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Construcción II Construcción de túneles

CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES GENERALIDADES Un túnel es una obra subterránea cuyo objetivo es permitir la comunicación entre dos o más lugares. Entre los principales usos a estas obras subterráneas están: el abastecimiento de agua, el transporte de vehículos, el uso de ferrocarriles o metros, las galerías de servicios y el uso peatonal. El interés para esta investigación es el de transporte de vehículos, metro, tren y personas; cuyo objeto es recortar distancias atravesando diferente obstáculos naturales (montañas, ríos o mares) y contribuir al mejoramiento de la red vial brindando beneficios como seguridad, ahorro de tiempo y trayecto vial. GEOMETRÍA DEL PROYECTO. Los túneles carreteros se deben diseñar de tal forma que se controlen las posibles fallas en el terreno cumpliendo condiciones de seguridad, eficiencia, facilidad de construcción, vida útil y el mantenimiento de su operación. De tal manera que se deben contemplar los siguientes aspectos: 

Evaluar el comportamiento del terreno frente a las características y condiciones específicas del proyecto que influencian la excavación.



Cumplir con los requerimientos socio ambientales (ruido y vibración), interrupción del tráfico, contaminación o cambios de la calidad del agua, subsidencia, levantamiento del terreno, efectos sobre estructuras vecinas, efectos producidos en el paisaje circundante, flora, fauna y alrededores, disposición de materiales producto de excavación y de procesos constructivos.



Evaluación de la actividad sísmica



Efectos de presión de agua interna y externa, nivel freático y cantidad de infiltraciones de agua.

DISEÑO GEOMÉTRICO. Se describen las recomendaciones y parámetros mínimos en cuanto al diseño geométrico de túneles viales en carretera, además comentan que los diseños en planta y perfil se deben hacer de acuerdo al “Manual de Túneles, Muros y Obras Complementarias” (MTMOC-2014) y que es de importancia considerar las siguientes pautas. Criterios para la localización del túnel:    

Radio mínimo de curvatura Secciones transversales de servicio Secciones del cuerpo del túnel Bahías de parqueo

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 Galerías de evacuación López (1997) explica que en el diseño geométrico podemos encontrar las características del túnel, entre ellas su pendientes, distancia entre conexiones, definición de la altura, trazado en planta y alzado, sección transversal, calzada, andén, ventilación, tipo de tráfico, condiciones geotécnicas y demás. La tabla hace referencia a distintos parámetros necesarios como parte de la elaboración del diseño geométrico para túneles. Tabla 1: Consideraciones para diseño geométrico.

LA HISTORIA EN CONSTRUCCION DE TUNELES. Según Megan y Bartlett (1.988) las primeras obras básicas subterráneas se remontan al final de la Edad de Piedra con la construcción de minas que tenían como objetivo adquirir minerales como el sílex o pedernal, materiales utilizados para la fabricación de armas y herramientas. La construcción de minas se desarrolló principalmente en Europa, hace aproximadamente 2.000 A. C. En el cuarto milenio A. C. se utilizaban picas hechas de astas de ciervos, hachas de pedernal, cuñas de madera/piedra, cobre nativo y palas de hueso, con los años se confeccionaron herramientas como: martillos y cinceles. Las excavaciones se realizaban por secciones (métodos tradicionales) y su avance era dado por continuos sostenimientos de soportes de madera. Entre las primeras construcciones de túneles, están las que tienen como objetivo transportar agua (acueductos) desde las fuentes en las colinas hasta los pueblos y aldeas, guiándolas luego por tuberías de barro colocadas en zanjas excavada en el piso, también eran utilizados para drenajes y desagües de casas y calles. La Tabla 14 hace referencia y descripción a la construcción de las primeras obras subterráneas de ferrocarril y minas en diferentes lugares del mundo a través de la historia como parte fundamental de la evolución de estas obras subterráneas.

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Tabla 2: Primeros túneles a nivel mundial.

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SECCIÓN TRANSVERSAL DE UN TÚNEL

SECCION LONGITUDINAL DE UN TÚNEL

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PROCESO CONSTRUCTIVO DE UN TÚNEL Es una obra subterránea de carácter lineal, cuyo objeto es la comunicación de dos puntos, para realizar el transporte de personas, materiales entre otras cosas. Normalmente es artificial. Un túnel puede servir para peatones o ciclistas, aunque generalmente sirve para dar paso al tráfico, para vehículos de motor, para ferrocarril o para un canal. Algunos son acueductos, construidos para el transporte de agua (para consumo, para aprovechamiento hidroeléctrico o para el saneamiento). También hay túneles diseñados para servicios de telecomunicaciones. Incluso existen túneles para el paso de ciertas especies de animales. Algunos conectan zonas en conflicto o tienen carácter estratégico, ya que sirven como refugio. En las grandes ciudades el transporte se realiza mediante una red de túneles donde se mueve el metro. Figura 1: Secciones típicas de túneles.

I.

CLASIFICACIÓN DE LAS OBRAS SUBTERRÁNEAS A los efectos de esta Instrucción, las obras subterráneas se clasifican: a) Según su función:  Carreteras (a las que se asimilan las vías urbanas).  Ferroviarias. b) Según su geometría:  Lineales (túneles, galerías o pozos).  Cavernas.

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c) Según tipo de terreno:  Roca, con uso de explosivos.  Roca, con maquinaria.  Suelos

d) Según el método de construcción:    

Con excavación manual. Con excavación convencional Con máquinas integrales Falsos túneles.

e) Según el tipo de sección:   

Rectangular Circular Herradura

f) Según el tubo de circulación:   

II.

Único: Túnel con un solo tubo de circulación, puede ser en uno o dos sentidos. Gemelos: túnel con dos tubos de circulación, uno al costado del otro con conexiones entre sí. Múltiples: túnel con más de dos tubos de circulación.

INSTALACIONES DEFINITIVAS

En el proyecto general de la obra se incluirán, o se acompañarán al mismo, los proyectos complementarios de las instalaciones definitivas que sean preceptivas o previstas en cada caso, referentes a: · · · · · · · · ·

Suministro de energía. Alumbrado. Ventilación. Señalización. Comunicaciones. Sistemas de control. Auscultación. Incendio. Otras instalaciones.

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III.

ESCOMBRERAS

En el proyecto se planificará el destino de los materiales procedentes de la excavación del túnel. Los que no vayan a ser utilizados en la construcción de terraplenes, rellenos, obras anejas, u otros fines específicos, serán depositados en escombreras, cuya situación deberá ser indicada en el proyecto. Figura 2: Escombreras

IV.

CRITERIOS BÁSICOS EN LA FASE DE CONSTRUCCIÓN

Del terreno y los materiales de construcción Las condiciones previstas en el proyecto se irán adaptando a lo largo del proceso de ejecución, de acuerdo con la información disponible y aplicando las técnicas especializadas correspondientes.

Instalaciones para la construcción Según las circunstancias de cada caso, se dispondrán los siguientes tipos de instalaciones: Redes de ventilación; sistema de iluminación; redes eléctricas; redes de aire comprimido, agua y desagüe; etc.

Explosivos La utilización de explosivos se realizará, en su caso, de acuerdo con la reglamentación vigente de carácter general sobre la materia. Además, se actuará, específicamente, de acuerdo con lo siguiente: ●

Se fijarán criterios para el almacenamiento, transporte y manipulación de explosivos dentro de la propia obra, así como en relación con la carga de las voladuras y medidas particulares a adoptar.

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●

Se dispondrá de personal responsable y autorizado para el manejo de los explosivos.

●

Los materiales que se empleen cumplirán con los requisitos reglamentarios.

●

Los medios empleados para la comprobación o práctica de la voladura tendrán la capacidad suficiente y cumplirán con los requisitos reglamentarios.

●

No se podrá simultanear la carga de explosivos y perforación, a no ser que se adopten medidas especiales.

●

La recuperación de las voladuras fallidas se hará bajo la dirección de un responsable cualificado.

●

Deberá disponerse en obra de un detector de tormentas. Durante la carga de explosivos se deben prever golpes del brazo del jumbo, desprendimientos de roca; se debe separar perforación y carga; se deben utilizar plataformas de trabajo, etc. Figura 3: uso de explosivos.

V.

PROCESO CONSTRUCTIVO

Trazado de Túnel Para la definición del trazado de un túnel, deben considerarse diversas características geológicas:  

Tipos de roca y sus propiedades. Orientación de discontinuidades respecto al eje del túnel, influye en la dificultad para la de excavación y sus condiciones de estabilidad.

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 

Condiciones favorables es que discontinuidades manteen hacia el sentido de avance de la excavación. Presencia de fallas, su orientación y espesor.

Saneo Se saneará el frente y el avance correspondiente a cada voladura. Debe mantenerse una estabilidad temporal de la bóveda y hastiales hasta el sostenimiento definitivo mediante la vigilancia y saneo periódicos de las zonas excavadas.

Figura 4: saneo de zonas excavadas

Perforación La perforación debe realizarse siempre con aportación de agua. No deben utilizarse fondos de barrenos de la voladura anterior para emboquilles de la nueva perforación. En el uso de jumbos prever golpes, aplastamientos, caídas de roca, polvo y ruido; señalar áreas peligrosas, utilizar perforación por vía húmeda, protección antirruido y luces intermitentes en vehículos, etc. En la perforación manual deben preverse los resbalones y caídas, el polvo y la proyección de piedras; se debe asegurar buena protección de ojos y oídos.

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Figura 5: perforación

Excavación El túnel se excava con el uso de máquinas tuneladoras (topo, TBM y otros), por cálculos la sección transversal es obligada a ser circular en todo momento. No obstante, existen tuneladoras con varias cabezas cortantes que dan u originan varias secciones ovaladas, con la ayuda de explosivos o rozadoras que se pueden conseguir cualquier sección que ya haya sido calculada anteriormente, cabe recordar que se debe hacer un estudio de suelos previo antes de realizar cualquier corte, pero siempre es aconsejable que las secciones sean circulares o poli céntricas redondeada, otro hincapié que se hace es que para túneles que contengan dos carriles se deben hacer circulares con un radio único par a optimizar el procedimiento constructivo y el volumen de tierras movido en su construcción, siempre recayendo en la optimización del proceso asegurando la calidad de este. Los túneles son revestido con anillos de concreto que suelen tener encofrados rectos, por lo que el túnel es de planta curva que suele ser el ancho útil. Podíamos dividir los sistemas de excavación en dos grupos principales:  Perforación y voladura: basado en la expansión de gases que se inflaman de manera muy rápida, que ha su ves producen vibraciones que son el producto de los barreros cargados en el frente, el resultado de todo este proceso es el desprendimiento del macizo rocoso que sería lo que comercialmente se conoce como escombro que luego se procederá a ser quitado.  Excavación mecánica: se basa en la acción directa y picadura continua ya sea manual o hecho generalmente con máquina para la optimización del procedimiento constructivo, haciendo hincapié que esta picadura en la parte más baja y en la parte más alta haciendo que el elemento rocoso caiga por su propio peso, este método, es el más antiguo y por lo mismo este método cuenta con muchas limitaciones (geológicas, ambientales,

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económicas, etc.) que harán que el usuario tenga un proceso de adaptabilidad en la obra, proponiendo en algunos caso una menor calidad e la obra. -Excavación por perforación y voladura Actualmente es el más utilizado, debido principalmente al costo que este genera frente a los otros, y también por su alta adaptabilidad a los diferentes terrenos. Básicamente el proveimiento consiste en definir en plan de tiro, adecuando la sección al sistema rocoso, en la realización de barreros en las secciones del macizo rocoso, todo esto frente a la detonación que facilita el arranque de macizo rocoso, para su posterior transporte hacia el escombro. Todo este proceso resulta de la combinación de los siguientes procesos: 1. Replanteo de la obra de los barreros 2. Perforación de los barreros 3. Carga de explosivos 4. Detonación de pega 5. Evacuación de humos y ventilación 6. Desescombro 7. Limpieza del frente y re perfilado de la sección 8. Finalizada la excavación se procede al sostenimiento del pase del excavado Siempre es recomendable llevar un informe del ciclo de excavación para poder adaptarse a las características del frente, poder identificar los cuellos de botella, para una mejor optimización del sistema Otra recomendación que el reglamento de construcción toma en cuenta es el control continuo de las rajaduras de macizo rocos ya que se debe examinar a fondo las fisuras ya que el macizo rocoso podría verse afectado por cada voladura que se hace. -Excavación Mecánica Aunque su nombre lo delata, se entiende que solo se utilizara maquinaria para ala excavación, en pleno 2018 la tecnología ha avanzado mucho en el mundo de la construcción, dando cada vez mejores soluciones a diferentes situaciones en obra. Para obtener la mejor resistencia de la roca se utilizan diferentes útiles de corte, picas rotadores de disco, martillos picadores, ruedas dentadas y otros. Excavación con retroexcavadora y martillo hidráulico Se ve de forma más continua, debido a su bajo costo en comparación de las demás, y su versatilidad en diferentes situaciones de la obra, siendo el picador neumático la herramienta principal de este. El principal inconveniente de este procedimiento es el ruido que en un túnel puede generar ondas sonoras que generan una presión contras otros elementos macizos que ya han sido escavados, los martillos mecánicos que se tienen son clasificados por la energía de impacto que transmiten que empiezan desde los 70 J hasta 1800 J

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Figura 6: Excavación mecánica

-Excavación por rozadoras Conocidas como minadoras o fresadoras, que se caracterizan por el movimiento rotativo que tiene su cabezal, dotada de placas, este movimiento es acompañado por agua como erosionado natural y también para no levanta polvo o partículas minúsculas, todo este elemento está montado en una oruga, que deberá tener un giro completo sobre su eje de 360° Figura 7: Fresadora con cabeza giratoria

-Excavación con tuneladoras Según el terreno se pueden clasificar en:

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Excavación en roca Tuneladora abierta (topo): Se basan principalmente en el empuje de reacción, para hondar el macizo en el terreno, donde no es necesario un sostenimiento inmediato, tiene una rueda de corte, que a la ves tiene cortadores de disco y se empuja mediante gatos hidráulicos para desarrollar una gran fuerza de empuje. Figura 8: Tuneladora abierta

Escudo doble Escudo simple: Maquinas apropiadas a trabajar con rocas blandas y7o fracturadas en la que el empuje no es ejercida por algún apoyo longitudinal, por lo que esta tuneladora requiere de fuerza portante en los muros, y como el terreno no presenta tanta presión contra la maquina ya no es necesario que estas estén escudadas, también la misma maquina coloca paneles de concreto armado prefabricado, manteniendo en todo momento la forma del anillo. Figura 9: Tuneladora escudo simple.

Excavación en suelos EPB (Escudo de frente a presión de tierras): Diseñada para trabajar suelos duros con mucha estabilidad y resistentes al corte, con esta tuneladoras el material escavado pasa por la cámara situado detrás de la rueda de corte, el empuje se desarrolla en el apoyo de la maquinaria en los anillos y no en una vara longitudinal o algo parecido, en el escudo se puede regular la salida y la presión con la que la tuneladora escaba, este método evita que se produzca rajaduras en la superficie.

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Figura 10: Tuneladora tipo EPB

Hidroescudos: Diseñado especialmente para suelos no cohesivos, lo mismo que la tuneladoras anteriores solo que esta recibe el apoyo del agua y también lleva el elemento triturado por la cabina, el agua función como erosionador natural y para evita la salida de polvo y partículas demasiadas pequeñas.

Desde el punto de vista de la seguridad se tendrán en cuenta las situaciones peligrosas siguientes:  Voladura (prever proyección de rocas, humos tóxicos; ruido y onda expansiva; cuidar distancia de seguridad y protección, ventilación inmediata, protectores de oídos, etcétera).  Arranque con excavadora (prevenir atropellos y arrastres; delimitar zonas de trabajo de riesgo).  Arranque con rozadora (prever atropellos y arrastres, desprendimientos de roca; delimitar zonas de trabajo de riesgo; instalar interruptores visibles para parada de emergencia).  Máquinas integrales (prever caídas, desprendimientos de roca, entibaciones provisionales, equipo personal de seguridad, etc.). Figura 11: Excavaciones.

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Maquinaria TBM ● ●

● ● ●

Efectividad (y conveniencia económica) de la TBM depende de las condiciones de la roca. Rocas de UCS > 150MPa tienden a ser muy problemáticas. Abrasividad de la roca es importante ya que gasta rápidamente los discos. La abrasividad depende del contenido de cuarzo, tamaño del grano, resistencia y porosidad de la roca. Niveles de stresses sobre la roca son comparables a las de tronaduras. Ventajas son la generación de paredes suaves con poca sobre-excavación, lo que reduce necesidades de soporte. Grandes cabezas rotatorias de hasta 12 m de diámetro, armadas con discos o puntas, rotan a 2-10 rpm. Avance hasta 30 m/día. Figura 12: TBM

Métodos de excavación de túneles 

Método inglés: Llamado así por utilizarse en terrenos de Inglaterra. Su principal característica es proceder el avance de la perforación a sección completa del túnel, en una sola operación



Método belga: Se empieza con la galería de clave y se acaba con la bóveda, posteriormente se excavan los hastiales



Método alemán: Se abren dos galerías en los hastiales y a continuación la de clave



Método austriaco: Utilización de puntales de madera formando un sistema de entibación



Método italiano: Similar al belga, con la diferencia que lo último en ejecutar son los muros

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Sostenimiento Teniendo en cuenta la operatividad que se espera del sostenimiento, éste podrá ser provisional o definitivo. En el proceso de ejecución del sostenimiento se tendrán en cuenta, entre otras, las precauciones siguientes desde el punto de vista de la seguridad:  

  

En el saneo mecánico: Los desprendimientos de rocas; las caídas, etc. En el saneo manual: Los desprendimientos de roca, las caídas; se procurará trabajar desde zonas protegidas, usar plataformas de trabajo y definir las zonas de trabajo de riesgo. En el uso de mallazos: Las caídas; las heridas por bordes cortantes; se utilizarán plataformas de trabajo; guantes; se definirán las zonas de trabajo de riesgo. En el uso de cerchas metálicas: Los golpes fuertes; caídas; se emplearán plataformas de trabajo, etc. En el uso de bulones de anclaje: Las caídas; se emplearán plataformas de trabajo.

Consideraciones La ventilación debe ser suficiente para mantener un ambiente adecuado de trabajo en el frente, especialmente en pequeñas secciones, donde la temperatura es elevada. Los elementos de protección personal son especialmente obligatorios para evitar efectos de golpes, cortes o atrapamientos. En la colocación de dovelas prefabricadas se evitarán los golpes fuertes y los aplastamientos.

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MÉTODOS DE PERFORACIÓN. Según la naturaleza del terreno se puede atacar la excavación del túnel con una sección más o menos grande. La roca dura permitirá el ataque a sección completa; sin embargo los terrenos sueltos (arenas, gravas) sólo permitirán avanzar mediante pequeñas secciones y provistos de blindaje. Entre estos extremos existen otros tipos de terrenos en los cuales la perforación se puede realizar por varios métodos que a continuación describimos.



Método de ataque a plena sección o método inglés. Suele utilizarse para túneles de pequeña sección (menos de 15 m 2), o en muy buen terreno en secciones mayores, y por supuesto en roca. Una solución para terrenos de inferior calidad es utilizar el ataque a plena sección pero con varios escalones de ataque. La excavación se realiza por franjas horizontales comenzando por la de la bóveda, con el inconveniente de que la evacuación del material requiere varias actuaciones hasta llegar al nivel donde se instala el sistema de transporte al exterior.



Método de la galería en clave o método belga. Es uno de los métodos más utilizados. Tiene la característica de ejecutar primeramente la excavación de la bóveda (es lo que se llama avance en bóveda o calota), incluido el sostenimiento que descansa directamente sobre el terreno, pues de ésta manera se protege la obra por encima. Después se realiza la excavación de la parte inferior llamada destroza, comenzando por la zona central y siguiendo, en cortos tramos alternativos, por los hastiales, que una vez excavados se revisten; de esta manera no se compromete la seguridad de la bóveda que descansa siempre sobre la destroza no excavada o sobre los pilares ya construidos. Se termina por la construcción de la solera cuando es necesaria.

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Tiene el inconveniente de que necesita vías de evacuación de escombros a diferentes niveles, con el consiguiente transvase de un nivel al inferior. Variantes para el método belga.



Método de las dos galerías o método austriaco. Este método se caracteriza por el empleo de una galería de avance en el eje y base del túnel, donde se instala una vía de evacuación que se utiliza durante toda la obra.

Cuando la galería ha avanzado cierta longitud se perfora un pozo hacia arriba y se excava en los dos sentidos una segunda galería. Una vez perforada la galería superior se sigue como en el método belga. Tiene la ventaja de que el transvase de los escombros a la galería inferior se

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hace por los pozos y sin modificaciones desde su situación original. También, que los múltiples frentes de ataque aceleran la construcción del túnel. 

Método de las tres galerías o método alemán. Se caracteriza por la conservación de la destroza hasta la finalización del sostenimiento de la bóveda y los hastiales. Se utiliza en secciones superiores a los 50 m2. Se excavan dos galerías en la base y a derecha e izquierda del eje; se ensanchan y se construyen los hastiales. Más atrás se ataca una galería de coronación que a continuación se ensancha hasta construir la bóveda que descansará sobre los hastiales. Por último se excava la destroza, y si es necesario se excava y se reviste la solera. El método alemán es costoso por sus tres galerías, pero seguro en mal terreno.

Se comentó que el método belga es muy utilizado en túneles cortos en los que la evacuación de los escombros no es un problema importante; donde sí constituye un problema importante es en los largos túneles de montaña, por lo que se prefiere utilizar el método austriaco. En túneles con menores secciones el más utilizado es el inglés y en terrenos de baja calidad el austriaco.

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EL NUEVO MÉTODO AUSTRIACO (NMA). Cuando se empezó a aplicar el método austriaco, se vio pronto que no sólo es un sistema sino una metodología de construcción que persigue un objetivo básico: la roca debe ser el propio elemento resistente, para lo cual hay que alterarla lo menos posible, y su capacidad debe ser mejorada mediante la utilización de elementos de sostenimiento con aplicaciones sucesivas en función de las deformaciones que se vayan observando durante la construcción. El bulón trabaja unido al mortero, a la cercha o a ambos, como elementos de una estructura resistente añadida al anillo rocoso, para crearle o aumentarle una capacidad de auto sostenimiento en función de una deformabilidad controlada. Ideas fundamentales del Nuevo Método Austriaco: - Obligar al terreno a colaborar en su propia estabilidad, reduciendo al máximo la pérdida de sus características iniciales. - Permitir una cierta deformación (convergencia) controlada, con objeto de disminuir las necesidades de sostenimiento. - En terrenos con fuertes convergencias, la puesta en obra del sostenimiento debe ir orientada hacia la consecución de una rigidez progresiva. - En túneles urbanos con poca cobertura en los que no se pueden tolerar convergencias que ocasionarían asientos en la superficie, la tecnología del NMA sigue siendo aplicable, pero buscando la máxima rigidez en el menor plazo posible. - El NMA tiene la ventaja de su fácil adaptación a condiciones de terreno cambiantes o inciertas pues permite, si el terreno así lo aconseja, variar el sostenimiento sin mayores dificultades. - Por lo que respecta a las fases de excavación suele atacarse en sección dividida (media sección superior y destroza), aunque en terrenos de baja calidad, con convergencias importantes, la distancia entre ambos frentes debe reducirse al máximo, buscando en el menor plazo posible una sección lo más cercana a la circular.

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ACCIDENTES EN LA CONSTRUCCIÓN Y PREVENCIÓN: Prevención de riesgos: Los principales riesgos de accidentes durante la construcción de un túnel se producen al encontrar condiciones del suelo imprevistas, como por ejemplo: arrastres debido a corrientes de aguas excesivas donde el tratamiento del suelo resulta inadecuado; inundaciones al encontrar fisuras acuíferas o al desmoronarse los muros; compresiones y dilataciones del suelo, y los efectos de la dilatación; como también por causas como: pérdida de aire generalizada mientras se trabaja en el aire comprimido; explosión al encontrar gases inflamables; el uso de técnicas de construcción de túneles en roca de suelos poco resistentes; manufactura defectuosa; desoxigenación ; fuego en ambiente con aire comprimido, y explosiones prematuras y/o tiros quedados. Las operaciones de excavación, soporte, consolidación y revestimiento que se desarrollan durante la construcción del túnel, entrañan riesgos que dependen, además de los originados por el tipo de suelo, de los métodos de avance que se emplee, derivados del uso de explosivos, dragas, equipos de manipulación y transporte de materiales, instalaciones eléctricas, sistemas de aire comprimido y láseres. Recomendaciones en túneles en el subsuelo:      

  





Los túneles en subsuelo de tierra, o de tierra y roca se deben entibar y apuntalar firmemente. Los detalles del entibado dependerán de las condiciones de la tierra y quedarán a cargo del ingeniero de la obra. Se debería disponer en la obra, de una cantidad suficiente de material apropiado para tal fin. El entibado debería avanzar a la menor distancia posible del frente de ataque del túnel. No se debería excavar a más de 60 cms delante de donde acaba la entibación. Se debería reforzar la entibación: o Si se observa que alguno de sus elementos se ha deformado. o Cuando se proceda a cambiar alguno de sus elementos. Son esenciales las protecciones adecuadas de vestir para proteger la piel, las protecciones oculares, como también la respectiva protección respiratoria. Debería eliminarse el polvo lo más cerca posible de su punto de formación. Los escombros, residuos y material no utilizable deben ser retirados constantemente, las pistas, el drenaje e iluminación deben mantenerse en buen estado, y adecuar zonas de paso seguras. Los escombros se deben mojar suficientemente durante su carga, transporte y descarga en el subsuelo, y limpiar con regularidad los que se esparzan durante el transporte. Cuando se usen máquinas excavadoras de suelos blandos, se deben poner en práctica medidas de precaución que aseguren que la máquina no arrancará mientras haya trabajadores en la pared de excavación. Debe colocarse un dispositivo de bloqueo y

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designar a una persona competente para asegurar que la máquina esté detenida, hasta que se haya comprobado la salida de todo aquel que haya entrado. Recomendaciones para túneles en roca: 

    

Cuando se efectúen trabajos de perforación en la roca, se deberían retirar los bloques de piedra inestables a fin de prevenir los riesgos de desprendimiento, y si no fuera posible hacerlo, debería instalar un toldo o una pantalla de protección por encima de los lugares de trabajo. Las plataformas de operación altas deberían estar provistas de medios de acceso seguros. Se pueden utilizar pernos para asegurar los tramos relativamente macizos de roca; la roca despedazada y la tierra, pudieran requerir arriostramiento y apuntalamiento. Los encargados de realizar la perforación, deben llevar gafas protectoras y guantes gruesos. Cuando la perforación de la roca se haga en seco, debería prever un sistema eficaz para aspirar y recoger el polvo. Cuando la perforación en la roca se haga con inyección de agua, la perforadora debería ser de un tipo tal que no pueda funcionar si no llega el agua. Figura 13: Túnel en roca.

Recomendaciones para las jornadas: 

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Se deberían efectuar estudios de las reales necesidades de elementos de protección personal para cada puesto de trabajo, en relación a los riesgos efectivos a que estén expuestos los trabajadores. De no existir este estudio, se exige que cuando se trabaje en túneles, los operarios usen además de casco y zapatos de seguridad, botas y ropas impermeables en aquellas obras subterráneas donde haya mucha humedad y protectores para la vista, respiratorios y

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auditivos en aquellas faenas con proyección de partículas, emanaciones de polvo y ruido ambiental. Recomendaciones contra incendios: 

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  

Se debe contar con un procedimiento bien estudiado y escrito de evacuación de personal del túnel en caso de incendio, además de disponer de personal capacitado para dirigir la evacuación y cuadrillas de rescate. Se dispondrá de un equipo apropiado de extinción de incendio, además, de tener conexiones para mangueras y mangueras de longitudes suficientes, como también instalarse en todo el túnel, los equipos extintores de incendio portátiles necesarios. No se debe instalar ninguna estructura combustible en la entrada del túnel o de los locales donde se encuentren los ventiladores, se deberán situar a una distancia mínima de 30 mts de la entrada. Los lugares de trabajo se deben mantener limpios de toda clase de desechos combustibles e inflamables. Solo se almacenará abastecimiento de combustible para un día en el interior del túnel, en recipientes blindados, debidamente identificados y protegidos. No se debe comenzar con los trabajos de soldadura hasta después que se haya humedecido a fondo el lugar; una vez terminados estos y antes de abandonar el trabajo, el área debe humedecerse nuevamente y mantenerse bajo inspección alrededor de 8 horas.

Recomendaciones para riesgos eléctricos:   

  



La instalación eléctrica debe ser del tipo adecuado y estar convenientemente instalada, protegida contra sobrecargas y correctamente aislada. Todas las cubiertas o cajas que contengan circuitos eléctricos, transformadores o interruptores deben ser puestos a tierra. En cada local especialmente destinado a contener equipos o instalaciones eléctricas energizadas, debe mantenerse disponible un diagrama unilineal de circuitos eléctricos que le son propios. Los interruptores de alimentación principales deberían estar etiquetados para mostrar que unidades controlan. Los motores eléctricos, generadores y controles deben ser blindados para evitar la entrada de polvo y agua. Se deberían instalar equipos de corte que permitan poner fuera de tensión simultáneamente todas las instalaciones subterráneas; estos aparatos deben:  encontrarse en la superficie.  Ser accesibles solamente a las personas autorizadas.  Confiarse a una persona competente autorizada para accionarlos. Las líneas de electricidad deben estar bien separadas o aisladas de las líneas de agua, líneas telefónicas y conducciones de aire.

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La envoltura de los cables debería ser de un material tal que no favorezca la propagación del fuego. Los cables deberían estar bien aislados, especialmente en sus conexiones. Figura 14: Señalización de riesgo eléctrico.

Ventilación: 

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La atmósfera debe purificarse suministrando aire respirable en toda la extensión del túnel, por medio de una corriente de aire que permita mantener las buenas condiciones ambientales de trabajo; en particular se debe lograr:  Evitar una elevación excesiva de la temperatura.  Mantener la concentración de polvo, gases y humos nocivos dentro de límites admisibles  Impedir que el contenido en oxígeno de la atmósfera descienda por debajo del 19,5%. Cuando la ventilación natural sea insuficiente, se debe prever un sistema de ventilación artificial que proporcione un mínimo de 3 metros cúbicos de aire por minuto, por trabajador.

Recomendaciones en cuanto al uso de explosivos:   

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La persona que manipula explosivos, cualquiera que sea su naturaleza, deberá contar con licencia vigente. Se deberá llevar a los frentes de trabajo solamente la cantidad de explosivos, detonantes y guías necesarios para el disparo. Los explosivos no podrán ser llevados a los frentes de trabajo sino en forma de cartuchos, en envases cerrados, dentro de cajas de madera, aluminio o envase original, y no se transportan conjuntamente con los detonadores. Los circuitos de voladura mediante pega eléctrica deberían ser independientes del circuito de energía eléctrica o de alumbrado o de cualquier otro circuito, no se debe instalar ningún otro circuito eléctrico en el mismo lado del túnel. Antes de proceder a la pega se deberían poner fuera de tensión todos los circuitos eléctricos, salvo el de la voladura.

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Después de cada voladura deberían inspeccionarse las paredes y el techo, y se deberían retirar los bloques de piedra inestables. Todos los trabajadores deben salir del túnel antes de la voladura. Con el objeto de impedir la entrada de personas en la zona peligrosa mientras se efectúan trabajos de voladura: . Se deberían apostar vigías alrededor de la zona de operaciones; · Se deberían desplegar banderines de aviso; y · Se deberían fijar avisos bien visibles en diferentes puntos alrededor de la zona de operaciones. Nadie debería volver a la zona de voladura hasta que la persona responsable haya dado una señal clara indicando que: · Se haya disipado el humo y los gases; · Se haya examinado cuidadosamente la zona y comprobado que no hay mechazos, barrenos volados parcialmente, restos de explosivos ni ninguna otra causa de peligro. Figura 15: Uso de explosivo.

Planes para acciones de emergencia:      

Debe existir una organización establecida para llevar a efecto los planes de emergencia. Todo el personal debe organizarse para actuar en cualquier emergencia y debe enseñarse a cada persona cuál es su función dentro del plan. Deben colocarse instrucciones, planos, etc., en lugares visibles y de fácil acceso, para que los trabajadores los conozcan y sepan actuar en todo momento. Todos los trabajadores deberían saber a quién notificar ante cualquier circunstancia anormal, que presumiblemente pueda ocasionar una emergencia. Es importante conocer el número de personas que trabajan en cada sección del túnel. Debe considerarse la elaboración de planes, ya sea para la eliminación del riesgo o para la reducción de la severidad de su efecto. Los principales riesgos a determinar incluyen:

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· Falla de los soportes temporales de las paredes y techo del túnel y/o derrumbamiento de tierra en la pared de excavación, que puede estar acompañada de una inundación de agua. · Inundación del túnel · Explosión de gas · insuficiencia de oxígeno · Incendios de materiales almacenados, instalaciones eléctricas, vigas de madera, combustibles, etc. · Fallas de la instalación y electricidad. Figura 16: Plan de emergencia.

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APLICACIÓN DE LOS TÚNELES: La aplicación de túneles en el país y en el mundo es demasiado amplia, ya que se puede aplicar en diferentes campos de la ingeniería civil, uno de estos ejemplos es la infraestructura de transporte (carreteras, puertos y aeropuertos), obras de saneamiento, energía (centrales hidráulica y gas), telecomunicaciones, infraestructura hidráulica (proyectos de irrigaciones) En la actualidad los requerimientos de las obras de gran envergadura, tienen que satisfacer las necesidades cada vez más exigentes de los clientes que la solicitan, en cuanto que de alguna manera se solicita resultados más detallados y completos en cuanto el alcance de la calidad, esperando soluciones rápidas y de costos bajos, obviamente con la coyuntura actual en el Perú no se satisface estos requerimientos, dejando de ver el desfase de este frente a otros países. Túneles en el Perú: 

Línea 2 del metro de Lima: La Línea 2 es la segunda ruta del Metro de Lima y es parte de la implementación del sistema de transporte masivo para la ciudad de Lima. Contará con una extensión de 27 km. Recorrerá la ciudad en sentido este a oeste conectando trece distritos y atravesando la ciudad de Lima en su trayecto mayormente subterráneo a una profundidad de 25 metros. Para la construcción de los túneles se empleó el método austriaco (NATM). Se utilizó una tuneladora TBM EPB 972 para un primer tramo y para el segundo una tuneladora TBM PBM S97. Hubo error de planificación en la concepción del proyecto, esto ocasionó demoras e inconvenientes como el hecho de que las tuneladoras se encontraran sin funcionar un cierto periodo. Figuras 17 y 18: Línea 2 de Lima.

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Olmos- túnel trasandino: Túnel principal del proyecto hidroenergético de Olmos, en Lambayeque. Es un túnel de abastecimiento de agua que comprende el trasvase de las aguas del río Huancabamba de

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la vertiente del Atlántico hacia la vertiente del Pacífico a través de un túnel trasandino de 20 km, con ello permite irrigar miles de hectáreas. Tiene una longitud de 19.3 km, la sección de perforación es de 5.33 m y se tienen coberturas superiores a los 2 km por estar atravesando la Cordillera de los Andes. Su excavación se realizó mediante el uso de una máquina perforadora de túneles (TBM Tunnel Boring Machine). TBM - Tunnel Boring Machine: Esta máquina cuenta con los implementos necesarios para la perforación del Túnel Trasandino, que le permiten ejecutar las obras de sostenimiento y revestimiento definitivo del túnel, en paralelo a la excavación del mismo. Así, de en una sola pasada, se logra ver las obras definitivas del túnel. Diseñada específicamente para las necesidades de la zona. Figuras 19 y 20: Proyecto Olmos.

Túneles en otros países: 

Eurotúnel o túnel del Canal de la Mancha:

Es un túnel ferroviario que cruza el canal de la Mancha, uniendo Francia con el Reino Unido. Este tiene dos variantes: el tren Eurostar, para pasajeros, y el tren Shuttle, que transporta camiones, automóviles y motos. Es el tercer túnel más largo del mundo con una longitud de 50,5 km, 39 de ellos submarinos, lo que le hace el segundo túnel submarino más largo del mundo, con una profundidad media de 40 metros. Para la construcción del eurotúnel fueron necesarias grandes máquinas tuneladoras de 200 metros de largo capaces de penetrar a su paso distintos tipos de terreno sin detenerse hasta los 20 kilómetros. Se siguió un procedimiento por el cual se empezaba la excavación desde ambos países a la vez con el fin de culminar en el medio. En el proceso de construcción del túnel del canal de la mancha fue necesario un examen previo de todas las rocas que se encontraban en el terreno, de lo cual se extrajo que contenía, entre otros, tiza, tiza azul y sedimentos marinos. Estos materiales fueron extraídos por la tuneladora y transportados hacia fuera mediante cintas transportadoras. A medida que avanzaba este proceso se iban revistiendo las paredes del túnel con hormigón que ayudaba a soportar la presión de los materiales de la superficie y a hacerlo impermeable.

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Figuras 21 y 22: Túnel del Canal de la Mancha.

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Túnel Marmaray: Un doble túnel ferroviario submarino que conecta Europa y Asia. Este túnel cuenta con una longitud de 13,6 kilómetros, 1.400 metros discurren por debajo del mar. La profundidad máxima que alcanza este túnel son los 62 metros. Las técnicas más avanzadas de túneles fueron utilizadas para la construcción del túnel: los aproximadamente 1.4 km del túnel submarino fueron construidos por el método de túnel sumergido, y el túnel en la tierra fue construido por una combinación del método de túnel escudo y el método NATM. El túnel de Marmaray se encuentra formado por 11 elementos de doble tubo prefabricados, ocho cuentan con una longitud de 135 metros, dos de 98 y el último de 110, aproximadamente. La construcción de este túnel tuvo que enfrentarse a diferentes desafíos como las fuertes corrientes o ser capaz de resistir fuertes terremotos, ya que está ubicado en una zona sísmica muy violenta, como consecuencia de la proximidad a la que se encuentra la Falla del Norte de Anatolia. Para solucionar este problema el túnel de Marmaray cuenta con unas juntas sísmicas, pudiendo soportar terremotos de más de 7,5 grados en la escala de Richter. Figuras 23 y 24: Túnel Marmaray.

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TÚNEL TRASANDINO PUNTA OLÍMPICA Es un paso vehicular trasandino, de alta montaña, que enlaza las subregiones geográficas del Callejón de Huaylas y la Zona de los Conchucos. Atraviesa el pico Punta Olímpica del macizo Ulta en el sector montañoso Cordillera Blanca, entre las provincias de Asunción y Carhuaz de la región peruana de Áncash. El túnel tiene el propósito de facilitar el tráfico en la Ruta AN-107, una de las vías transversales de la región Áncash que une las ciudades de Carhuaz, Chacas y San Luis en un recorrido de 100 km. Con una longitud de 1.384 metros, es el túnel vehicular tallado en roca más largo del Perú y el de mayor altitud del mundo por ubicarse a 4.735 msnm. Posee una altura máx de vehículos de 4.30 metros, un ancho de 7.5 metros y una pista de dos carriles. Su entrada este se halla a 4,680 metros sobre el nivel del mar. Fue construido por la empresa brasileña Odebrecht, por encargo del gobierno regional de Áncash. Su perforación se inició el 15 de mayo de 2012, y finalizó el 24 de febrero de 2013, fue inaugurado en agosto de 2013 conjuntamente con la Ruta AN-107. El proyecto está inmerso dentro del Parque Nacional Huascarán (PNH). Recordar que este Parque Abarca casi la totalidad de la Cordillera Blanca (10 provincias y 32 distritos), las más alta del Perú y Tropical del mundo. Figura 25: Túnel Punta Olímpica

Proceso Construcción Cruce Cordillera Blanca (Carretera Carhuaz – San Luis)

1985 Vista del portal del túnel Punta Olímpica (4900 m.s.n.m.) Frente a Carhuaz, actualmente se ha generado un tajo abierto sobre la plataforma.

Figura 26: Portal del túnel Punta Olímpica 1985

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1986 Vista del Portal del túnel Punta Olímpica (4,900 m.s.n.m.) Frente Chacas, este portal ha sido cubierto por los continuos derrumbes en la zona.

Figura 27: Portal del túnel Punta Olímpica 1986

2011 Condición en el año 2011 del abra Punta Olímpica (4,900 m.s.n.m.)

Figura 28: Futuro túnel Punta Olímpica 2011

Criterios para definición de alternativa más probable    

Seguridad en el proceso de construcción /seguridad en proceso de operación Geología/ Glaciología de la zona Conservación del entorno (PNH) Consideraciones económicas Figura 29: Geografía del terreno

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Alternativas estudiadas para Cambio de Posición del Túnel Punta Olímpica Figura 30: Alternativas de carretera

Figura 31: Alternativa 1

Longitud de carretera: 7.5 km Altitud: 490 m.s.n.m. Túnel: 0 m Figura 32: Alternativa 2

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Longitud de carretera: 3.5 km Altitud: 4762 m.s.n.m. Túnel: 510m Figura 33: Alternativa 3

Longitud de carretera: 0.7km Altitud=4650 m.s.n.m. Túnel=1.380m

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IMPORTANCIA: Los túneles son un medio de comunicación artificial entre dos puntos separados por un suelo o roca. Su objetivo es el de permitir el paso de personas, ferrocarriles, vehículos, conducciones eléctricas, de agua u otros. Debido a su utilización diversa elevan su importancia a medida que la sociedad avanza y son inevitables en grandes núcleos urbanos muy masificados por edificios para establecer líneas de metro; en la comunicación de poblaciones separadas por una orografía pronunciada o incluso por mar, como es el túnel del Canal de la Mancha. Las razones habituales para desarrollar un túnel son. 

Terreno: la topografía puede limitar la implantación de especificaciones obligan a tener unas pendientes límite.

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Economía: en muchas ocasiones resulta más rentable atravesar un obstáculo mediante un túnel que rodearlo: por lo cual, es lógico pensar que el tiempo también puede disminuir considerablemente al ejecutar un túnel en vez de decantarse por rodear el obstáculo.

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Ordenación urbanística y de tráfico: la implantación de metros facilita la movilidad en las grandes urbes.

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Estética y salud: para la circulación de aguas residuales y saneamiento en las ciudades.

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Minería: aunque se suelen denominan galerías o pozos, dependiendo de la orientación, su fin es unir dos puntos, en el caso, para acceder a una mineralización.

una autopista cuyas

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CONCLUSIONES:  Los túneles no son ni costosos ni inseguros, tampoco son difíciles de construir; además con la tecnología actual se pueden desarrollar proyectos subterráneos sin importar la forma o el volumen, además de posicionarse en prácticamente cualquier tipo de terreno.

 La construcción de un túnel depende principalmente de dos factores: la geología del terreno y los métodos de construcción, los cuales están íntimamente relacionados con la forma de terreno en el cual se realizará el túnel.

 La geología se convierte en un factor determinante en la construcción de un túnel, ya que las soluciones dependen especialmente de la naturaleza del terreno, de su resistencia y de la posible presencia de agua. Este factor puede variar desde el trazado definitivo de un túnel, hasta la forma de la sección de que debe adoptar éste.

 En el Perú, la Ingeniería Subterránea se presenta como una oportunidad, aún estamos en la etapa inicial, tenemos la oportunidad de desarrollar una cultura frente a la explotación del espacio subterráneo con el objetivo de mitigar el impacto al Medio Ambiente.

 Hoy en día, muchos Países de la Región, presentan un desarrollo ya maduro en los procesos de construcción de túneles viales. Es una práctica común y sostenible recibir información sobre el desarrollo de proyectos de estas características, en el Perú debemos empezar por desarrollar una estrategia de innovación que soporten ese tipo de proyectos con una visión de 50 años en adelante.

 El crecimiento demográfico en las zonas rurales del Perú, está en alto crecimiento y la forma de poder llegar con el desarrollo a estas zonas es con infraestructura vial moderna segura, y escalable. 

Consideramos que la participación de la Ingeniería Civil se debe dar con una Visión de Futuro, es indispensable que empecemos por entender el espacio que habitamos, así como la situación del mismo frente a las coyunturas e impactos sociales, económicas, políticas y de factor climático para poder desarrollar proyectos que sean factibles y viables.

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Solo la participación activa de los Ingenieros, lograra acortar la brecha existente frente a otras realidades en la región. Es importante poder contar con comunidades donde se pueda compartir información, así como espacios e instituciones que puedan brindar el soporte educativo para generar conocimiento para ser compartido.

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Referencias   

Ministerio de Transportes y Comunicaciones. (2016). Manual de Carreteras: Túneles, Muros y Obras Complementarias. RD N° 041-2016-MTC/14 (22.12.2016) Ing. Winston H. Lewis Diaz. Lewis Group: Ingeniería Y Consultoría. (2016). Importancia De La Construcción de Túneles para la Red Vial Peruana. Lima Umacon. http://www.umacon.com/index.php/es