FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL (PERFIL DE TESIS) TITULO ANÁLISIS ESTATICO EN EL DIMENSIONAMIENTO DE TÚNELES INTRODUCCIÓN El túnel es una estructura ingenieril que presenta enormes dificultades tanto en el proyecto como en la etapa de construcción. construcción. Esta dificultad en gran medida es función de la longitud y sección del túnel además de la naturaleza del terreno y de las condiciones hidrogeológicas. La utilización de los túneles en la tecnología de las vías, esta muy desigu desigualm alment ente e repart repartida ida,, desde desde luego luego estas estas estruc estructura turass consti constituy tuyen en un recurs recurso o familiar a los proyectistas y constructores de vías férreas, pero no así en las carreteras y sobr sobre e todo todo en las las zona zonass urba urbana nass y cond conduc ucci cion ones es bajo bajo pres presió ión, n, que que plan plante tean an importantes problemas adicionales. Desde luego que haya o no un túnel en un determinado lugar, es ante todo cuestión de topografía, que exista un obstáculo que al ser atravesado, permita ahorrar longitud de trazo, guardando los requerimientos adecuados de curvatura y pendiente ( cuando se trata de carreteras); hay que tomar en cuenta el túnel como análisis de alternativas y como solución final. En nues nuestr tro o País País la topo topogr grafí afía a muy muy acci accide dent ntad ada a hace hace nece necesa sari ria a la cons constr truc ucci ción ón de túne túnele less y obra obrass dent dentro ro de las las ciud ciudad ades es,, en form forma a de vías vías subterráneas, metros, paso de peatones, conducciones industriales, saneamiento, etc. Esta clase de estructura resulta con frecuencia la mas económica y la
mas conveniente.
OBJETO. El objeto del presente trabajo es contribuir con algo a la carencia, poca información, falta de reglamento y normas de diseño en la construcción de túneles.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. PREGUNTAS. -
¿Existen normas para el diseño, construcción y dimensionamiento de túneles en nuestro país ?.
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¿Debido a la Topografía accidentada presentada en nuestra región. Serán viables o importantes la construcción de túneles y cual será el impacto en medio ambiente ?.
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¿Existirán alternativas de solución al problemas del congestionamiento vehicular y peatonal además del abastecimiento y saneamiento en la parte central de nuestra ciudad ?.
OBJETIVOS. OBJETIVO GENERAL. El objetivo de este proyecto es dotar al profesional de la construcción una alternativa para plantear soluciones al tema, y presentar algunos conceptos básicos relacionados a la construcción de túneles.
OBJETIVOS ESPECIFICOS. Determinar con claridad el comportamiento estructural de un macizo debido a la excavación de una cavidad y los fenómenos físicos que se presentan frente a esa cavidad. Contribuir con el establecimiento de algunas normas para nuestro País en la construcción de túneles. Hacer un análisis comparativo con lo estudiado hasta la fecha con relación al dimensionamiento de túneles.
MARCO TEORICO El análisis de las presiones de tierra sobre los recubrimientos de túneles, se hace generalmente con una tecnología o metodología que tiene sus raíces en los estudios teóricos pero modificados e influenciados por la Institución y la experiencia, de manera que el diseño de tales recubrimientos es mas un arte que una ciencia. La construcción de un túnel es un problema complejo que exige una metodología cuidadosa que se analizara en forma breve a continuación: -
Un estudio geológico, que nos defina las características del terreno a atravesar y la clasificación convencional de las calidades mecánicas de
los terrenos a excavar. -
El análisis mecánico del trazado de la obra subterránea que da lugar a un estudio geológico y geotécnico que defina y dibuje la zona de los terrenos y un perfil longitudinal bajo los cuales será el túnel.
-
Los sistemas constructivos en las labores de excavación están en función de numerosas variables y entran de lleno en el campo de acción de personas especializadas. Estos sistemas en la etapa de construcción del
revestimiento
deben
comprender
2
labores
importantes:
Impermeabilización y recogida de aguas y el revestimiento u hormigonado. -
Evaluación de tiempo y costos en las diferentes etapas de avance.
-
El programa de construcción.
Análisis de presiones de tierra.- Estudio y análisis de los diferentes esfuerzos, provisionales o definitivos que actúan dentro y fuera de la cavidad. Análisis mecánico.- Clasificación y análisis de los suelos, desde un punto de vista de la mecánica de suelos, para determinar con claridad las características y sus resistencias de los diferentes componentes del suelo. Estudio geológico.- Estudio de los suelos desde un punto de vista de un profesional geólogo. Recubrimientos.- Tecnología utilizada en los túneles para absorber los esfuerzos y deformaciones ocasionados por cargas internas y externas. HIPOTESIS.
La carencia absoluta de estudios profundos acerca de las características hidrogeológicas de los terrenos, además de la falta de mecanismos de calculo y construcción totalmente confiables, hacen que la construcción de túneles no sea una practica común en nuestro medio.
DISEÑO METODOLOGICO. La investigación para el presente trabajo estará dividida en dos partes: La primera comprenderá en realizar un diagnostico que permita identificar los mecanismos y técnicas que se observan en la construcción de túneles en Bolivia. En la segunda parte se propondrá un modelo diseño y dimensionamiento de tal manera que contribuya a los profesionales a fortalecer sus conocimientos en este rubro.
METODOS DE INVESTIGACIÓN Los métodos a ser empleados serán: Investigación Histórica Documental. A través de estudiar y revisar gradualmente la construcción de túneles y sus procedimientos en Bolivia. Descriptivas o Experimentales. Mediante la aplicación de la Bibliografía propuesta, buscando respuestas a las Hipótesis planteadas. A continuación y debido a la extensión de la materia en estudio se presenta un resumen sintético del trabajo que se pretende realizar: -
La primera parte del trabajo es la Introducción, justificación-objetivo (Marco Teórico) y metodología para la construcción y diseño de túneles.
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La segunda parte es mostrar el comportamiento estructural de un macizo debido a la excavación de una cavidad y los fenómenos físicos que se presentan frente a esa cavidad.
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La tercera parte es un método de construcción de túneles utilizando el método Austriaco que es el mas convencional y mas utilizado actualmente.
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La cuarta parte esta dedicado al análisis estático de estructuras que componen el túnel, este capítulo también contiene el dimensionamiento y estabilización.
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La quinta parte se propondrá un ejemplo practico.
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Finalmente la ultima parte trata de la importancia que debe regir par la construcción del túnel y la puesta en servicio.
CONTRIBUCIÓN PERSONAL AL PRESENTE TRABAJO Luego de completado el análisis de todos los parámetros estudiados en el presente trabajo, se intentara proponer una metodología y algunas normas para evitar en lo posible algunas dificultades propias de este tipo de obras. También se pondrá a consideración programas hechos en Computación para facilitar el calculo, diseño y dimensionamiento de Túneles.
"ANÁLISIS ESTATICO EN EL DIMENCIONAMIENTO DE TÚNELES" SUMARIO 1.-
2.-
INTRODUCCION 1.1.
Planteamiento del problema
1.2.
Justificación
1.3.
Objetivos
1.4.
Metodología
ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL EN ABERTURAS SUBTERRANEAS 2.1. Introducción 2.2. Fenómenos estructurales en aberturas subterráneas 2.3. Modelos estructurales 2.4. Análisis teóricos fundamentales
3.-
METODO AUSTRIACO EN CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES 3.1. Introducción 3.2. Principales características del método 3.3. Bases teóricas de calculo 3.4. Funciones del sistema estabilizante
4.- ANÁLISIS TEORICO ESTRUCTURAL 4.1. Continuidad del medio 4.2. Equilibrio elástico en torno a una cavidad circular 4.3. Criterio de rotura para la aplicación geotécnica 4.4. Algunas conclusiones de análisis elástico elementales. 4.5. Finalidad del análisis estático
4.5.1. Análisis computacional para cálculo de túneles 4.5.1.1. Método de elementos finitos 4.5.1.2. Método de barras 4.6. Consideraciones en el método estático 4.6.1. Consideraciones iniciales 4.6.2. Estado inicial de Tensiones 4.6.3. Clasificación geomecánica del macizo 4.7. Consideraciones respecto al dimencionamiento 5.-
CONSIDERACIONES ADICIONALES AL RESPECTO DEL ANÁLISIS EN TÚNELES 5.1. Evaluación y beneficios 5.2. Control de seguridad 5.3. Características del macizo 5.4.
Comparación del comportamiento previsto con un comportamiento estructural observado
6.-
EJEMPLO PRACTICO
7.-
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
8.-
BIBLIOGRAFÍA
BIBLIOGRAFÍA GALABRU P., "Cimentaciones y Túneles", Edit. Reverte, España, 1974-1977. RICHARDSON HAROLD, "Practical Tunneling Driving", McGraw-Hill, New York and London, 1941. LEGGET ROBERT. "Geología para Ingernieros", Edit. Gustavo Gili, BarcelonaEspaña. MEGAW T. M., "Túneles: Planeación, diseño y construcción", Volumen 1, Edit. Limusa, México. GAALABRU P., "Cimentaciones y Túneles", Editorial Reverte, Barcelona-España, 1974-1977, págs. 306, 307. MEGAW T. M., "Túneles: Planeación, Diseño y Construcción", Vol II, Editorial Limusa, Mexico, 1990. FOX F. ,"The Simplon Tunnel", Inst. Civil Eng. Min. Proc. (Londres).
