Asociación Mexicana de Ingeniería de Túneles y Obras Subterráneas, A.C

Asociación

Mexicana de

Ingeniería de

Túneles y

Obras

Subterráneas, A.C.

Consejo Directivo:

Andrés Moreno F.

Enrique Farjeat P.

Víctor Hardy M.

Manuel López Portillo V.

Roberto Ocampo F.

Luis B. Rodríguez G.

Nicolás Veliz F.

Las notas del Curso Víctor Hardy 87

fueron editadas e impresas con el patrocinio de:

Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos,

Subsecretaría de Infraestructura Hidráulica,

Comisión de Aguas del Valle de México.

La Asociación Mexicana de Ingeniería de Túneles

y Obras Subterráneas, A.C., agradece tan útil y

valioso apoyo para la realización del Curso.

Los contenidos son responsabilidad

exclusiva de sus respectivos autores.

Se imprimieron 600 ejemplares, en dos tomos.

Imprenta de la Comisión de Aguas del Valle de México.

México, D.F., Julio de 1987.

PREFACIO

El objeto de ester curso es presentar una revisión ordenada de los conocimientos, las herramientas y las metodologías disponibles para proyectar y construir túneles. Se hará énfasis en los túneles permanentes de comunicación y de conducción, es decir, los que se relacionan primordialmente con las obras de ingeniería civil, sin que esto implique que lo presentado no sea aplicable a los túneles para extracción de minerales.

En algunos cursos ofrecidos anteriormente, se han destacado con detalle los aspectos tecnológicos de construcción y solo se han tratado someramente los conceptos fundamentales de la ingeniería de túneles. Se pretende en este, dar mayor énfasis a los juidios conceptuales y a las filosofías de proyecto y de construcción, sin dejar de presentar los aspectos salientes de la tecnología de túneles. Además, en otros cursos se ha abundado en problemas y soluciones relacionados con túneles urbanos en suelos, dada su enorme importancia en las grandes ciudades del país; en este se pretende ponderarlos debidamente y darles el peso justo con relación a los túneles en montaña, cubriendo aspectos de proyecto y construcción comunes para túneles en suelos y rocas y las particularidades de cada caso.

Los túneles, por pequeños que sean, invariablemente constituyen un reto para los ingenieros, quienes habran de utilizar todas las herramientas a su alcance para proyectarlos y construirlos, con las debidas medidas de seguridad, en forma racional y económica. Sin duda, la experiencia y la sesibilidad de aquellos constructores eminentemente practicos resultan invaluables y deberán aprovecharse al máximo; sin embargo, no puede negarse que la ingeniería adquiere cada día más importancia en las decisiones de obra, las que son cada vez menos intuitivas y están apoyadas, cada vez más, en estudios de campo, análisis teóricos, cálculos numéricos, mediciones de comportamiento y otras observaciones directas.

La ingeniería de túneles, que es precisamente la finalidad e inspiración de este curso, echa mano de prácticamente todas las ramas de la ingeniería civil (geotécnica estructural, hidráulica, etc.) y de buena parte de las ingenierías geológica, mecánica y otras. Es común, quizá más que en las demás obras de ingeniería, encontrarse con grupos interdisciplinarios de geotecnistas, geólogos, geohidrologos, estructuristas, mecanicistas de suelos y rocas, tecnólogos de construcción y de materiaes, etc., y de muchas otras especializadades, actuando en equipo para resolver los problemas de una obra subterránea.

Finalmente, es innegable que en los túneles, como en ninguna otra obra de ingeniería los procedimientos constructivos influyen en forma determinante en los análisis de comportamiento y en los diseños estructurales, al igual que estos combinados con las observaciones de campo, llegan a modificar en muchos casos los procedimientos constructivos o al menos condicionan las secuencias, etapas y ritmos de avance. Por tales razones, se pretende que en este curso se traten proyecto y construcción de forma vinculada, de tal forma de sembrar en los participantes la convicción de la importancia de esta interacción.

Roberto Sánchez Trejo

Coordinador del Curso

Contenido

Tomo 2

1. Construcción
2. Apoyo Técnico
3. Dirección y Supervisión

Capitulo 5

CONSTRUCCION.

PRIMERA PARTE: TUNELES EN SUELOS

CONTENIDO:

Túneles en Suelos Duros o Firmes; Método de Ataque Convencional; Escudo de Frente Abierto; Túneles en Suelos Blandos; Escudos de Frente Abierto con Aire Comprimido; Escudos de Frente Presurizado con Lodos; Escudos de Presión de Tierra Balanceada.

M. Roberto Ocampo Franco

Javier Montejano Blanco

Jorge Orozco Cruz

CONSTRUCCION DE TUNELES URBANOS EN SUELOS

Roberto Ocampo Cruz

1. GENERALIDADES

1. Túneles urbanos

1. Definición y antecedentes

Un túnel es una estructura subterránea, construida con métodos especiales, generalmente si afectar la superficie.

Desd tiempos prehistóricos se han ocnstruido túneles, cuando el hombre primitivo excavaba cuevas, agrandaba o acondicionaba las ya existentes.

Quizá el túnel más antiguo se construyo en la Antigua Babilonia, hace aproximadamente 4,000 años pasando por denajo del Río Bufrates, comunicando al Palacio Real con el Templo de Júpiter. Su longitud fue de aproximadamente 1.00 km, con una seccion de 3.60 por 4.50 m.

En los tiempos moderno, paralelamente al desarrollo tecnológico, ha surgido la necesidad de construir túneles de diversos tipos como: grandes acueductos, sistemas de drenaje, casas de maquinas para plantas hidroeléctricas, depósitos de petróleo, túneles ferroviarios, carreteros, etc.

1. TUNELES EN SUELOS DUROS O FIRMES

Se entiende por suelo duro  firme, según la posibilidad de dificultades que puedan surgir al excavar un túnel, cuando el frente de este es estable y puede avanzar sin soporte temporal en la clave, el soporte final puede colocarse antes de que el material empiece a relajarse. Este tipo de matrial soporta la redistribución de esfuerzo provocados por la excavación sin reducir su resistencia interna a pesar del desconfinamiento.

Para analizar las concentraciones de esfuerzos en el contorno de túneles en suelos firmes es necesario definir el c0ncepto “Suelo Firme”, según la clasificación presentada en la Figura No. 1, discutible en ciertos aspectos, pero que permite ubicar a groso modo,el campo de estudioen cuanto a propiedades de resistencia y deformación. Uno de los problemas que se presentan en este tipo de suelos es el diferent comportamiento de la sa de suel y de la probeta ensayada en laboratorio, debido a la posible presencia de discontinuidades en la masa de suelo y que por lo tanto las pruebas de laboratorio sobre muestras no siempre representativas.

En forma general se puede mencionar que el inicio de la inestabilidad en el contorno de un túnel puede generarse tanto en las paredes como en la clave, por insuficiencia de resistencia  a compresión triaxial y por insuficiencia de resistencia a tensión, respectivamente.

En el caso más común de inestabilidad es decir por insuficiencia de resistencia a compresión triaxial en las paredes laterales del túnel, se presenta una plastificación del material alrededor del túnel, la frontera entre zonas plásticas y elásticas es de forma elíptica con eje mayor horizontal, y se amplifica notabemente la zona de tensión en la clave, ver Figura No. 2 y 3, la ampliación de las zonas de plastificación y de tensión depende mucho de la cohesión del material.

En este tipo de suelos, por ejemplo, se construyo y se construye actualmente la mayor parte de la Linea 7 del Metro de la Ciudad de México, donde el subsuelo en el que se alojaron los túneles, esta integrado en términos geneales por limos arenosos de compacidad variable, entre medianamente compactados y muy compactados, y en pocos casos cementados. En ninun caso se detecto la presencia del nivel freático.

1. TUNELES EN SUELOS BLANCOS

Debido al crecimiento que han tenido las grandes ciudades del mundo se han presentadocon mayo frecuencia la necesidad de construir túneles en suelos blandos con la finalidad de resolver los problemas de drenaje, suminstro de agua y de transporte masivo de pasajeros. Los suelos blandos generalmente están construidos por gravas y arenas sueltas, limos y arcillas, localizadas bajo el nivel freático.

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