El documento trata sobre el diseño y construcción de túneles. Explica que la construcción de túneles requiere análisis geológicos, geotécnicos e hidráulicos para definir el proceso constructivo más adecuado. También describe los diferentes tipos de túneles, métodos de excavación como el uso de tuneladoras, y la importancia de realizar investigaciones geotécnicas previas para determinar las condiciones del terreno y reducir riesgos. Finalmente, enfatiza que un proyecto de túnel

1. UAP-CAJAMARCA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES
DISEÑO DE TUNELES

2. INTRODUCCIÓN
 La ingeniería es la solución mecánica a un problema práctico. Es pura
ingenuidad, y el hombre ha confiado en ella desde el principio de los
tiempos. Por ejemplo cuando ha usado un palo para robar miel de un
panal ubicado a mitad de altura de un árbol evitando así ser picado
por las abejas, o cuando ha cargado una piedra de 50 toneladas sobre
dos troncos de árbol que actuaban como ruedas.
 Un túnel es una obra de ingeniería que para su construcción, requiere
de técnicas, productos, equipos especiales y de análisis geológicos,
geotécnicos e hidráulicos; este es realizado por especialistas, una vez
que se ha definido el proyecto de construcción de un túnel. Se conoce
las condiciones y características del lugar, eligiendo el proceso
constructivo que conviene para su construcción. Según las dimensiones
del proyecto, se deben de considerar otros factores como son
seguridad, economía y durabilidad de la obra.

3. TUNEL
Un túnel es una obra subterránea de carácter lineal, cuyo objetivo 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, 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. La posibilidad de soterrar ahorra
espacio e impide el cruce al mismo nivel del tren con los peatones o los
vehículos.

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

5. Túnel para ferrocarril
Túnel en minería
Túnel para peatones
Túnel para carros

7. Investigación Geotécnica
Es esencial que cualquier proyecto de túnel comience con una
investigación sobre las condiciones del terreno. Los resultados de
la investigación nos permitirán saber cuál es la maquinaria y los
métodos de excavación y sostenimiento a realizar, y podrán
reducir los riesgos de encontrar condiciones desconocidas. En los
primeros estudios, las alineaciones horizontales y verticales serán
optimizadas para aprovechar las mejores condiciones de agua y
suelo.
En el caso de los túneles en roca, dada la variabilidad de los
distintos factores que intervienen en la mecánica de rocas, es
frecuente abordar su estudio mediante las llamadas clasificaciones
geomecánicas, entre las que destaca la clasificación geomecánica
RMR.

8. Mecanismos de inestabilidad
Distribución espacial de las discontinuidades, relación entre
su posición (rumbo y buzamiento) con la dirección del túnel.
Siendo este él más importante a considerarse en el trazo de
entrada y salida del túnel.
• Presencia y naturaleza de los materiales de relleno de la
discontinuidades.
• Irregularidades en las superficies de las discontinuidades.
• Rotura y movimientos anteriores

9. Métodos de clasificación del macizo rocoso
Existen muchos métodos útiles para poder clasificar un
macizo rocoso, entre ellos se puede escoger algunos
métodos elaborados por autores conocidos mundialmente
en el campo de la mecánica de rocas que realiza análisis
específicos para el diseño de túneles entre estos podemos
mencionar
a
Barton
y
Bieniawski,
Q
RQD J r J w
J n J a SRF
Esfuerzo Activo
Tamaño de los
Bloques de Roca
• Agua
Resistencia al
Corte o Cizalle
reduce
la
resistencia al corte
• Las zonas de cizalle
generan tension

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

11. Al perforar un túnel se puede encontrar tres tipos de
condiciones naturales que dan lugar ala perdida de
resistencia del macizo rocoso y, por lo tanto, a problemas
de estabilidad:
Orientación desfavorable de discontinuidades.
Orientación desfavorable de las tensiones con respecto
al eje del túnel.
Flujo de agua hacia el interior de la excavación a favor
de fracturas, acuíferos o rocas estratificadas.

12. Excavación de Túneles
En suelo, excavación es manual o mecánica,
seguida rápidamente por soporte para mitigar las
deformaciones y prevenir colapsos.
En roca, se puede usar tronadura controlada,
cortadores rotatorios o TBM

13. Tunnel Boring Machines
(TBM)
Grandes cabezas rotatorias de hasta 12 m de
diámetro, armadas con discos o puntas, rotan a 210 rpm. Avance hasta 30 m/día.

14. 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.

15. Casos
Especiales
a) Cambio de roca a suelo
• El paso del túnel de roca a suelo debe ser previsto y
medidas especiales deben ser tomadas. Puede ser
conveniente variar el trazado para evitar esta situación.
• Cambio drástico en condiciones y métodos de
excavación y soporte.
• Suelo puede estar saturado e inundar el túnel al pasar
el contacto.
• El contacto usualmente es una superficie de erosión,
generalmente irregular y por la tanto difícil de predecir
en su localización exacta.

16. b) Túneles Parietales
• Excavados subparalelos y a poca distancia de una
pared o ladera rocosa en superficie. Falta de continuidad
del macizo provoca anomalías en las condiciones de
esfuerzos.
• Propiedades de la roca e inclinación de la ladera
inciden directamente en estabilidad del túnel. En
algunos casos puede convenir reemplazar la roca con
materiales artificiales en vez de soportarla.

17. Construcción
Los túneles se construyen excavando en el terreno, manualmente o con
máquinas. Los sistemas habituales de excavación subterránea son
medios mecánicos, voladuras y manual:
Los medios mecánicos mediante minador puntual (rozadora),
minador a sección completa o TBM o tuneladora (Tunnel Boring
Machine) o con maquinaria convencional (martillo picador,
excavadora...)
Perforación y voladura mediante explosivos.
Manual, método derivado de la minería clásica del carbón, en el que
los operarios pican con martillo neumático la sección a excavar y otra
partida de obreros desescombran manual o semimanualmente.

19. Túneles carreteros
Se diseñan para favorecer el paso fluyente, continuo, y
seguro de vehículos motorizados, a través de los
obstáculos topográficos que impiden el trazado de una
carretera cruzando montañas horadando macizos
rocosos, con objeto de lograr un trazado cómodo y
funcional.
Su diseño debe ser básicamente seguro, funcional y
hasta donde sea posible estético.

21. METODO AUSTRIACO

27. "El ingeniero que se enfrenta al proyecto y
construcción de un túnel, debe considerar
varios aspectos, todos ellos importantes, ya
que cada uno por si sólo, puede hacer
fracasar el proyecto."