ESTUDIOS DE INGENIERIA DEL TUNEL MARCAVALLE EN LA VIA DE EVITAMIENTO EVITAMIENTO LA OROYA OROYA - PERU
ANTONIO SAMANIEGO ORLANDO FELIX
UBICACION
LA OROYA
Pachachaca
UBICACION
LA OROYA
Pachachaca
El Proyecto ◊
La vía de evitamiento La Oroya, evitará que el tráfico de Lima a Cerro de Pasco y/o Tarma pase por la ciudad de La Oroya
◊
La longitud de la vía es de 14.2km, que incluye 2 intercambios viales
◊
La vía de evitamiento comprende 5 puentes y 2 túneles
◊
El Proyecto corresponde al Diseño Definitivo de los Túneles y Puentes
Km. 14+638.67 = km. 4+700
Puente Shi Shi nca
Carretera La Oroya-Cerro de Pasco
Tunel Shi Shi nca
Distribuición Del Proyecto
Puente Pu ente Tambo
Tunel Tunel M arcava arcavall ll e
Puente Puente Cur ipata Km. 0+000 = k m. 162+500 162+500
Alcance de los Trabajos
Programación
y
ejecución
del
programa
de
inve invest stig igac acio ione nes s de camp campo o
Definición del trazo definitivo de la vía en cada puente y túnel
Diseño a nivel definitivo de los puentes y túneles
Elaboración de expedientes de licitación
Datos básicos •
Temperaturas: 9.1 ºC media anual, 23.3 ºC máxima instantánea y - 4.4 ºC mínima instantánea
•
Altitud: entre 3,770 y 4,000 msnm
•
Precipitación: 577.5 mm media, 35.9 mm máxima en 24 horas
•
Dimensiones principales: ESTRUCTURA Puente intercambio N°1 Puente Curipata Puente Tambo Túnel Marcavalle Túnel Shinca Puente Shinca Puente Intercambio N°2
DIMENSIONES 14.5 m. 71 m. 170 m. 1330 m. 141 m. 140 m. 40 m.
TUNELES - INTRODUCCION •
Las dimensiones generales de los túneles son: Túnel Marcavalle Shinca
•
Longitud (m) 1,330 141
Ancho (m) 9.8 9.8
Alto (m) 7.1 7.1
Sección Revestimiento (m2) 58.59 Concreto 58.59 Shotcrete
Se limitó pendiente en el túnel a 3.5% para mayor seguridad vial y reducir riesgo de incendios
•
Se limitó radio mínimo de curvas en el túnel a 900m. por motivos de visibilidad
•
Sólo el túnel Marcavalle tendrá ventilación, iluminación, sistema contra incendio y comunicaciones Ambos túneles tendrán sistemas de señali ación
Investigaciones Geológicas y Geotécnicas Túneles •
Interpretación de Información Satelital y Aerofoto
•
Mapeo Geológico de la Zona del Proyecto. Esc. 1:50,000
•
El Mapeo Geológico del Trazo de los túneles se realizó a escala 1:2000, y el de los portales a escala 1:200
•
Perfiles de Refracción Sísmica y Sondajes Eléctricos
•
Perforaciones Diamantinas con Profundidades de 20 - 160 m.
•
Pruebas de Campo: Carga Puntual, Esclerometría, Dilatometría, Orientación de Testigos, Permeabilidad Lugeon, Registros RMR yQ
•
Ensayos de Mecánica de Rocas: Corte Directo, Compresión Triaxial, Compresión Uniaxial, propiedades elásticas, Propiedades Físicas, Tracción.
Mapa Geológico e Imagen Satélite
Fotografías en zona de Túneles
Túnel Marcavalle. Portal de Entrada
Fotografías en zona de Túneles
Túnel Marcavalle. Vista Panorámica del Eje
Fotografías en zona de Túneles
Túnel Marcavalle. Portal de Salida
Túnel Marcavalle Perfil Geotécnico (1)
Túnel Marcavalle Perfil Geotécnico (2)
Túnel Marcavalle. Sección Típica - Criterios
•
Capacidad de Tránsito requerida en los túneles
•
Ancho y características de la calzada
•
Dimensiones para veredas y zonas de estacionamiento
•
Espacio para ductos, tuberías, cables
•
Drenaje transversal y longitudinal
•
Ubicación de la iluminación y señales de tráfico
•
Espacio para ventiladores
Tipos de Roca Roca Tipo II (Masa Rocosa de Buena Calidad)
Calizas sanas, estratificadas y con escaso fracturamiento. RMR > 60
Roca Tipo III (Masa Rocosa de Calidad Media)
Calizas ligeramente intemperizadas, estratificadas y fracturadas. 60 > RMR > 40
Roca Tipo IV (Masa Rocosa de Mala Calidad)
Calizas alteradas, con estratificación delgada, fracturación media a intensa, con intercalaciones de estratos de rocas suaves. 40 > RMR > 25
Roca Tipo V (Masa Rocosa de Muy Mala Calidad)
Rocas muy alteradas, con estratificación muy delgada, fracturación intensa, con las juntas o diaclasas rellenas de material arcilloso, intercaladas con estratos de rocas suaves. RMR < 25
NOTA: Las zonas de los portales hasta los primeros 50 a 100 m de ambos túneles, y las zonas de falla que
Secuencia de Excavación •
Avance del frente del túnel, en tres etapas: La parte inferior de la La parte superior del túnel hasta la bóveda, con 4 m de altura
sección transversal
Remoción del piso de trabajo
en dos etapas,
empleado durante
hasta un piso de trabajo
la excavación
temporal a ubicarse
de los túneles, hasta alcanzarse
y 7 m. de ancho
entre 0.70 y 1.0 m por
la cota de diseño
en el piso
encima del piso final de la
del piso final.
excavación
•
Para cada etapa de la excavación, se instalará el refuerzo necesario de acuerdo con la calidad de la masa rocosa que se encuentre.
Secuencia de Excavación Vista Isométrica de la Secuencia de Excavación recomendada para los túneles
PRIMERA ETAP
m 0 3 . 8
4.30 m
SEGUNDA ETAPA
5 .5 0
Valuación de Calidad del Macizo Rocoso
Tipo de roca
RMR
GSI
Calificación
II
61-80
60
Buena
III
41-60
45
IV
21-40
30
Mala
V
<20
10
Muy mala
Regular
Valores de los parámetros de resistencia del macizo rocoso
Tipo de Roca
mb
s
a
II
2.40
0.0120
0.50
II
1.40
0.0020
0.50
IV
0.82
0.0000
0.50
V
0.40
0.0000
0.60
Valores del módulo de elasticidad, Relación de Poisson y Módulo de Rigidez del macizo rocoso Tipo de Roca
Em (MPa)
R. Poisson
G (MPa)
II
14,900
0.20
6,200
III
6,300
0.25
2,500
IV
2,600
0.25
1,000
V
800
0.30
300
Análisis Estructural del Túnel Pasos utilizados para similar la secuencia de excavación: • 0→1
Estado inicial
• 1→2
Excavación del techo del túnel (corona)
• 2→3
Se coloca shotcrete temporal en el techo del túnel y se instalan pernos de anclaje. Dado que el shotcrete es reciente. Para el modelamiento se redujo la resistencia y módulo de deformación a E’= 10GPa para simular este efecto mientras que los pernos se modelaron a resistencia completa.
• 3→4
Excavación de banco del hastial izquierdo y del piso (invert)
Análisis Estructural del Túnel • 4→5
Se coloca shotcrete en hastial excavado y se instalan los pernos de anclaje según diseño para cada tipo de roca. Para esta etapa se modela el shotcrete del techo a resistencia completa mientras que el shotcrete del hastial se modela a resistencia y módulo de deformación reducida. Se repite el proceso de manera similar para la excavación del banco del hastial derecho siguiendo los mismos conceptos de resistencia y módulo de deformación.
• 5→6
Se modela la capa total de shotcrete a resistencia y módulo de deformación completa.
• 6→7
Se instala el revestimiento final se modela a resistencia total se asume que el shotcrete temporal esta deteriorado y todas los esfuerzos han sido transferidos al revestimiento final.
Roca Tipo III
Factores de Seguridad – Etapa 1 (Sin sostenimiento)
Roca Tipo III
Factores de Seguridad – Etapa 1 (Con sostenimiento)
Roca Tipo III
Factores de Seguridad – Etapa 2 (Con Sostenimiento)
Roca Tipo III
Factores de Seguridad – Etapa 3 (Con Sostenimiento)
Roca Tipo III
Factores de Seguridad – Etapa 4 (Con revestimiento final)
Roca Tipo III
Deformaciones (m) – Etapa 0 (Sin Sostenimiento)
Roca Tipo III
Deformaciones (m) – Etapa 1 (Con Sostenimiento)
Roca Tipo III
Deformaciones (m) – Etapa 2 (Con Sostenimiento)
Roca Tipo III
Deformaciones (m) – Etapa 3 (Con Sostenimiento)
Roca Tipo III
Deformaciones (m) – Etapa 4 (Con revestimiento final)
Roca Tipo III
Esfuerzo Principal Mayor (MPa) – Etapa 4 (Con revestimiento final)
Roca Tipo III
Esfuerzo Principal Menor (MPa) – Etapa 4 (Con Revestimiento Final)
Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca
4.00 m PRIMERA ETAPA
8.40 m
EGUNDA ETAP
Roca Tipo II
ERCERA ETAPA
11 m
• 3 m de avance por disparo • Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 3 m long., cementados e instalados ocasionalmente (cuando se requiera) 50 @ 75mm de Shotcrete
Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca
4.00 m PRIMERA ETAPA
8.40 m
EGUNDA ETAP
Roca Tipo III
ERCERA ETAPA
11 m
• 2 a 3 m de avance por disparo • Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 3 m long., cementados y espaciados a 2.0 m en ambas direcciones • Una capa de malla de acero electrosoldada • 75 @ 100 mm de Shotcrete
Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca
4.00 m PRIMERA ETAPA
8.40 m
EGUNDA ETAP
Roca Tipo IV
ERCERA ETAPA
11 m
• 1.50 m de avance por disparo • Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 4 m long., cementados y espaciados a 1.5 m en ambas direcciones • Una capa de malla de acero electrosoldada • 100 @ 150 mm de Shotcrete
Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca
5.00 m PRIMERA ETAPA
Roca Tipo V 6.00 m EGUNDA ETAP
ERCERA ETAP
CUARTA ETAPA
11
m
• 0.8 - 1.0 m de avance por disparo • Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 5 m long., cementados y espaciados a 0.8 m en ambas direcciones • Una capa de malla de acero electrosoldada • 150 @ 200 mm de Shotcrete
Monitoreo Geotécnico Sistema de Monitoreo Integrado del Túnel • Monitoreo de Deformación • Evaluaciones de Nivelación • Dimensiones del perfil (Verificación de perfil y curvatura • Setting Out • Red Geodésica • Control mediante laser
Sistema de Control mediante laser Control de alineamiento de cerchas en el túnel
Instalaciones Auxiliares Túnel Marcavalle Sistema de Ventilación - Demanda de Aire
3
3
Parámetros 3
Emisión (m /h ó mg/h)
2000
2010
2020
2000
2010
2020
23.17
37.74
61.51
2.45
4.00
6.52
200 ppm
Límite Máximo Permisible 3
Caudal de aire necesario (m /h) 3
Qre q (m /s) Velocidad del aire en el túnel (m/s)
Hollín (mg/h)
NOx (m /h)
CO (m /h)
2000
2010
2020
605,339 986,285 1,607,280 3
15 ppm
1.50 mg/m
182,773 297,794 485,294 258,150 420,607 685,434 403,559 657,524 1,071,520 51
83
135
72
117
190
112
183
298
0.85
1.38
2.25
1.20
1.95
3.17
1.87
3.04
4.96
Instalaciones Auxiliares Túnel Marcavalle Sistema de Ventilación - Criterios de Diseño •
El aire circulará desde el portal de salida hacia el portal de entrada, por efecto de la pvn.
•
El Túnel Marcavalle, por su longitud, requiere de un sistema de ventilación mecánico.
•
Dilución del monóxido de carbono, gases nitrosos y hollín a niveles máximos permisibles (200 ppm, 15 ppm y 1.5 mg/m3 respectivamente)
•
La demanda máxima corresponde al año 2020: Se requiere una velocidad de 5 m/s para la dilución del hollín (visibilidad)
•
Para emergencias (incendio en el túnel), se ha considerado una velocidad del aire de 8 m/s.
•
El sistema comprende 13 estaciones de ventilación equipadas con dos impulsores (jet-fans) de 1.5 m de diámetro externo cada una, espaciadas cada 100 m a lo largo del túnel.
Túnel Marcavalle Perfil del Sistema de Ventilación Distribución de las estaciones de ventilación a lo largo del Túnel Marcavalle
FLUJO DE AIRE
60 m
60 m
60 m
100 m
100 m
100 m
100 m
100 m
100 m
Portal de Entrada
150 m
Portal de Salida
Cada estación consta de dos impulsores (jet fans) de 1500 mm de diámetro externo, equpados con motores de 20 kW c/u y fijados a la bóveda del túnel
Túnel Marcavalle. Ubicación de Ventiladores Límite de la excavación
9.00 m
m .
Ventiladores de 1500 mm de diam. ext., espaciados cada 100 m a lo largo del eje del túnel
9.80 m
7.10 m
Iluminación - Criterios de Diseño •
Se diseñó para que el tráfico se aproxime, atraviese y salga del túnel a velocidad apropiada
•
La intensidad de la iluminación se definió por tramos, contados desde los portales.
Luminancia cd/m2 N° de lámparas de 91W
•
Acceso
Umbral (60m)
1raTransición (100m)
2da Transición (100m)
Interior
3,500
188
79
36
7
224x2
160x2
66x2
102
Las luminarias se instalarán colgadas de la bóveda del túnel a una altura de 5 m. sobre la calzada.
•
Luminarias tipo Vapor de Sodio de Baja Presión. Ali
tado
bandej
etálic
ubi
d
leta bajo pi
Túnel Marcavalle Agua Contra Incendio - Criterios de Diseño •
Se
seleccionó
un
sistema
aislado
provisto
de
2
tanques
de
abastecimiento de 60 m3 cada uno. •
Cuenta con 2 bombas de 500 GPM cada una, una accionada por un motor eléctrico y otra por un grupo diesel. Adicionalmente cuenta con una bomba jockey para mantener presión en el sistema.
•
Permite una presión mínima de 6 atm y abastecer hasta 1200 l/min
•
Se dispondrá cada 100 m, de gabinetes provistos de mangueras de 60 m cada una y de extintores de polvo seco.
•
El sistema está dimensionado para que 2 suministradores contiguos puedan abstecer hasta 1200 l/m a una presión de 0.6 a 1.2 MPa.
Túnel Marcavalle. Suministro Eléctrico •
Línea de transmisión de aproximadamente 1 km desde la SE Alambrón en Huaymanta, a 11KV, y que en el futuro operará a 10KV.
•
Para emergencias grupo diesel y sistema de baterías como back up.
•
La distribución será en tensiones de 480V y 230V.
•
El sistema está capacitado para abastecer una carga de hasta 850kW.
•
La demanda de iluminación será 105kW de día y 18kW de noche.
•
En emergencia, los 15min iniciales se abastecerán con baterías, posteriormente abastecerá el grupo diesel con autonomía de 24 horas.
Túnel Marcavalle. Seguridad y Control
•
Caseta de control
•
Sistema de detección de incendio
•
Sistema de detección de polución
•
Sistema de ventilación
•
Manual de mantenimiento
•
Sistema de control de altura de vehículo
ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL AREA DE INFLUENCIA INDIRECTA •
Ha sido establecida teniendo en cuenta los límites de las microcuencas
•
Su influencia ha sido determinada por la interacción de los parámetros bióticos, físicos y socioeconómicos
•
Comprende las provincias de Yauli (Yauli, Paccha, San Cristóbal de Sacco, La Oroya y Huayhuay) y Tarma (Tarma)
AREA DE INFLUENCIA DIRECTA Espacio geográfico que podría ser modificado o alterado en forma directa por las diferentes actividades a ejecutar por el proyecto durante sus diferentes fases (pre-ejecución, construcción, operación)
Principales Impactos Ambientales Túneles •
Incremento del ruido y partículas por acción de explosivos
•
Alteración de los lugares de nidificación
•
Construcción de accesos (Alteración de vegetación, riesgo de erosión)
•
Riesgo de deslizamientos y derrumbes
•
Incremento del riesgo de accidentes
•
Alteración de las actividades educativas (Túnel Shinca)
•
Interferencia con las actividades ferroviarias (Túnel Shinca)
•
Alteración de las condiciones socioeconómicas de La Oroya y poblaciones adyacentes
Medidas de Mitigación - Túneles •
Reacondicionamiento integral de los accesos construidos
•
Diseño específico para depósito de desmontes de la excavación
•
Traslado temporal de las actividades en escuela (Túnel Shinca)
•
Colocación de mallas de protección en lugares de trabajo (laderas)
•
Estructuración del Plan de Compensación a las afectaciones
•
Estructuración de previsiones para el tránsito ferroviario