneles Ferroviarios en Vas Principales y Secundarias - Requerimientos para la Proteccin ante Incendios y Catstrofes, Asociacin de Bomberos Profesionales de Austria (BFV-RL A-12) , Ao 2000 La presente norma alemana para el diseo de tneles ferroviarios establece taxativamente, que tneles ferroviarios deben disearse con tubos de va simple, dejando lugar a la implementacin de tneles de doble va, slo si se cumplen ciertas condiciones particulares de seguridad ante incendios y otras emergencias, es decir, siempre que a travs de anlisis de riesgo se pueda demostrar que stos son suficientemente seguros. Con relacin a la separacin entre "sitios seguros" dentro del tnel, la norma requiere una distancia mxima de 600 m. Con relacin a tneles largos recientemente construidos, en ejecucin o en etapa de diseo, en general, el concepto empleado actualmente es el de 2 tneles de va simple. Seguidamente listamos algunos de ellos, conjuntamente con la distancia entre galeras de conexin entre los dos tubos.Consorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina4.2

9 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo Tnel San Gotardo, Suiza - Italia, 57 Km. de longitud, 2 tubos, galeras de conexin c/325 m Tnel Brennero, Austria - Italia, 54 Km., 2 tubos, galeras de conexin c/333 m Tnel Ltschberg, Suiza, aprox. 35 Km., 2 tubos (2 tubo, construido en forma diferida, por tercios), galeras de conexin c/333 m Tnel Lyon - Torino, Francia - Italia, aprox. 53 Km., 2 tubos, galera de conexin c/400 m Tnel del Canal de la Mancha, aproximadamente 50 Km., 2 tubos, galeras de conexin c/375 m Tnel Guararrama, Espaa, 28,4 Km., 2 tubos, galeras de conexin c/250 m

-

Puede decirse que el hecho de que haya diferencias entre los criterios sobre distancias mximas a los "sitios seguros" dentro de tneles largos radica en las variaciones con las que se efectan anlisis de riesgo para usuarios en caso de incendio para cada proyecto y en otros criterios ms vinculados a las estrategias de cada pas o cliente. En definitiva, considerando que los tneles de baja altura en anlisis para este proyecto son todos de alta cobertura, no proveyendo la posibilidad de accesos desde el exterior de gran longitud o profundidad, no sera posible concebir un tnel de tubo nico de doble va, excepto que paralelamente a ste se construya un tnel de escape de la misma longitud. Esta opcin no es justificable bajo ningn punto de vista, ni tcnico, ni econmico, ni tampoco de seguridad. Siempre es ms favorable la solucin de dos tneles de va simple para cualquiera de los criterios sealados. Con relacin a la posibilidad de diferir la construccin del 2 tnel, inaugurando primero el primero slo, es una solucin que ser aceptable, siempre que se tomen las medidas de mitigacin de riesgos necesarias. En esencia, el tema de la seguridad de los usuarios es siempre el mismo: para casos de incendios importantes, en los que se genera gran cantidad de humo y se desarrollan grandes temperaturas (por el confinamiento del fuego), debe garantizarse que usuarios afectados puedan alejarse del tren que est incendindose por sus propios medios y llegar en un tiempo razonable a un "sitio seguro", en dnde puedan permanecer por un intervalo de tiempo variable, hasta que se produzca el salvataje por parte de una brigada o equipo de rescate. Con relacin a la forma de proveer el escape de usuarios a "sitios seguros", no existen muchas posibilidades. Desde ya, para los posibles tneles de baja altura de este proyecto, como ya dicho antes, en la prctica no existe ninguna posibilidad de construir galeras de escape, dado que el trazado del tnel siempre est tan profundo, que a travs de una galera no podra llegarse nunca al exterior. Hacer pozos de cientos de metros o ms de mil metros de profundidad para que sirvan de vas de escape, es poco razonable y costossimo, en otras palabras, imposible. Una solucin posible, que permitira cumplir cabalmente con los requerimientos de seguridad de cualquiera de las normas y anlisis de riesgo sera la de construir una galera paralela al tnel principal, conectando ambos con galeras a la separacin considerada necesaria. Esta solucin tambin es muy costosa, dado que la construccin de una galera pequea


10 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo no es proporcionalmente ms barata por su reducida seccin transversal frente a una grande. Una solucin que a priori parecera ser la ms apropiada y que podra implementarse por un perodo de tiempo suficientemente largo, como para hacer atractiva financieramente la alternativa de construccin del 2 tnel en forma diferida al primero, es la de conjugar la implementacin de obras de infraestructura para aumento del nivel de seguridad con medidas de mitigacin de los riesgos. Seguidamente presento un listado de lo que podran ser un conjunto de medidas de ambas naturalezas, las que conjuntamente podran proveer un nivel de seguridad suficientemente aceptable para los usuarios del tnel en caso de incendio. Garanta de operacin independiente de trenes de carga y trenes de pasajeros; en

caso de tneles largos, esto podra lograrse a travs de "estaciones de cruce" dentro del tnel, dentro de las que estarn parados todos los trenes, excepto uno, que circula a lo largo del tnel; Trenes de carga sin incorporacin de vagones para pasajeros y con limitacin a lo

mnimo absoluto de "tripulacin" (mejor an, operacin remota); significa esto, que los choferes de camiones u otros usuarios asociados al transporte de la carga tendran que ser transportados por trenes independientes, slo de pasajeros; Implementacin de recintos de escape subterrneos, con separacin segn definido

oportunamente por razones de seguridad (350, 500, 600 1000 m), preferentemente sobre el alineamiento del futuro 2 tnel, conectados al tnel principal. mediante galera de conexin y esclusas presurizadas, con provisin independiente de aire fresco y puertas resistentes al fuego /calor; la provisin independiente del aire fresco se podr implementar a travs de un ducto inferior, situado en la contrabveda del tnel, dado que en ese sitio no estara expuesto a posibles daos por el calor de un incendio; Provisin de un sistema de ventilacin de emergencia, el que permita que una vez que

los usuarios estn seguros dentro del recinto ms cercano al incendio, los humos puedan ser expulsados a travs del tnel en direccin contraria a la del acceso del personal de rescate; Provisin de un tren de rescate especial, con equipamiento de combate del incendio,

de ser posible emplearlo, el que tendr que acercarse al recinto de escape y rescatar a los usuarios refugiados; este tren podr partir de cualquiera de los portales o de la estacin subterrnea ms cercana, en caso de tneles de ms de 15 - 20 Km. de longitud. Las medidas citadas no proveen el mismo nivel de seguridad que el de un doble tubo, pero s un alto nivel de seguridad, el que tendr que ser verificado mediante anlisis de riesgo explcitos. A partir de una cierta demanda de trnsito ser necesario disponer del 2 tnel, porque de otra manera los requerimientos de seguridad no permitiran la materializacin del volumen de transporte demandado.


11 de 121


2.3

Mtodos constructivos de tnelesEl mtodo de excavacin que se emplear para los tneles depender bsicamente de las condiciones geolgico-geotcnicas, pero tambin de otras variables de tipo estratgicas y financieras propias del proyecto y de cada caso de tnel en particular. Los mtodos bsicos de excavacin que se utilizarn son los siguientes: Mtodo convencional por voladura o mtodo cclico Mtodo mecanizado con mquina tunelera

En general, ms all de aspectos estratgicos (accesos, topografa, energa, etc.), la excavacin con mquina tunelera se usar en macizos rocosos de mejor calidad geotcnica, en los que son acotados y predecibles los riesgos a los que estar sujeta la misma mquina durante la excavacin. En sectores de macizo geotcnicamente menos competentes y sectores especficamente complejos (fallas, rocas expansivas, condiciones hidrogeolgicas desfavorables, cavidades crsticas, etc.) se priorizar la excavacin convencional o se prever un tratamiento anticipado del macizo frente a la mquina. Para excavacin con mquina tunelera pueden aplicarse, en principio, dos tipos de sostenimiento primario o sistema de fortificacin inicial, siendo stos los siguientes: Dovelas prefabricadas (habitualmente de hormign armado de alta resistencia); se instalan con el uso de mquinas del tipo escudos, siendo bsicamente de empleo en condiciones geolgicas poco favorables, vale decir, macizos rocosos altamente fracturados / meteorizados con gran potencial de desprendimiento de cuas, o suelos blandos; Sostenimiento clsico, consistente de los usuales elementos de fortificacin en tneles en roca, vale decir, hormign proyectado, marcos de acero, pernos de roca pasivos, etc.), emplendose en este caso las as llamadas Tunnel Boring Machines (TBM) para roca dura, o mquinas tuneleras abiertas, sin escudo y con mordazas;

-

El tipo de sostenimiento seleccionado para la excavacin con mquina tunelera depende de las condiciones geolgico-geotcnicos y de factores logsticos (disponibilidad de materiales y tecnologa, distancia a fbrica de dovelas, transporte y almacenamiento de dovelas etc.). En primer lugar, el sistema de sostenimiento asociado a la construccin mecanizada tendr relacin con las condiciones geolgicas e hidrogeolgicas, siendo el resultado de la consideracin de criterios tcnicos (aptitud de los sistemas), econmicos (siempre que diferentes mtodos son aptos tcnicamente) y otros aspectos relacionados con la calidad o durabilidad de la obra misma. La seleccin de los sistemas de sostenimiento ms apropiados se basar en consideraciones tericas, en los requerimientos de normas, en la experiencia hecha en otras obras similares actualmente en construccin y en los requerimientos que especficamente se convengan con el Cliente para el presente proyecto. Para la excavacin convencional y en caso de sostenimiento clsico detrs de la excavacin de una mquina tunelera tipo TBM abierta, se propone la aplicacin de los principios del Nuevo Mtodo Austraco de Construccin de Tneles (NATM), el queConsorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina4.2

12 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo conlleva una metodologa de clasificacin del macizo y mtodos de excavacin e instalacin de la fortificacin primaria propios, cuyas caractersticas se pueden resumir brevemente en los siguientes conceptos: Clasificacin del macizo rocoso en dos categoras bsicas, ambas asociadas al comportamiento de ste, sobre la base de las cules se determinar el mtodo de excavacin y fortificacin del tnel en sus diferentes secciones, siendo stas las siguientes: Rock Mass Type o Tipo de Macizo Rocoso (RMT), como primera etapa de clasificacin del macizo en sectores homogneos en trminos de propiedades geotcnicas y parmetros que puedan indicar que el comportamiento de ste podr ser similar ante la excavacin del tnel, a pesar de corresponder a tipos litolgicos de rocas diferentes; Behaviour Types o Tipos de Comportamiento del Macizo (BT), como segunda parte de la clasificacin geolgico-geotcnica, en la que intervienen los as llamados factores de influencia, es decir, variables que determinan, para cada obra y sector de obra particular, cmo se comportar un cierto tipo de macizo (RMT); la clasificacin en trmino de Tipos de Comportamiento BT es la determinante para la propuesta y verificacin del mtodo de excavacin y sistema de fortificacin; Instalacin de un sostenimiento inicial o primario inmediatamente detrs del frente de excavacin, emplendose sistemas / elementos de fortificacin con un cierto grado de flexibilidad, tal como lo son el hormign proyectado, reforzado con malla o fibras de acero, anclajes o pernos de roca y, en caso de necesidad, marcos metlicos y otras medidas especiales auxiliares que no son de uso sistemtico; en funcin de cada Tipo de Comportamiento del macizo se definirn las as llamadas Clases de Sostenimiento o Fortificacin, las que constituirn las bases de pago. A lo largo del tnel, y en funcin de la clasificacin geotcnica pronosticada, se harn asignaciones de sistemas de fortificacin o sostenimiento tpicos y especiales. El pago de las actividades de excavacin y fortificacin primaria del tnel, con todas las medidas asociadas (ventilacin, drenaje, etc.), se basar prioritariamente en los sistemas de fortificacin tpicos y especiales, conjuntamente con todas las medidas auxiliares necesarias, de aplicacin extraordinaria. Implementacin de un sistema de mediciones o monitoreo, en forma simultnea a la excavacin, de aplicacin sistemtica hasta la terminacin de la obra gruesa del tnel, tanto en trminos de deformaciones dentro del tnel y en superficie, cuando la cobertura es baja-, como tambin de otras variables geotcnicas que dan cuenta del comportamiento tensional del macizo y los elementos de fortificacin; la finalidad de este monitoreo es contar con parmetros inmediatos del comportamiento de la excavacin y de la fortificacin en tiempo real y, con ello, la posibilidad de comparar el comportamiento previsto en el diseo con el que realmente se materializa. El comportamiento interactivo del macizo y los sistemas de fortificacin slo se puede conocer con suficiente anticipacin y precisin a travs de un sistema de instrumentacin instalado en forma oportuna en el frente de excavacin de un tnel. Tpicamente se medirn deformaciones de puntos de referencia instalados en el revestimiento recientemente construido (mediciones absolutas en 3D). Adicionalmente, en forma menos frecuente, se instalarn instrumentos geotcnicos, mediante los que se medirn deformaciones especficas en hormign / acero, para convertirlas a tensiones, fuerzas en anclajes, deformaciones del macizo alrededor del tnel, presiones del macizo sobre el revestimiento del tnel, como tambin otrosConsorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina4.2

13 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo parmetros de inters especfico. Sin la implementacin de un sistema de monitoreo no ser posible calibrar el diseo terico con el comportamiento real y muy difcil hacer ajustes en mtodos de trabajo y medidas de fortificacin, para lograr la mayor economa de obra posible, sin poner en riesgo la estabilidad del tnel. Instalacin de un revestimiento definitivo interno o secundario en el tnel, con el que se logra la estabilizacin y resistencia definitivas de la obra subterrnea, como tambin la provisin de una serie de otras caractersticas y funcionalidades especficas para cada proyecto particular, como parte de las cules puede destacarse especialmente la impermeabilizacin de la obra, la mejora de condiciones para la ventilacin, la garanta de durabilidad, especialmente tambin frente al fuego, en sectores particulares, etc. El revestimiento definitivo ser de hormign armado, pudiendo ser, segn sea el mtodo constructivo, un revestimiento de hormign colado in situ (para excavacin convencional, excavacin c/TBM y uso de revestimiento primario de tipo convencional o en caso de necesidad de instalacin de un doble revestimiento, despus de instaladas dovelas como revestimiento inicial) o uno de elementos premoldeados, siempre que se emplee la excavacin mediante escudos y uso de dovelas, sin necesidad de un doble revestimiento. La decisin sobre qu tipo de revestimiento definitivo usar ser tomada en base a criterios tcnicos (resistencia, deformabilidad, impermeabilidad, etc.), criterios econmicos, garanta de durabilidad (en caso de emergencias, como incendios, o por acciones erosivas, como lo puede ser acciones qumicas).

El procedimiento de clasificacin geolgico-geotcnica y diseo de los mtodos de construccin y fortificacin primaria de tneles dentro del mbito de la excavacin convencional que se propone para los tneles del presente proyecto es el que se emplea actualmente en Austria, estando sus principios consignados en el documento. El procedimiento de diseo geotcnico de un tnel se describe mediante el diagrama de flujo presentado en el apartado 3.7.


14 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo La seleccin del mtodo de excavacin, es decir, del uso de mtodo convencional o mecanizado, tambin depende de los criterios que se listan a continuacin, todos los que sern analizados caso por caso para los tneles largos del presente proyecto. En general, para tneles cortos, es decir, longitudes que son menores a los 4 a 5 Km., como mnimo, el uso de mquinas tuneleras por lo general no es econmicamente competitivo, excepto que se trate de condiciones geolgicas o situaciones que para la excavacin convencional resulten muy particulares, en dnde sta no pueda ser usada en forma tradicional. Ejemplos de ello podran ser condiciones geotcnicas de terreno extremadamente blando, vale decir, rocas residuales o suelos, a ser excavados bajo la napa fretica, donde las medidas de fortificacin y estabilizacin auxiliares para la excavacin convencional resulten ms costosas que la adquisicin de un escudo. Puede ser otro ejemplo un tnel relativamente corto, en el que la excavacin slo pueda efectuarse desde un extremo, determinando esto un frente de excavacin tan largo que la excavacin convencional se haga costosa y lenta, justificndose por ello el uso de una mquina tunelera. Son, en resumen, muchos los factores que intervienen en la decisin sobre qu mtodo o combinacin de mtodos de excavacin resultan ser los ms convenientes para un determinado proyecto. Factores como los siguientes son algunos de los ms importantes, dejndose de lado las condiciones geotcnicas del macizo, como factor desde ya determinante: Longitud; ya se cit en los ejemplos anteriores, que el factor longitud de un tnel es relevante a la hora de escoger si se emplea o no un mquina tunelera; con el incremento de la longitud de un tnel, la probabilidad que el empleo de una mquina tunelera sea ms competitiva que la excavacin convencional crece directamente. Siempre que las condiciones geotcnicas sean razonablemente buenas y no existan incertidumbres importantes con relacin a esta realidad, no cabe duda que la citada es un hecho, el que por lo general determina que hoy en da se empleen mquinas tuneleras, excepto por otras razones y variables, que podran hacerlo imposible o poco oportuno. Algunas de ellas se derivan del resto de los criterios citados a continuacin. Seccin transversal del tnel, tenindose en cuenta las condiciones de glibo y la necesidad de uso eficiente de la seccin transversal mediante mquina tunelera; en tneles de gran cobertura, en donde las tensiones primarias en el subsuelo son importantes y donde tambin es usual, que las tensiones horizontales no sean mucho menores que las verticales en algunos casos hasta mayores- el uso de secciones transversales completamente circulares es lo ms conveniente, dado que ellas son las que menos esfuerzos de flexin le impondrn a los revestimientos que se instalan dentro del tnel, siendo por lo tanto ms eficientes desde un punto de vista estructural. Por lo dicho, segn cul sea el trazado final del tnel de baja altura, es bastante probable que para sectores del tnel excavados convencionalmente en dnde las coberturas sean altas, se adopte una seccin transversal circular, similar a la que resulta del uso de mquinas tuneleras. Trazado y disposicin del tnel, considerando todos los aspectos especficos que puedan impedir o hace muy dificultoso el uso de una mquina tunelera, como lo puede ser el caso, cuando se est en la alta cordillera con muchas dificultados de acceso, o cuando el trazado mismo hace inapropiado el uso de aquella; una mquina tunelera tambin puede resultar poco conveniente, cuando la excavacin debaConsorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina4.2

15 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo efectuarse a travs de un pozo de profundidad importante, convirtiendo todos los aspectos logsticos de transporte y de armado de la mquina misma en problemticas de alta complejidad, que terminan encareciendo mucho una obra. Tambin es importante considerar, que para tneles con alta cobertura y rocas de calidad pobre o con grandes incertidumbres en la geologa, el uso de mquinas tuneleras conlleva un riesgo de llegar a tener problemas no anticipables o difciles de mitigar durante la construccin, los que determinen que la mquina no pueda operar eficientemente o se quede totalmente parada. En la actualidad, no obstante, se han desarrollado mquinas tuneleras muy sofisticadas, mediante las cules muchos problemas pueden ser salvados, gracias a la incorporacin de dispositivos de alta tecnologa y la implementacin de medidas de prevencin tanto antes como durante la excavacin, que permiten tomar medidas correctivas antes de llegar a una situacin problemtica de difcil retorno. Entorno y condiciones ambientales en el rea del tnel; este aspecto tambin es relevante a la hora de analizar mtodos de construccin, dado que la construccin de un tnel sin duda tiene efectos sobre las condiciones ambientales del entorno; como parte del Estudio de Factibilidad se evaluarn en lneas generales los impactos que temporalmente o en forma permanente producir la construccin de los tneles y los mtodos que alternativamente pueden emplearse. Efectos ambientales permanentes de un tnel son, por ejemplo, la posible afectacin del rgimen de aguas subterrneas en el macizo o la de una fuente de aguas termales, como lo es la que se encuentra en Puente del Inca. Estos efectos pueden requerir medidas de mitigacin. Tambin son efectos permanentes los de posibles asentamientos del terreno durante la construccin. Preliminarmente, se estima que tratndose en general de terreno no afectado por obras o zonas urbanizadas, este efecto no requerir medidas de mitigacin. Efectos ambientales temporales son varios, bsicamente de contaminacin, como tambin asociados a la necesidad de depositar temporal o permanentemente marina de excavacin y evacuacin de las aguas subterrneas, muchas veces contaminadas por la construccin. Todos estos impactos, por lo general, se logran mitigar en forma razonable, siendo bastante tpicos en este tipo de obras. Lo que es una realidad, hoy en da, es que la mayora de los insumos de la construccin, especialmente aditivos qumicos especiales para inyecciones que tendrn que hacerse dentro del macizo, como tambin otros aditivos para hormigones, tanto proyectados, como moldeados, no son agresivos, ni para el ambiente, ni para el personal de obra. Plazos totales de construccin: esta variable, en general, es fundamental en la seleccin de los mtodos de construccin, especialmente en tneles largos, como lo es el caso en esta obra; en general, no slo por razones geotcnicas, sino tambin porque esta variable suele ser lo ms conveniente, combinar inteligentemente la excavacin convencional con tronadura y la excavacin mecanizada mediante mquinas tuneleras; Costos de construccin; esta variable es determinante, por supuesto, quedando sin embargo en muchos casos intrnsecamente ligada a la anterior por los plazos totales de construccin; los costos de construccin parciales que no siempre son los determinantes, sino los que surgen de una anlisis financiero relacionado con la oportunidad de asumir costos de construccin ms elevados, a costa de conseguirConsorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina4.2

16 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo con ellos grandes beneficios posteriores, por ejemplo, por la puesta de marcha de un proyecto en forma anticipada y el ahorro de otros costos asociados a este evento. Los plazos y los costos en general son variables que se tendrn en cuenta directa o indirectamente en la seleccin de mtodos constructivos y sistemas de fortificacin, teniendo consideracin que la bsqueda de reduccin de stos no afecte la estabilidad, calidad o durabilidad de la obra por debajo de los estndares impuestos Dentro del alcance de este captulo de los criterios de diseo se incluye tambin una descripcin resumida de los tipos de mquinas tuneleras ms comunes en la actualidad, junto con comentarios sobre su aplicabilidad para el presente proyecto. Desde el punto de vista de la tipologa de mquinas para excavacin de tneles, en primera instancia existen dos categoras, a saber: Mquinas sin sostenimiento inmediato: son aquellas en las que la cavidad excavada no es sostenida por la misma mquina, requirindose por lo tanto una calidad mnima del macizo para dar lugar al auto soporte en el frente de excavacin. Se cuentan entre stas los siguientes tipos de mquinas:

-

Mquinas de corte parcial, dentro de la que se cuentan las excavadoras, martillos hidrulicos y las rozadoras (roadheader), todas ellas de uso generalizado en la construccin de tneles por mtodos convencionales y cada cul apropiada para una cierta banda particular de condiciones geotcnicas.

Excavadora y Martillo Hidrulico/Neumtico


17 de 121


Rozadora Estas excavadoras son usadas en suelos y rocas muy blandas, o en menor medida tambin en rocas con muy alto grado de fractura. Martillos se emplean en rocas con alto grado de fractura, siendo no obstante por lo general, equipos complementarios de excavacin. Finalmente, las rozadoras son ideales para excavacin en rocas blandas o rocas de mediana dureza que tengan un alto grado de fractura. Mquinas de este tipo podrn ser de empleo en los frentes de excavacin convencional que se ejecuten para los tneles de este proyecto. No obstante, la decisin final sobre la conveniencia en el empleo de estas mquinas le compete al contratista de la construccin, dado que es l el que debe hacer un anlisis de costo / rendimiento y justificar su uso frente a la excavacin convencional por tronadura.

Mquinas de corte completo, siendo stas las mquinas tuneleras tipo TBM, o mquinas abiertas, sin escudo, las que se arriostran al macizo mediante mordazas laterales y detrs de las cules la fortificacin se ejecuta con medios convencionales; este tipo de mquina (ver siguientes figuras, a ttulo de ejemplo);


18 de 121


Mquina Tunelera de roca dura (Hard Rock TBM)

Mquinas de este tipo, en principio, son las ms indicadas para frentes de excavacin de tneles en macizos rocosos de buenas condiciones geotcnicas, tal como puede ser el caso para las rocas de tipo volcnico que deben ser atravesadas por el tnel de baja altura y tambin por eventuales otros tneles de longitud importante. En el tnel ferroviario de base entre Suiza e Italia, el tnel San Gotthard, de 57 Km. de longitud, varias de estas mquinas estn y estuvieron en operacin. Lo mismo ser el caso para el tnel ferroviario de base Brennero, de 54 Km. de longitud, que se emplazar entre Austria e Italia sobre el Eje Innsbruck Verona. La ventaja de las presentes mquinas frente a otras del tipo escudo, como descritas seguidamente, es que, al ser cortas, las deformaciones que sufre el macizo en sectores de altas coberturas, que puede llegar a valores radiales de varios decmetros, no constituyen un riesgo de aprisionamiento de la mquina. Al mismo tiempo, mediante su empleo es posible definir, tal como es tpico en mtodos de excavacin convencional, sistemas deConsorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina4.2

19 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo fortificacin ms o menos flexibles, a fin de lograr una mayor economa en la instalacin de elementos de soporte y menor riesgo de la materializacin de sobre presiones en los revestimientos primario y definitivo del tnel. A modo de ejemplo, que puede resultar bastante apropiado para el presente proyecto, citamos las caractersticas de un par de mquinas tuneleras TBM que fueron las responsables de excavar los dos tneles correspondientes a la seccin ms al norte del Tnel San Gothard, llamada seccin Amsteg. - Tipo de mquina: Hard Rock TBM tunelera para roca dura de frente abierto - Dimetro de excavacin: 9,58 m - Herramientas de corte en el cabezal: 62 discos de 17 cada uno - Motores de accionamiento del cabezal: 10 motores, total 3.500 MW - Velocidad de giro: variable, entre 0 y 6 RPM - Potencia total instalada: 7.800 MW - Fuerza de empuje total: 27.500 kN - Peso total de la mquina: 3000 Ton (con mquina slo, 1.300 ton) - Longitud total de la mquina; 441 m - Costo total; aprox. 30 Millones de dlares Mquinas con sostenimiento inmediato: son aquellas en las que la cavidad excavada es sostenida por la misma mquina, inmediatamente en el frente de excavacin y a lo largo de la longitud de toda la mquina misma, hasta que, detrs de sta, se instalan elementos de soporte anulares, llamados dovelas, las que por lo general son de hormign premoldeado. Dentro de esta categora de mquinas se tiene los siguientes tipos ms comunes: Mquinas con sostenimiento perifrico, sin sostenimiento frontal, son mquinas que no poseen cabezal de corte en el frente, sino herramientas de corte parcial, pudiendo ser stas brazos excavadores, brazos con rozadoras o brazos con martillos hidrulicos, pero tambin combinaciones de estas herramientas, cuando el dimetro de la mquina es grande; (ver siguientes ilustraciones).

Escudos con frente abierto y brazo con herramienta de excavacin


20 de 121


Por lo general este tipo de mquinas no es apropiado para macizos rocosos, sino especialmente para suelos con un grado de auto soporte propio suficiente y excavacin de tnel sobre la napa fretica. No se prev el uso de este tipo de mquinas en el presente proyecto, excepto que el tnel de base deba cruzar el sector de rocas evaporticas (anhidrita y yeso, con intercalaciones de rocas sedimentarias) entre Quebrada Cerro Navarro y Puente del Inca, en Argentina, y resulte ventajoso la implementacin de esta mquina, por ser ms barata. Sin embargo, se presume que esto no ser el caso, especialmente si existen fallas y fisuras que permiten el ingreso de agua y si debido a la cobertura del tnel las rocas blandas tienen un comportamiento muy plstico. Mquinas con sostenimiento perifrico, con sostenimiento frontal, al igual que las otras, son escudos cilndricos que tienen la funcin de sostener el subsuelo perimetralmente a su alrededor, hasta haber instalado anillos prefabricados cerrados que constituyen el revestimiento del tnel, con la diferencia que poseen cabezal de corte en el frente. Dentro de este tipo de escudos se distinguen los que tienen la posibilidad de ejercer presin hidrulica en el frente (mediante suspensiones de bentonita o una pasta de suelo mezclada con agua y aditivos), o los que no la tienen, en cuyo caso el frente de excavacin slo puede ser sostenido mecnicamente a travs del propio cabezal de la mquina. Dentro del primer tipo se tienen los as llamados hidroescudos, o slurry shield, cuando la presin se ejerce mediante una suspensin lquida, transportndose la marina excavada a travs de la suspensin por bombeo y tuberas hacia el exterior, y los que se llaman escudos de lodos o earth pressure balanced shield EPBshield), en los que la presin en el frente se ejerce mediante una pasta de suelo mezclada con agua y aditivos, la que se evacua del frente con un tornillo sin fin y una cinta transportadora (Ver siguientes ilustraciones).

. . Escudo frente cerrado con presin mecnica en el frente (tipo TBM abierta)


21 de 121


Escudo frente cerrado con presin hidrulica el frente (escudo EPB)

Escudo frente cerrado con presin hidrulica el frente (escudo slurry)

Mquinas de este tipo se utilizan preferentemente en suelos y bajo la napa fretica, especialmente en condiciones de excavacin de tneles urbanos, en dnde la presin primaria en el suelo es relativamente limitada y existen grandes riesgos de colapso por la falta de estabilidad propia del terreno, como tambin dao de estructuras y edificaciones cercanas por posibles asentamientos ocasionados por la excavacin subterrnea. Las mquinas tipo EPB en general son de aplicacin en suelos finos, mientras que los escudos slurry son ms convenientes en suelos granulares. Escudos abiertos, sin presin hidrulica en el frente son de uso en suelos de ms grado de auto soporte y, por lo general, de uso sobre la napa fretica. A pesar de esta mayor aplicabilidad en suelos, los escudos tambin son de aplicacin en macizos rocosos, especialmente si stos no son tan competentes y si la accin y presencia de agua subterrnea puede desmejorar fuertemente el grado de estabilidad propio, generando al mismo tiempo grandes caudales de infiltracin dentro del tnel en excavacin. Es muy comn que escudos de este tipo se empleen tambin en macizos muy heterogneos, en dnde se tienen alternancias bruscas y reiteradas de zonas de buena calidad (roca dura, competente) y zonas de muy mala calidad (rocas muy fracturadas y descompuestas / alteradas, hasta convertidas en suelo residual). En estos casos, el escudo trabaja con el frente cerrado, tanto en las zonas buenas, como en las malas, instalndose en forma sistemtica un revestimiento de dovelas de hormign premoldeadas anulares detrs del escudo. Cuando losConsorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina4.2

22 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo sectores de roca buena son conocidos y suficientemente largos, se hace razonable cambiar del modo de operacin cerrado, asociado a sectores de mala calidad bajo la napa fretica, a operacin abierta, en los sectores de roca buena. Este tipo de escudos podran ser de aplicacin en este proyecto. No obstante, por lo que se puede anticipar con el grado de avance que se tiene en relacin a las investigaciones geolgicas, no sera necesario emplear escudos en las rocas volcnicas que pertenecen a la Formacin Juncal (sector limtrofe y, en general, sectores de tneles en Chile), dado que stas son de suficiente grado de auto soporte, para no requerir el uso de escudos. Adems, la instalacin de dovelas en rocas duras no constituye el revestimiento primario ms adecuado, por un lado, por no tener el grado de flexibilidad necesario para acompaar las deformaciones del macizo (existen hoy en da sistemas de dovelas flexibles, con elementos de amortiguacin propios, siendo stos sin embargo muy costosos), por el otro, por ser un sostenimiento muy poco verstil para las condiciones cambiantes del macizo, volvindose antieconmico, ya que debe ser dimensionado para las condiciones geotcnicas ms desfavorables. Siempre que el tnel de baja altura deba cruzar rocas muy blandas, como lo son los yesos, anhidritas y rocas sedimentarias blandas entre Quebrada Cerro Navarro y Puente del Inca, en Argentina, no se descarta que un escudo del tipo aqu descrito pueda resultar de aplicacin. Sin embargo, se cree que debido a la imposibilidad de mantener la cobertura en rangos reducidos (menor a 100-200 m) y considerando que es altamente probable que a la profundidad del trazado de tneles se encuentre preponderantemente anhidrita y no yeso, material que en contacto con agua sufre un proceso qumico acompaado de una expansin volumtrica elevada, el riesgo de excavar estas rocas mediante un escudo no sera aceptable. A priori, la metodologa de excavacin que se propondra con el limitado grado de avance que se tiene en las investigaciones geolgicas (slo superficiales, hasta despus del verano 2008-2009) es la excavacin convencional con mtodo NATM. Dentro del grupo de mquinas del tipo escudo tambin existe una especial, llamada escudo doble, la que se ve ilustrada en la siguiente figura.


23 de 121


Escudo frente cerrado con presin hidrulica el frente Tipo Escudo Doble

La particularidad de esta mquina es doble; por un lado, al estar dividida en dos sectores, con doble grupo de cilindros hidrulicos de empuje, y tener adems mordazas laterales (3), mediante las que el cabezal de la mquina (2) puede encontrar una fuerza de reaccin para su impulsin, es posible llevar a cabo simultneamente la excavacin en el frente y la instalacin de dovelas atrs, en la cola del escudo (5). Por otro lado, por disponer de mordazas, la mquina puede instalar o no dovelas, como medida de fortificacin del macizo, siendo por lo tanto tambin operable en el modo abierto, al igual que una mquina de roca dura o Hard rock TBM, a pesar de tener escudo. Sin duda, esta mquina es muy interesante, ya que combina la posibilidad de lograr muy buenos rendimientos de avance, con la de poder operar en forma diferente en condiciones de macizo de buena calidad y macizo pobre geotcnicamente hablando. Segn se trate de una alternativa de tnel de baja altura muy larga (de ms de 40 Km.) o una corta (de menos de 20 Km.), se anticipa que sern diferentes las proporciones relativas de empleo de mquina tunelera frente a excavacin convencional. En alternativas de tneles largos, es probable que exista un porcentaje ms elevado de trazado a ser construido por mtodo convencional, por el riesgo de empleo de mquina. Para un tnel de baja altura corto, que cruza nicamente el sector central del cordn montaoso, para el que las condiciones geolgicas son ms favorables, gran parte del trazado podr ser excavado con mquina tunelera y slo un tramo corto en el sector argentino debera serlo por mtodo convencional. Sin perjuicio de estas consideraciones generales, bien podr ser el caso que por razones logsticas, de acceso, estratgicas, etc., el mtodo convencional sea empleado ms de lo estrictamente oportuno desde un punto de vista tcnico. Los rendimientos de avance promedio de mquinas tuneleras estarn entre los 8 y 15 m/da, segn un gran nmero de factores tcnicos y logsticos. Para excavacin convencional, stos variarn en funcin de la calidad del macizo y el tipo de acceso de construccin (portal, galera intermedia, pozo). El rango de rendimiento promedio, siempre en el largo plazo, es decir, no por sectoresConsorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina4.2

24 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo particulares, sino por frentes de mayor longitud, podr estar entre los 1,5 y 3,5 m/da.

2.4

Mtodos constructivos de Nichos, Cavernas, Galeras y PozosComo parte de las obras subterrneas no slo se tendrn los tneles ferroviarios para la instalacin de las vas, sino tambin toda una gama de cavidades subterrneas asociadas a stos, siendo stas bsicamente las siguientes: Cavernas: cavidades subterrneas de seccin transversal mayor a la de tneles de va y de longitudes acotadas, de usos varios, como lo pueden ser, por ejemplo, los siguientes: Cavernas de ventilacin, dentro de las cules se instalarn ventiladores axiales y otro equipamiento de control y operacin del sistema de ventilacin, en caso de ser necesario; Cavernas para instalaciones elctricas o cualquier otro equipamiento de mantenimiento, a lo largo del trazado de tneles; Cavernas para el montaje y eventualmente desmontaje de mquinas tuneleras; Cavernas para instalaciones subterrneas de emergencia y de rescate de usuarios del tnel, siempre que esta medida resulte oportuna / necesaria, sobre la base de los anlisis efectuados para tneles en el Estudio de Factibilidad; Cavernas para la construccin de pozos de ventilacin u otros pozos de acceso durante la construccin;

-

-

Las cavernas, en general, sern diseadas y construidas mediante el mtodo convencional NATM, siendo el mtodo constructivo particular y la solucin de revestimiento e impermeabilizacin temas que se estudiarn en cada caso en particular, una vez definidas el tamao, funcionalidad, arquitectura, usos y equipamiento de cada caverna. En general, cavernas se construirn exclusivamente en sectores en dnde las condiciones geotcnicas del macizo sean apropiadas, evitndose todo lo posible sectores geotcnicamente complejos y de calidad de macizo pobre. Podr haber cavernas de ventilacin, en portales o asociadas a pozos de ventilacin, las que podrn ser relativamente grandes (secciones transversales de hasta 400 m2 o ms). Otras cavernas sern aquellas que surgen cuando entre dos tneles de va simple se implementa un cruce de va, y tambin sern bastante grandes; habr tambin cavernas para el armado o el "pase" de mquinas tuneleras, segn la secuencia de construccin que surja y la alternacin de excavacin convencional y mecanizada. Tanto en cruces de vas como en cavernas se tratar, siempre que sea posible, de escoger una ubicacin en un macizo competente. Ms all de esto, se disear con mtodos de excavacin y fortificacin parcial, si fuera necesario; finalmente, se emplearn pernos de roca de gran longitud y, de ser necesario, anclajes post-tensados en la bveda.


25 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo Nichos: cavidades subterrneas de seccin transversal mayor a la de tneles de va y de longitudes acotadas, de usos varios, como lo pueden ser, por ejemplo, los siguientes: Nichos de inspeccin para los sistemas de drenaje de los tneles; Nichos de instalaciones de emergencia, como lo pueden ser telfonos y equipamiento manual (extintores, mangueras, polvo, primeros auxilios, etc.); Nichos para equipamiento o instalaciones ferroviarias, siempre que sea necesario, tal como por ejemplo, sistemas de sealamiento, accionamientos de aparatos de va, dispositivos de tensado de la catenaria, etc. Nichos para instalaciones de agua a presin, para combate de incendios y limpieza del tnel, con provisin de hidrantes, etc. Nichos para equipamiento y refugio de personal, relacionados con actividades de mantenimiento del tnel.

-

Los nichos tambin se construirn con mtodos de excavacin y soporte convencionales, los que dependern de cmo se excava, por un lado, el tnel al que estn asociados, como tambin la calidad del macizo en el que estn ubicados. En general, se priorizar la ubicacin de nichos en condiciones geotcnicas favorables, dentro del entorno en dnde se los requiera. Los nichos, en general, sern pequeos, como por ejemplo, los necesarios para el acceso a los drenajes o los que se podrn requerir para refugio de personal de mantenimiento dentro del tnel. Nichos ms grandes podrn ser los necesarios para subestaciones elctricas o para dispositivos de tensado de catenaria o para la instalacin de aceleradores.

Galeras: tneles de dimensiones transversales menores a las de los tneles de va y de longitudes variables, segn su uso: Galeras de interconexin entre los tneles de va simple, los que permitirn el cruce peatonal de un tubo a otro, tanto para casos de mantenimiento, como para casos de escape de un tubo a otro, u operaciones de rescate desde uno de ellos; Galeras o tneles de acceso para la construccin, los que sern empleados para acceso y extraccin de materiales, equipos y personal durante la etapa de construccin de la obra; Galeras de acceso a nichos de refugio, que podrn estar alejados de los tneles de vas o cavernas; Galeras de ventilacin, pudiendo ser exclusivamente para este fin, es decir, para inyeccin de aire fresco o extraccin de aire contaminado (o ambas cosas al mismo tiempo), o tambin de uso mixto, es decir, con ductos para la ventilacin separados de reas de circulacin de personal o equipos;

-

-

Tambin las galeras, en general, sern construidas en forma convencional, bsicamente, porque el uso de mquinas tuneleras probablemente no sea rentable, pero tambin, porque con excavacin convencional ser posible iniciar los trabajos inmediatamente, sin necesidad de esperar 1,5 o ms aos para la posibilidad de inicio de una excavacin mecanizada. Pueden ser excepciones de esto, la necesidadConsorcio GEOCONSULT GRIMAUX - GEODATA Cerrito 1136 6 piso (C1010 AAX) Buenos Aires Rep. Argentina4.2

26 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo imperiosa de uso de excavacin mecanizada en condiciones geolgicas desfavorables, no siendo esto probable, a la luz de las evidencias que actualmente se tienen de este proyecto. Pozos verticales: pueden requerirse por varios motivos, como se indica a continuacin: Ventilacin, tanto para inyeccin de aire fresco, como extraccin de aire contaminado; Acceso de materiales, equipamientos y personal, durante la construccin;

Los pozos de acceso para la construccin y posteriormente de ventilacin tendrn dimetros iguales o mayores a 7 u 8 m. Los pozos de menor dimetro son poco probables, excepto que se requieran limitadamente para el acceso de material durante la construccin, o que los mismos sean de ventilacin sin ser de acceso para la construccin. Los mtodos constructivos que se emplearn sern funcin no slo de la calidad del macizo, sino tambin de la oportunidad de ejecucin de un pozo. Siempre que los pozos se construyan antes de la existencia de un tnel debajo del sector de implantacin de ste, la excavacin ser convencional, con extraccin de la marina hacia arriba. Cuando, en cambio, existan tneles o galeras o cavernas debajo de un futuro pozo, puede optarse por un mtodo constructivo bastante ms veloz, siempre que desde la cavidad inferior sea posible la extraccin de la marina sin complicar la construccin en curso. Se trata del uso de mtodos del tipo raise-boring, lo que significa perforacin ascendente. Este mtodo es aplicable, cuando las condiciones geotcnicas son suficientemente buenas, es decir, cuando durante la perforacin no se producen inestabilidades que interfieran con la perforacin o que determinen un colapso progresivo del pozo ya excavado. Partiendo de la base que en general los pozos sern de un dimetro relativamente grande, independientemente de la funcin especfica que tengan (entre 6 y 8 m, aproximadamente, o quiz ms, en casos especiales), el mtodo de raise boeing no podr cubrir todo este dimetro, ya que tiene como limitacin dimetros entre los 3-4 m. En consecuencia, el mtodo que se empleara, como alternativa a la construccin convencional tpica (desde arriba hacia abajo) es el siguiente: ejecucin de una perforacin de dimetro pequeo (50 60 cm.), hasta llegar al fondo del pozo, ingresando a la cavidad inferior prevista; instalacin del equipo de raise boeing, en la parte inferior, aumentando el dimetro de la perforacin inicial, desde abajo hacia arriba, a un dimetro considerado apropiado (puede ser alrededor de los 2 m); finalmente, la tercera operacin consiste en la ltima ampliacin del dimetro, al final, excavndose ste desde arriba hacia abajo, dejando caerse durante la excavacin la marina hacia abajo y retirndola desde all; esta ltima ampliacin puede ser ejecutada en forma convencional, es decir, mediante tronadura, o con una mquina de excavacin de pozos especial, similar a una tunelera; en ambos casos se fortifica el pozo a medida que se avanza con la excavacin;

-

El procedimiento constructivo para la ejecucin de pozos ser NATM o en su defecto, podr utilizarse parcialmente la excavacin mecanizada mediante el mtodo de raise boring"


27 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo Cruces de vas en tneles simples: otra obra especial que bien podra ser requerida en tneles largos, especialmente en el tnel de baja altura, son secciones subterrneas de cruce de vas desde un tubo a otro; stas sern tambin excavadas en forma convencional, siendo lo ms probable que primero se excaven los tneles simples y que, despus de su terminacin en el sector en cuestin, se efecte la excavacin de la galera que materializa el cruce. Salvo indicacin en contrario, la metodologa constructiva a utilizar para la ejecucin de las cavernas, pozos, nichos y galeras ser NATM.

2.5

Vida tilEstructuras subterrneas, en general, es decir, tneles principales, galeras de acceso / escape, pozos y cavernas, como cualquier otra obra civil asociada, tendrn una vida til de mnimo 100 aos, independientemente de que a lo largo de sta se requieran trabajos de inspeccin, mantenimiento y eventual reposicin. Esta vida til no estar estrictamente limitada a la citada vida til, siendo sta un valor que indica que prevalecern, ante todo, criterios de diseo que garanticen la mayor posible durabilidad de todas las estructuras y equipamiento de las obras subterrneas.

2.6

Determinacin del emplazamiento de portales y accesos intermediosLos factores fundamentales que inciden en la ubicacin de los portales del tnel son tanto la necesidad de una operacin segura del ferrocarril como as tambin la optimizacin econmica, es decir, la minimizacin de los costos de inversin y de mantenimiento en las reas de emplazamiento de los mismos. Para alcanzar estos objetivos se definen los criterios siguientes para el emplazamiento de los portales:

2.6.1 Condiciones Geolgicas y Geotcnicas: De ser posible, se deber tratar de emplazar los portales dentro de zonas con condiciones geolgicas favorables de modo de garantizar una adecuada seguridad y minimizar medidas de sostenimiento para cortes en el terreno. Debern evitarse condiciones geolgicamente inestables como taludes inestables, deslizamientos etc. Es importante garantizar una tapada mnima en el portal para comenzar la excavacin de los tneles. Como valor tpico de la tapada mnima se deber adoptar 0,5 D 1,0 D, dependiendo de las condiciones geolgico-geotcnicos, siendo D el dimetro de excavacin del tnel. 2.6.2 Morfologa del terreno: Deben evitarse zonas con riesgo de cada de rocas o piedras, zonas de inundacin y de avalanchas.


28 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo Se deber tratar de reducir las dimensiones de los cortes al mnimo posible de modo de minimizar las obras y costos de sostenimiento y mantenimiento durante la operacin. De ser posible, el ataque de la excavacin debe hacerse en direccin frontal a la pendiente del terreno, es decir, perpendicular a las curvas de nivel, con el fin de evitar que el tnel corra paralelo a las curvas de nivel con poca tapada o al menos, para minimizar la longitud en que esta situacin geotcnicamente desfavorable se produzca. 2.6.3 Logstica: La seleccin del lugar de emplazamiento del portal tambin debe tomar en consideracin la accesibilidad, tanto durante la construccin como tambin durante la operacin. Se debern evitar los lugares de emplazamiento que demanden la construccin de caminos largos de acceso. 2.6.4 Aspectos del Medio Ambiente y de Vecindad: De ser posible, debe minimizarse el impacto ambiental evitando el emplazamiento en zonas de proteccin, fuentes etc. Se deber adems tomar en consideracin los intereses eventuales de vecinos y propietarios que pudieren verse afectados por el proyecto. 2.6.5 Operacin: En caso de que el proyecto incluya la construccin de dos tneles, deber mantenerse una distancia entre los portales de los dos tubos lo suficientemente larga como para evitar la recirculacin de humo o gases txicos en el caso de evento. En lo que refiere a los costos de mantenimiento en los sectores de portales de tneles, se hace referencia a los criterios anteriormente descritos en este captulo. 2.6.6 Accesos Intermedios: Este aspecto es parte de los anlisis que forman parte del Estudio de factibilidad. No obstante, se estima que para una alternativa de tnel de baja altura corta slo podr haber un nico acceso intermedio, no quiz para construccin, sino para ventilacin, acceso de material, etc. Para alternativas de tneles de baja altura ms largas (ms de 40 Km.) ser imperativo tener accesos intermedios. Preliminarmente, consideramos al menos dos, pudiendo estar uno de ellos en el Valle del Juncal, cerca de la base de los Caracoles, es decir en Chile, y el otro, sobre el lado argentino, en un sector ubicado entre la Quebrada Cerro Navarro y Los Horcones, buscndose las mejores condiciones geolgico-geotcnicas para ello. Siempre que sea posible, los citados accesos se tratarn de materializar en forma de galera o tnel y no como pozo. Su funcin ser la de acceso para la construccin y la de va de escape o va de acceso para rescate, como tambin para intercambio de aire.


29 de 121


2.72.7.1

Diseo del sostenimiento primarioSistema de Sostenimiento Primario Como se indic anteriormente, el mtodo de excavacin de un tnel en forma primaria depende de las condiciones geolgicas y geotcnicas del macizo. Por otra parte, el sistema de sostenimiento inicial depende del mtodo de excavacin. Se indica a continuacin la asignacin del sistema de sostenimiento asociado al mtodo de excavacin:

Mtodo de excavacin Excavacin con maquina tunelera abierta tipo TBM

Sistema de sostenimiento inicial Sostenimiento clsico consistente de hormign proyectado, marcos de acero, pernos de roca pasivos, etc. Dovelas prefabricadas habitualmente de hormign armado de alta resistencia Sostenimiento clsico consistente de hormign proyectado, marcos de acero, pernos de roca pasivos, etc.

Excavacin con maquina tunelera tipo escudo Excavacin convencional

2.7.2

Dovelas prefabricadas Las dovelas prefabricadas se emplean en caso de que la excavacin se realice con mquina tunelera tipo escudo. Los dovelas se instalan al final del escudo de la maquina tunelera formando un anillo una vez completada la instalacin dentro de un ciclo de excavacin y fortificacin. El rea de vaci del anillo, es decir, el espacio entre el permetro de excavacin y la cara exterior de los dovelas, se rellena habitualmente con mortero o con grava, dependiendo del tipo de dovelas. Se distinguen los siguientes tipos de dovelas: Dovelas sin sellos con instalacin posterior de un revestimiento secundario con la finalidad de dar la impermeabilizacin al tnel. Este tipo de dovelas es comn para tneles en roca sobre la napa fretica. El relleno del vaco del anillo tpicamente es de grava. Dovelas con sellos para estanqueidad instantnea del tnel; este tipo de dovelas se requiere en conjunto con maquinas tuneleras con escudo y frente cerrado, vale decir, en suelos blandos bajo napa fretica, donde no es posible deprimir el nivel fretico y/o la minimizacin de los asentamientos en superficie son un requisito clave para la construccin del tnel. El relleno del vaco del anillo tpicamente en este caso se materializa mediante mortero de cemento inyectado a presin. Los requerimientos

-


30 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo antes mencionados son tpicos para tneles urbanos y por lo tanto en ste proyecto no ser empleado este tipo de dovelas. El empleo de dovelas prefabricadas como sostenimiento inicial tiene ciertas limitaciones en rocas, en los cuales son esperables deformaciones grandes y/o se requiere un cierto nivel de deformacin radial del macizo para movilizar el auto soporte del mismo. En condiciones as, las dovelas no constituyen el revestimiento primario ms adecuado, por un lado, por no tener el grado de flexibilidad necesario para acompaar las deformaciones del macizo (como ya se dijo existen hoy en da sistemas de dovelas flexibles, con elementos de amortiguacin propios, siendo stos sin embargo muy costosos), por el otro, por ser un sostenimiento muy poco verstil para las condiciones cambiantes del macizo lo cual lo vuelve antieconmico ya que debe ser dimensionado para las condiciones geotcnicas ms desfavorables. 2.7.3 Diseo de sostenimiento clsico y Clases de Soporte Para la excavacin convencional y en caso de sostenimiento clsico detrs de la excavacin de una mquina tunelera tipo TBM abierta, se propone la aplicacin de los principios del Nuevo Mtodo Austriaco de Construccin de Tneles (NATM), el que conlleva una metodologa de clasificacin del macizo y mtodos de excavacin e instalacin de la fortificacin primaria propios, cuyas caractersticas se resumen brevemente en los conceptos ya descriptos en el captulo 3.3. Sobre la base del modelo geolgico-geotcnico desarrollado mediante la campaa de geologa en terreno, ser realizada una clasificacin del macizo rocoso y la determinacin del sostenimiento inicial para cada mtodo de excavacin. La definicin de clases de roca y la determinacin de tipos de comportamiento del macizo rocoso sern realizadas sobre la base de las Directivas de diseo geomecnica. La determinacin de las clases de soporte ser realizada haciendo referencia a la Norma Austriaca NORM B2203 El procedimiento de clasificacin geolgico-geotcnica y diseo de los mtodos de construccin y fortificacin primaria de tneles dentro del mbito de la excavacin convencional que se propone para los tneles del presente proyecto es el que se emplea actualmente en Austria, estando sus principios consignados en el documento. En grandes lneas, el procedimiento de diseo geotcnico de un tnel se puede resumir a travs del siguiente diagrama de flujo ilustrativo.


31 de 121


P a r m . g e o t c n ic o s r e le v a n te s

D e te r m in a r

T IP O S D E M A C IZ O R O C O S O ( R M T )A g u a s u b te r r n e a

O r ie n ta c . D is c o n tin u id a d e s

T e n s i n p r im a r ia

T a m a o , fo r m a y e m p la z a m ie n to d e l t n e l D e te r m in a r

T IP O S D E C O M P O R T A M IE N T O ( B T )Id e n tific a c i n d e c o n d ic io n e s d e b o r d e D e fin ic i n d e r e q u e r im ie n to s (R Q ) D e te rm in a r

E X C A V A C I N Y F O R T IF IC A C IO NC o m p o r ta m ie n to d e l s is te m a ( S B )

SB ig u a l a RQ

D r o p p u s d n a n o i t a v a c x e f o n o i t a n i m r e t e D

D E T E R M IN A C I N D E L P L A N B A S IC O D E C O N S T R U C C IO N

D e te r m in a r

C L A S E S D E E X C A V A C IO NA s ig n a c i n d e C la s e s d e E x c a v a c i n D o c u m e n to s d e L ic ita c i n

r o f s n o i t a l u g e r s n o i t a c i f i c e p S

t n e m y a p d n a t n e m e r u s a e m

DISEO GEOTCNICO EXCAVACIN CONVENCIONAL DIAGRAMA DE FLUJO


32 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo Los "Tipos de Comportamiento" considerados tpicos en la excavacin de tneles en roca son presentados por la recomendacin austraca, y se ilustran a continuacin en la siguiente tabla.Tipo de Comportamiento (BT) 1 Estable Descripcin del modo / mecanismo potencial de falla durante la excavacin del macizo no fortificado Macizo estable, con potencial de cada de pequeos bloques locales por accin de la gravedad o por deslizamientos de cuas Cada y deslizamiento de bloques y cuas por efecto de discontinuidades de profundidad importante , con fallas por corte del macizo ocasionales

2

Estable con potencial de cada de bloques controlados por discontinuidades

3

Falla por corte poco profunda

Fallas por corte del macizo poco profundas, combinadas con inestabilidades controladas por accin de gravedad y discontinuidades Fallas por corte del macizo profundas, asociadas a grandes deformaciones Falla repentina y violenta del macizo, ocasionada por rocas muy frgiles sometidas a elevadas presiones y la repentina relajacin de energa acumulada

4 5

Falla por corte profunda Estallido de roca

6

Falla por pandeo

Pandeo del macizo constituido por rocas con familias de discontinuidades de espaciamiento reducido, frecuentemente asociado con fallas por corte Sobre excavaciones potenciales y fallas progresivas por corte del macizo, con desarrollo de fallas del tipo chimeneas, causadas preponderantemente por una falta de presin lateral de confinamiento Flujo de roca intensamente fracturada o suelos sin cohesin, secos o hmedos Flujo de roca intensamente fracturada o suelos con alto contenido de agua Incremento del volumen del macizo diferido en el tiempo, causado por reacciones fsico-qumicas de la roca con agua, en combinacin con relajacin de tensin, tendiendo a la deformacin de la cavidad hacia su interior

7

Falla por corte con baja presin de confinamiento

8

Subsuelo que se desgrana

9 10

Subsuelo que fluye Expansin del subsuelo

11

Macizo heterogneo, con caractersticas de deformacin muy cambiantes

Rpidas variaciones de tensin y deformacin, causadas por una configuracin de macizo del tipo bloque dentro de matriz, aplicable a zonas de falla geolgica frgiles

El sostenimiento clsico est constituido por los siguientes elementos de fortificacin: 2.7.3.1 Hormign proyectado Requisitos confirme a las normas y directivas respectivas nacionales o internacionales. El hormign proyectado o "shotcrete" es utilizado como elemento portante central como as tambin como medida contra desmoronamientos y desintegraciones de las superficies de excavacin. El hormign proyectado puede aplicarse reforzado con mallas o fibras de acero o sin armaduras.


33 de 121

Corredor Biocenico Central - Estudio de Factibilidad Tcnica Econmica y Financiera Criterios de Diseo En condiciones del subsuelo muy pobres, en general asociados a tapadas elevadas, donde el mismo ejerce elevadas y continuas presiones sobre la cavidad y se producen grandes y veloces deformaciones y asentamientos, el empleo de ranuras (aberturas) longitudinales en el hormign proyectado ha mostrado ser muy eficiente. Dichas aberturas, al contraerse, absorben las deformaciones permitiendo grandes convergencias de la cavidad sin que por ello se pierda la funcin de sostenimiento del revestimiento. Asimismo, se convierten en un elemento de control visual que informa acerca de la magnitud y la velocidad de los desplazamientos. 2.7.3.2 Pernos de roca pasivos Debern ser diseados confirme a las normas y directivas respectivas nacionales o internacionales. Los anclajes o pernos de rocas son elementos de sostenimiento que, aparte del subsuelo mismo, cumplen con una de las funciones ms importantes en el sostenimiento de tneles modernos. Pueden ser usados como elemento local para sostenimiento de bloques de roca individuales inseguros o para reducir la distancia libre entre bloques de roca o sistemticamente en caso de ser un elemento de soporte requerido en una distribucin regular. Los pernos aumentan la calidad de la roca al aumentar su resistencia al corte y, en caso de ser post-tensados, crean un estado de tensin semi-tridimensional al proveer una presin de confinamiento sobre la superficie excavada del subsuelo. Los tipos de pernos ms comunes que se considerarn para este proyecto son, a ttulo de ejemplo, los siguientes: Pernos sin lechada de cemento - tipo de expansin Pernos de friccin - tipo a friccin (Swellex) Pernos con lechada o mortero de cemento Pernos de inyeccin auto perforantes Pernos especiales

La eleccin del tipo de perno depender de las condiciones geolgico-geotcnicas encontradas durante la construccin del tnel.

2.7.3.3

Marcos de acero

En los sectores de tnel con co

criterios de diseño corredor biocenanico

Documents