TUNEL - Proyecto Manual de Carreteras Tuneles Muros y Ob Comp - Volumen I y II
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TNELES, MUROS Y
OBRAS COMPLEMENTARIAS
VOLUMEN I
PREFACIO
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
1
INTRODUCCIN
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
3
TNELES
GENERALIDADES ........................................................................................... 17
1. 1.- OBJETO DEL MANUAL ........................................................................... 17
1.2. ORGANIZACIN DEL MANUAL ................................................................ 17
1.2.1 GENERALIDADES ....................................................................................... 17
1.2.2 CAPTULOS ............................................................................................. 18
1.3. ABREVIATURAS ...................................................................................... 19
1.4. SISTEMA DE MEDIDAS ............................................................................ 19
1.5.CLASIFICACIN DE LOS TNELES ........................................................... 21
1.6. DEFINICIONES ....................................................................................... 22
1.7.-AMBITO DE APLICACION........................................................................ 37
2.DISEO GEOMETRICO DE TNELES PARA CARRETERA ............................... 39
2.1.GENERALIDADES. .................................................................................... 39
2.2.DISEO GEOMTRICO EN PLANTA........................................................... 40
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5
2.2.6
GENERALIDADES. ........................................................................... 40
CONSIDERACIONES DEL DISEO EN PLANTA. ..................................... 42
TRAMOS EN TANGENTE. ................................................................... 43
CURVAS CIRCULARES Y PERALTE. ...................................................... 44
CURVAS DE TRANSICIN. ................................................................ 44
VISIBILIDAD DE PARADA. ................................................................. 45
PENDIENTE. ................................................................................... 46
CURVAS VERTICALES. ...................................................................... 47
GENERALIDADES. ........................................................................... 67
CONSIDERACIONES DEL DISEO EN PLANTA. ..................................... 68
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
4
3.1.3
3.1.4
3.1.5
TERZAGHI. ....................................................................................150
LAUFFER. ......................................................................................153
DEERE ET ......................................................................................156
RSR ..............................................................................................157
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
6
5.3.4
CONTINUOS. .................................................................................173
CONVERGENCIA CONFINAMIENTO. ................................................174
EQUILIBRIO LMITE. .......................................................................174
BEDDED-BEAM-SPRING. .................................................................175
GENERALIDADES. ..........................................................................190
PERFORACIN Y MAQUINARIA DE PERFORACIN. ...............................192
EXPLOSIVOS. ................................................................................194
VOLADURAS. .................................................................................195
VIBRACIONES. ...............................................................................198
DESESCOMBRO Y SANEO.................................................................199
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
7
FABRICACIN. ...............................................................................219
TRANSPORTE. ................................................................................222
SISTEMAS DE PROYECCIN. ............................................................223
ACELERANTES DE FRAGUADO. .........................................................227
PUESTA EN OBRA. ..........................................................................230
9.2.3.1
9.2.3.2
9.2.3.3
GENERALIDADES. ..........................................................................281
CONCRETO LANZADO. ....................................................................281
CONCRETO PREFABRICADO. ............................................................283
REVESTIMIENTOS CONCRETO REFORZADO........................................284
10.3.DRENAJE.
........................................................................................ 285
PAVIMENTO. ..............................................................................286
ELEMENTOS LATERALES. .............................................................287
11.PORTAL
............................................................................................ 289
GENERALIDADES. ..........................................................................293
MEDIDAS DE CORRECION Y PROTECCION DEL TALUD ..........................294
MEDIDAS DE REFUERZO EN TNELES................................................298
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
9
TNEL. ...................................................................................321
VENTILACIN. ...............................................................................349
INSTALACIN ELCTRICA................................................................352
INSTALACIN DE AIRE COMPRIMIDO. ...............................................353
IMPERMEABILIZACIN. ...................................................................358
CONCRETO IN-SITU. .......................................................................358
ELEMENTOS PREFABRICADOS. .........................................................359
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
10
13.9.HIGIENE..
13.9.1
13.9.2
13.9.3
........................................................................................ 368
..................................................................................... 374
ZONAS DE ACCESO.........................................................................380
ZONA DE UMBRAL. .........................................................................380
ZONA DE TRANSICIN. ...................................................................380
ZONA INTERIOR. ............................................................................380
ZONA DE SALIDA............................................................................380
SITUACIN. ..................................................................................388
DISPOSICIN. ...............................................................................389
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
11
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
12
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
14
TOMO I
PRIMERA PARTE
EL PROYECTO EN TNELES
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
15
CAPITULO 1
GENERALIDADES
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
16
CAPITULO 1
MANUAL DE TNELES, MUROS Y OBRAS COMPLEMENTARIAS
MANUAL DE TNELES
GENERALIDADES
1. 1.- OBJETO DEL MANUAL
Los aspectos tratados en este documento son tanto normativos como de
recomendacin general. Abarca exclusivamente temas de diseo, construccin,
conservacin y operacin relativos a tneles de carreteras en reas rurales.
Este Manual no es un texto de estudio, ni tampoco puede sustituir la experiencia
y el buen criterio que debe ser parte integral del arte de la ingeniera. Las
frmulas, bacos y tablas que se incluyen tienen por objeto una solucin rpida
de los problemas que se presenten en gabinete o en obra, cuando estos no se
encuentran con facilidad en los textos de estudio de caminos.
La normativa, recomendaciones y metodologas generales presentadas en este
Manual, estn orientadas a facilitar la labor del Ingeniero proyectista y ejecutor
para a conseguir una razonable uniformidad en los diseos y procesos de
construccin. En ningn caso el contenido del manual reemplaza el conocimiento
de los principios bsicos de la ingeniera ni a un adecuado criterio profesional.
Aun cuando los aspectos tratados en el Manual se centran en vas rurales, se
presentan algunas consideraciones a tener en cuenta al atravesar stas, por
zonas urbanas y/o suburbanas, debiendo concordarse las mismas con la
normativa vigente en stas reas, a fin de armonizar las necesidades
geomtricas de la va con las necesidades urbanas.
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
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Volumen I
Tneles.
Tomo I: Proyecto.
Tomo I: Ejecucin.
Tomo III: Mantenimiento y costos del proyecto.
Volumen II
de Tneles
caractersticas
geomtricas,
geolgicas,
hidrogeolgicas,
estructurales,
1.2.2 Captulos
La numeracin abierta empleada en este Manual permite actualizar aspectos de
l, agregar secciones o modificar parte de su contenido, manteniendo la vigencia
general. Se pretende que ste como los dems volmenes del Manual se
mantenga concordante con los avances tecnolgicos.
Abarcan una serie de aspectos anlogos referentes a un tema especifico, todos
ellos compatibles con el genrico del Capitulo al que pertenecen.
Las tablas, figuras y fotografas llevan la numeracin completa del nivel que le
corresponde con la numeracin consecutiva.
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
18
1.3. ABREVIATURAS
Las abreviaturas utilizadas en el Manual de Tneles, Muros y Obras
Complementarias (MT-2014), en todos sus volmenes, representan lo que se
indica a continuacin:
FHWA
MTC
PNP
SI
CETU
Ampere
Corriente elctrica
Cd
Candela
Intensidad luminosa
Grado Celsius
Temperatura
Gramo
Masa
Hora
Tiempo
Henry
Inductancia
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
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Ha
Hectrea
rea
Hz
Hertz (s-1 )
Frecuencia
Joule (N.m)
Energa, trabajo
Kelvin
Temperatura
Litro
Volumen
Lx
Lux
Iluminacin
Metro
Longitud
metro cuadrado
rea
metro cbico
Volumen
Min
N
Minuto
Tiempo
2
Newton (Kg.m/s )
2
Fuerza
Pa
Pascal (N/m )
Presin
Segundo
Tiempo
Tonelada
Masa
voltio (W/A)
Potencial elctrica
watt (J/s)
Ohm (V/A)
Resistencia elctrica
Grado angular
Angulo plano
'
Minuto angular
Angulo plano
"
Segundo angular
Angulo plano
Exa
10 18
Peta
10 15
Tera
10 12
Giga
10 9
Mega
10 6
Kilo
10 3
Centi
10 -2
Mili
10 -3
Micro
10 -6
Nano
10 -9
Pico
10 -12
Femto
10 -15
Atto
10 -18
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
20
1.5
USOS
CARRETERAS
SECCIN
MATERIAL
ROCA
GEMELOS
FERROCARRILES
SUELO
MULTIPLES
HIDRAULICOS
ARTIFICIAL
AISLADOS
OTROS
OTROS
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
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1.6. DEFINICIONES
Para obtener una interpretacin uniforme del Manual de Tneles, Muros y Obras
Complementarias que presentamos, se ha visto conveniente la formulacin de
un vocabulario en el que figuran trminos que pueden tener varias acepciones
en el lenguaje comn, con el fin de que sean entendidos de acuerdo con la
definicin que se expone.
ACCIN OFENSIVA
Puede denominarse as al avance de los bomberos con mangueras (u otros
medios de extincin) con la intencin de apagar directamente el fuego.
Sinnimo: Ataque ofensivo
ACELERADOR
Ventilador, generalmente situado bajo el techo del tnel, que transmite un
impulso al aire del tnel.
AGENTE DE MANTENIMIENTO
Agente del organismo de explotacin del tnel encargado de las tareas
especficas de mantenimiento de las instalaciones tcnicas de los tneles.
AGENTE QUE FORMA UNA PELICULA AISLANTE
Espuma que forma una pelcula delgada de agua sobre la superficie de lquidos
en combustin de forma que los gases voltiles combustibles no puedan escapar
y arder. Esta pelcula delgada de agua refrigera tambin la superficie de las
materias combustibles.
ALARMA
Accin de transmitir la ocurrencia de un suceso a un receptor (el operador del
tnel).
Nota: Puede ser humana (usuario desde un telfono de emergencia) o depender
de un equipo o sistema (nivel de CO, deteccin automtica de incidentes).
ALERTA
Accin de informar de la necesidad urgente de intervencin. Nota: el operador
del tnel alerta a los servicios de emergencia exteriores o interiores (si los hay)
(especialmente en tneles largos con mucho trfico).
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
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ALTURA DE CONSTRUCCIN
Distancia vertical entre el punto ms alto del pavimento y el techo, incluyendo el
glibo libre, la tolerancia de
equipos.
ANLISIS CUANTITATIVO DE RIESGOS (ACR)
Mtodo de anlisis de riesgos basado en clculos numricos.
ANLISIS DE ESCENARIOS
Anlisis de las consecuencias de una variedad de accidentes que pueden ocurrir
en un tnel.
ANLISIS DE LA SEGURIDAD
Uso sistemtico de la informacin disponible para identificar los riesgos y estimar
el nivel de seguridad.
ANLISIS DE LAS CONSECUENCIAS
Procedimiento sistemtico de descripcin y/o clculo de las consecuencias.
ANLISIS DE RIESGOS
Uso sistemtico de la informacin disponible para identificar los peligros y
estimar los riesgos (ISO IEC 51).
ANLISIS PROBABILSTICO
Procedimiento sistemtico de descripcin/clculo de la probabilidad de
ocurrencia de un determinado suceso.
ANALIZADOR DE MONXIDO DE CARBONO
Instrumento que mide la concentracin de CO en el aire.
ATAQUE INICIAL
Ver "primer escaln de intervencin"
AUTO RESCATE
Acciones de los usuarios del tnel para abandonar una zona o situacin
peligrosa sin ayuda profesional (de bomberos o de personal de rescate, por
ejemplo).
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
23
BLEVE
Liberacin repentina de lquido en ebullicin o vapores en expansin como
consecuencia de la rotura catastrfica de un recipiente que contiene gas lquido
a presin.
Nota el suceso puede dar lugar a bolas de fuego, explosin, proyectiles y,
eventualmente, a nubes de vapores txicos.
BOCA (PORTAL)
Entrada o salida de un tnel.
BOQUILLA DE ASPIRACIN
Apertura de un conducto de ventilacin que aspira aire viciado, humo y/o gases
calientes del tnel y/o de las galeras de evacuacin.
BSQUEDA
Conjunto de acciones para localizar a las vctimas en peligro.
BSQUEDA Y RESCATE
Proceso de bsqueda de vctimas en un tnel y de su evacuacin a un lugar
seguro.
CADENA DE SALVAMENTO
Ver "organizacin de bsqueda y rescate"
CAMINO DE ESCAPE
Itinerario sealizado que permite, en caso de urgencia, un acceso fcil y seguro
al aire libre o a un refugio.
COEFICIENTE DE EXTINCIN (DEL HUMO)
Coeficiente (en m-1) que mide la reduccin de la intensidad luminosa (debida al
humo) por unidad de longitud.
COEFICIENTE DE TRANSMISIN
Factor a dimensional que expresa la prdida de intensidad de un haz luminoso
despus de haber recorrido un medio semitransparente a causa del humo.
COMPORTAMIENTO BASADO EN LA EXPERIENCIA
El comportamiento basado en la experiencia se caracteriza por el hecho de que
requiere poco o ningn control consciente para realizar o ejecutar una accin
cuando se adopta su intencin.
Notas: 1. La ejecucin es regular y automtica, y se compone de una serie de
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
24
pautas muy bien integradas cuyo dominio descansa sobre todo sobre las
competencias.
2. Ejemplo: un conductor experimentado al volante de su vehculo.
CONDUCTO SECUNDARIO
Pequeo conducto en el hastial de un tnel para llevar el aire fresco desde un
conducto de ventilacin en la bveda hasta el nivel de la calzada.
CONSECUENCIA
Resultado de un suceso con daos a la salud humana, a las cosas o al medio
ambiente.
CRITERIOS DE RIESGO
Elementos de referencia para valorar los resultados del anlisis de riesgos.
Nota: los criterios estn basados generalmente en la experiencia y/o en
conocimientos tericos y se utilizan como base para la definicin del riesgo
tolerable.
CURVA FN
Representacin grfica caracterstica de un riesgo social. Las ordenadas
representan la frecuencia acumulada de N o ms unidades de consecuencias
(por ejemplo muertes) y las abscisas representan la correspondiente
consecuencia.
DETECCIN
Accin de reconocer la ocurrencia de un suceso. .
Nota: puede ser humana (vista, odo, olfato) o depender de un sistema (calor,
porcentaje de CO, deteccin automtica de incidentes).
EFECTO DE "AGUJERO NEGRO"
Efecto debido a un ambiente muy luminoso que hace aparecer la boca del tnel
como un agujero negro.
EFECTO PISTN
Fuerza producida por el movimiento de los vehculos sobre el aire del tnel.
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GLIBO MNIMO
Altura (en parada) del vehculo ms alto autorizado para circular en el tnel mas
una tolerancia cinemtica vertical para tener en cuenta sus movimientos en
marcha.
GESTIN DE LA SEGURIDAD
Proceso sistemtico llevado a cabo por la organizacin que gestiona el tnel
para alcanzar, y mantener, un nivel adecuado de seguridad.
GESTIN DE RIESGOS
Proceso sistemtico llevado a cabo por un organismo para alcanzar, y mantener,
un nivel tolerable de riesgos.
GESTOR DEL TNEL
Organismo pblico (nacional, regional o local), privado o mixto, pblico-privado,
o persona designada por este que es responsable de la gestin de un tnel.
Nota: en muchos pases el gestor del tnel es su propietario.
HASTIAL
Pared lateral de una obra subterrnea
IDENTIFICACIN DE PELIGROS
Procedimiento de reconocimiento de los peligros y definicin de sus
caractersticas bsicas.
INCENDIO DE PROYECTO
Descripcin cuantitativa de las caractersticas de un incendio determinado
usado para el dimensionamiento de las instalaciones.
INCIDENTE
Suceso anormal e imprevisto (incluyendo los accidentes) con efectos
desfavorables sobre la explotacin o la seguridad de un tnel
INSTALACIN DE AGUA NEBULIZADA
Fijo de lucha contra incendios a alta presin que expulsa pequeas gotas de
agua con una gran cantidad de movimiento.
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NICHO DE SEGURIDAD
Nicho en la pared del tnel que contiene equipamientos de seguridad para ser
utilizados por los usuarios del tnel.
NICHO PARA EMERGENCIAS
Nicho en la pared de un tnel que contiene equipamientos para ser utilizados por
los servicios de socorro.
OFICIAL DE ENLACE
1) Miembro directivo de los servicios de emergencia responsable de la
interaccin con los representantes de la operacin del tnel y con otros servicios
de emergencia.
2) Oficial de la organizacin de control de incidentes que se relaciona con otros
organismos o servicios.
OPACMETRO (TRANSMISIOMETRO)
Aparato para medir la opacidad del aire.
Nota: un transmisimetro es un opacmetro que mide la capacidad de
transmisin del aire.
PARALUMEN
Conjunto de vigas horizontales destinadas a reducir progresivamente la luz
diurna antes de la entrada de un tnel, a fin de eliminar el efecto de "agujero
negro" y de limitar la potencia de la iluminacin artificial en la zona de entrada.
PERCEPCIN
Proceso
de
adquisicin,
interpretacin,
seleccin
organizacin
de
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PERSONAL DE CONTROL
Todo el personal dedicado a la gestin del trfico y/o de las instalaciones
tcnicas.
PERSONAL DE MANTENIMIENTO
Todos los empleados encargados del mantenimiento de las instalaciones
tcnicas del tnel.
PERSONAL DE PRIMERA INTERVENCIN
Todos los empleados encargados de asegurar la seguridad de los usuarios
afectados por un incidente.
PLAN DE EMERGENCIA (GENERAL)
1) Documento que describe la organizacin, los responsables, las acciones y los
procedimientos a realizar en una situacin de crisis o de urgencia.
2)
Respuesta
especfica
planificada
un
suceso
posible.
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Volumen I JUNIO 2014
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REDUCCIN DE RIESGOS
Acciones tomadas para reducir la probabilidad y/o las consecuencias asociadas
a un riesgo
REDUCCIN DEL FUEGO
Aplicacin de un agente de lucha contra incendios para reducir las llamas.
Nota: la mayora de los incendios de vehculos necesitarn otras acciones para
su extincin total.
REJILLAS DE VENTILACIN
Serie de lminas horizontales que permiten la entrada de aire y de luz en el tnel
pero impiden la entrada de lluvia.
REPUESTA (SINNIMO: INTERVENCIN)
Accin de evaluacin de los riesgos e impactos debidos a una situacin de
urgencia y de despliegue de los medios a un nivel adecuado para limitar y
controlar la situacin.
Notas: 1. Adems de tener en cuenta la seguridad de las vidas humanas y la
evacuacin, la respuesta tambin incluye las polticas, procedimientos y
acciones a realizar en caso de urgencia.
2. La respuesta es tambin la serie de medidas a tomar por los equipos de
socorro inmediatamente despus del suceso calamitoso.
RESPONSABLE DE LA EXPLOTACIN
Persona fsica que es responsable de la explotacin de un tnel.
REVESTIMIENTO DEL HASTIAL
Elemento que constituye el acabado del hastial del tnel (incluyendo paneles
prefabricados, pintura o nada).
RIESGO
Combinacin de la probabilidad de ocurrencia de un dao y de la severidad de
sus consecuencias (ISO IEC 51).
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RIESGO INDIVIDUAL
Riesgo de una persona concreta (expresado habitualmente como la probabilidad
de ser herido o morir).
RIESGO RESIDUAL
Riesgo remanente despus de la implantacin de medidas de proteccin.
RIESGO SOCIAL
Riesgo relevante para la sociedad, normalmente expresado como un nmero
probable de fallecimientos segn una curva FN.
RIESGO TOLERABLE
Riesgo aceptado en un contexto dado en base a los valores de la sociedad (ISO
IEC 51).
SALIDA DE SOCORRO
Salida que conduce a (por) un itinerario protegido o a un lugar seguro.
SALVAMENTO
Conjunto de las acciones para localizar a personas en peligro inmediato en una
emergencia, para sacarlas del peligro, asegurando el tratamiento mdico de los
heridos y su transporte a un hospital o clnica adecuados a su patologa.
SEGUNDO ESCALN DE INTERVENCIN
Elementos de refuerzo de la intervencin, de logstica, y otros equipos
especializados movilizados para apoyar las operaciones en curso.
SEGURIDAD
Ausencia de riesgos inaceptables (ISO IEC 51).
SEAL DE INDICACIN DE CARRIL
Seal especfica (flecha o cruz) sobre un panel ereo (tipo prtico) que indica el
estado (abierto o cerrado de un carril de circulacin
SERVICIO DE AYUDA
Organizacin o servicio que presta ayudas indirectas, no especficamente
tcticas, de apoyo o recursos; para la resolucin de los efectos de un suceso
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fijo
de
lucha
contra
incendios
diseado
para
ser
activado
automticamente por el fuego, boquilla a boquilla, para echar agua en las zonas
en que sea necesario.
Sinnimo: spinklers
SISTEMA FIJO DE LUCHA CONTRA INCENDIOS
Sistema, fijo al tnel, que consiste, al menos, en un conjunto de tuberas y de
boquillas de descarga, para reducir la emisin de calor y el crecimiento de un
incendio mediante la emisin de un agente extintor en todo o una parte del tnel.
SISTEMAS DE "DILUVIO"
Sistema de lucha contra incendios abierto y tele comandada por zonas.
Nota: su funcionamiento puede ser automtico o manual.
SITUACIN CRTICA
Situacin en un tnel que requiere una atencin o una accin especfica por
parte de los usuarios (congestin, vehculo averiado, accidente, incendio).
SITUACIN NORMAL (DE TRFICO)
Las condiciones del trfico son tales que no es necesaria ninguna informacin ni
advertencia a los viajeros.
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SUCESO
Ocurrencia, o cambio, de una serie especfica de circunstancias.
TCTICAS (O ACCIONES) DEFENSIVAS
Acciones de lucha contra el incendio mediante la proteccin de los elementos y
personas en peligro cuando se estima que la aproximacin al incendio sera muy
peligrosa para los bomberos.
TOLERANCIA VERTICAL
Distancia vertical entre la altura libre y la altura libre mnima, necesaria para
tener en cuenta los errores de nivelacin de la construccin, los refuerzos futuros
eventuales del pavimento, la proteccin de los equipos, etc.
TNEL
Tramo de carretera largo y cubierto.
TNEL DE GLIBO REDUCIDO
Tnel reservado a vehculos de altura inferior a una altura dada predefinida.
TUNEL SUMERGIDO
Tnel construido con elementos prefabricados en otra parte (por ej. un dique
seco). Los elementos se transportan flotando, se sumergen y se ajustan en una
zanja preparada previamente en el fondo del lecho del ro o del brazo de mar a
franquear.
URGENCIA
Suceso inesperado y repentino que requiere una accin inmediata debido a los
daos a la salud humana, a las cosas o al medio ambiente.
USUARIO DEL TNEL
Conductor o pasajero de un vehculo en un tnel.
VALOR ESPERADO (SINNIMO: ESPERANZA MATEMTICA)
Representacin numrica caracterstica del riesgo social como la suma de las
frecuencias/probabilidades de cada evento o escenario multiplicadas por sus
correspondientes consecuencias.
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VELOCIDAD CRTICA
Velocidad mnima, del flujo de aire en direccin al incendio en un tnel o una
galera, que impide el retroceso del humo.
VELOCIDAD DE CRECIMIENTO DE LA POTENCIA TRMICA
Velocidad de crecimiento de la emisin de calor de un fuego en funcin del
tiempo (W/s).
VENTILACIN LONGITUDINAL
Mtodo de ventilacin que consiste en crear una corriente longitudinal de aire en
el tnel para diluir los contaminantes o para empujar el humo en una direccin.
VENTILACION NATURAL
Corriente de aire creada en un tnel por las condiciones exteriores como viento,
y diferencias de presin atmosfrica, y de altura entre las bocas.
VENTILACIN SEMITRANSVERSAL
Sistema de ventilacin con capacidad para insuflar aire fresco en un tnel, o para
extraer aire viciado, uniformemente en toda la longitud de un tnel.
VENTILACIN TRANSVERSAL
Sistema de ventilacin en el que la aportacin de aire fresco y la extraccin de
aire viciado, humos y gases calientes, puede realizarse en la misma seccin del
tnel.
ZONA DE ENTRADA (PARA ILUMINACIN)
Zona a la entrada del tnel en la que, durante el da, los niveles de iluminacin
estn reforzados (y decrecen progresivamente hacia el interior).
ZONA FUERA DE LA CALZADA
Zona comprendida entre las marcas de borde de la calzada y el hastial del tnel
(incluye la marca lateral de la calzada y la acera).
ZONA INTERIOR (ILUMINACIN)
Zona situada a tal distancia de la entrada cuyos niveles requeridos de
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1.7.-AMBITO DE APLICACION
El Manual de Tneles, Muros y Obras Complementarias es de aplicacin en:
1. Las Carreteras del Sistema Nacional de Carreteras (SINAC), que se jerarquiza
en las siguientes tres redes viales: Red Vial Nacional, Red Vial Departamental o
Regional y Red Vial Vecinal.
2. En diseo de nuevas carreteras y de mejoramientos Tneles, Muros y Obras
Complementarias de carreteras.
3. En proyectos de reconstruccin Tneles, Muros y Obras Complementarias de
carreteras.
4. En proyectos de refuerzo de Tneles, Muros y Obras Complementarias de
carreteras.
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CAPITULO 2
DISEO GEOMETRICO DE
TNELES PARA CARRETERAS
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38
2.1
GENERALIDADES.
Los tneles difieren de otras vas, tales como caminos de superficie, en los
aspectos.
Es un parmetro de entrada en el diseo de la carretera (sobre todo
en perfil).
No tiene actividad lateral.
Las diferencias estacionales son menos marcadas.
Igual iluminacin de da y de noche con excepcin de los portales de
entrada.
El diseo geomtrico del tnel es de gran importancia, tanto desde el
punto de vista del usuario como desde el punto de vista de la
construccin y del mantenimiento del tnel.
La seccin tipo suele obedecer ms a aspectos propios del tnel
(geologa, mtodo constructivo, instalaciones, seguridad, etc.) que a
datos generales de la carretera, por lo que se puede independizar del
resto de la misma.
Se prohbe el adelantamiento en tneles bidireccionales.
Pendiente longitudinal limitada.
El diseo en planta y perfil del tnel dependen del diseo geomtrico del
resto de la carretera y de las caractersticas de sta, con la que tiene que
mantener la homogeneidad
La velocidad de circulacin de los vehculos dentro del tnel determinar el
diseo geomtrico del trazo correspondiente, que se har de acuerdo con lo
establecido en el Manual de Carreteras: Diseo Geomtrico (DG-2013) en la
Seccin 204 del captulo 2.
La velocidad mxima de circulacin dentro del tnel ser la que corresponde
a la velocidad del proyecto de la carretera reducida en 20 km/h, as como la
velocidad de los vehculos pesados no experimentes descenso mayores a 25
km/h.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
39
2.2
2.2.1
GENERALIDADES.
A) PORTALES:
Se recomienda que el trazado de la aproximacin al tnel sea tal que el
portal de ste sea visible por el conductor 15 segundos antes de llegar hasta
ella, en cualquier circunstancia. Es decir, si V es la velocidad de proyecto de
la carretera en Km/h, la portal debe ser visible desde una distancia mnima
dada por la expresin:
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
40
d2
R=
8e
El valor de e depender de los anchos de bermas y veredas adoptadas para la
seccin tipo del tnel, y es distinto segn sea la curva a derecha o a izquierda.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
41
2.2.2
Para
el
diseo
de
estos
elementos
se
seguirn
las
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
42
FUENTE: Propia
2.2.3
TRAMOS EN TANGENTE.
Lmn..s = 1.39 xV
Lmn..o = 2.78xV
Siendo:
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
43
L max = 6.7 xV
2.2.4
2.2.5
CURVAS DE TRANSICIN.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
44
curvatura del trazado, por lo que en si diseo debern ofrecer las mismas
condiciones de seguridad, comodidad y esttica que el resto de elementos
de trazado, las longitudes y parmetros mnimos se muestran en la Tabla
302.10 del Manual de Carreteras: Diseo Geomtrico (DG-2013).
2.2.6
VISIBILIDAD DE PARADA.
2.3
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
45
2.3.1
PENDIENTE.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
46
2.3.2
CURVAS VERTICALES.
Manual de Carreteras:
2.4
COORDINACIN ENTRE LA ALINEACIN HORIZONTAL Y EL
PERFIL LONGITUDINAL.
El alineamiento horizontal y el perfil longitudinal de la carretera debern estar
coordinados de forma que el usuario pueda circular por ella de manera
cmoda y segura.
Concretamente, se evitar que se produzcan prdidas de trazado, definida
sta como el efecto que sucede cuando el conductor puede ver, en un
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
47
2.5
SECCIN TRANSVERSAL.
En el dimensionamiento de la seccin transversal de un tnel entran en juego
diversos factores: ancho necesario para la circulacin del trfico, glibo
necesario para la circulacin de los vehculos, ancho de las
veredas,
2.5.1
ANCHO DE PLATAFORMA.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
48
Los anchos del carril y bermas del tnel sern las establecidas en el Manual
de Carreteras: Diseo Geomtrico (DG-2013) con algunas modificaciones
establecidas en las siguientes secciones:
FUENTE: Propia
Para los tneles en los que la velocidad est limitada o controlada mediante
sealizacin variable, con trfico poco intenso (saturacin a ms de 20 aos)
o en terrenos geolgicamente desfavorables se podr justificar la reduccin a
una seccin ms estricta no inferior a:
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
49
FUENTE: Propia
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
50
FUENTE: Propia
Manual de Carreteras
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51
FUENTE: Propia
FUENTE: Propia
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
52
FUENTE: Propia
FUENTE: Propia
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
53
Seccin reducida
Figura 2.5.1-8.- Berma 1,0 m + 2 carriles de 3.0 m+ zona
intermedia 0,5 m + berma 1,0 m = 8,5 m
FUENTE: Propia
2.5.2
GLIBO.
FUENTE: Propia
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
54
DE
UNA
GALERIA
2.5.3
ANCHO EN VEREDAS.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
55
Pared tnel
1,25 m
1,50 m
1,75 m
0,44 m
Acera
calzada
Espacio necesario para un
hombre en movimiento entre muros
(10 % de margen con respecto a un
hombre parado)
0,69 m
0,75 m
Margen suplementario
0,06 m(10% de margen con respecto
a un hombre parado para
tener en cuenta el efecto acera)
El bordillo puede ser rebasable o no. En general la tendencia actual es hacia los
bordillos rebasables, de altura inferior a 15 cm, para reducir el efecto pared,
permitir un sobreancho en caso de vehculos averiados o distraccin del
conductor y tambin para permitir la circulacin de los vehculos de
mantenimiento del tnel.
2.5.4 INSTALACIONES.
La ubicacin de las instalaciones se debe tener en cuenta al dimensionar la
seccin tipo. La mayor influencia es la debida a la ventilacin. Si se trata de
ventilacin longitudinal se debe dejar sitio suficiente en la clave para los
ventiladores, teniendo en cuenta que su dimetro llega hasta los 1.50 metros;
con ventilacin transversal o semitransversal debe disponerse un falso techo y
una seccin suficiente para los caudales de aire fresco y viciado que se
requieran (vase el captulo 15 sobre Ventilacin).
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
56
2.5.5
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
57
FUENTE: Propia
FUENTE: Propia
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
58
FUENTE: Propia
En tneles revestidos con anillo de concreto hay que tener en cuenta que los
encofrados son rectos, por lo que si el tnel es de planta curva se produce
una prdida de ancho til que viene dada por la siguiente expresin:
en
tneles
largos
(mayores
de
1000
metros).
Las
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
59
2.6.1
CONEXIONES TRANSVERSALES.
EVACUACIN DE PEATONES
En el caso de que la circulacin quede detenida dentro del tnel hay que
prever un posible escape para peatones. En el caso de un tnel nico deber
hacerse necesariamente por las aceras del mismo; en el caso de tneles
dobles unidireccionales se recomienda construir galeras de unin entre
ambos, cada 400-500 metros, de dimensiones mnimas 1.40 x 2.60 metros.
En caso de incendio este diseo permite a los peatones abandonar el tnel
lleno de humo y escapar por el otro tubo. En la figura 2.6.1-1 se muestra una
seccin tipo para esta galera.
FUENTE: Propia
EVACUACIN DE VEHCULOS
Tambin se recomienda habilitar, en el caso de tnel con doble tubo, galeras
de conexin entre tubos para vehculos cada 1000 metros, de dimensiones
mnimas 4.0 x 3.5 metros. Un ejemplo de seccin tipo se muestra en la figura
2.6.1-2.
Auxilio
TUBO de SALIDA
Luz roja
Tunel bloqueado
Centro de intervencin
0,5
5 minimo
0,5
2.6.2
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
61
DISPOSICION EN PLANTA
1000 m
4m
PLANTA DETALLE A
Sealizacin estacionamiento
Extintores
Poste SOS
Hidrantes
SECCIN DETALLE A
Vereda
Ancho calzada
Vereda
4.0 m
Vereda
2.6.3
NICHOS DE AUXILIO.
Los nichos albergan diversas instalaciones de seguridad: poste SOS,
extintores, hidrantes, etc.; estarn situados a intervalos no superiores a
150 metros (Directiva europea de Seguridad en tneles). Un esquema
tpico es el de la figura 2.6.3-1.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
62
FIGURA
2.6.3
NICHOS DE SEGURIDAD.
NICHOS
DE-1.AUXILIO
Panel de sealizacin
del nicho
Telfono comunicaciones
2.00 minimo
0,70 m
2,00 minimo
Panel de sealizacin
del nicho
Telfono comunicaciones
2,00 minimo
0,50 minimo
2,00 minimo
conduccin agua
Fuente: Centro de Estudios de Tneles de Francia (CETU)
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
63
800 - 1000 m
400 - 500 m
800 - 1000 m
400 - 500 m
2,60
1,40 minimo
0,5
5 minimo
0,5
SECCIN B
GALERIA PARA VEHICULOS
SECCIN A
GALERIA PARA PEATONES
Auxilio
TUBO de SALIDA
Luz roja
Tunel bloqueado
Centro de intervencin
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
64
Extintores
Poste SOS
Hidrantes
40 m
Sealizacin estacionamiento
15 m
4m
Vereda
Ancho calzada
15 m
Vereda
4.0 m
Vereda
2.7
CARTOGRAFA Y TOPOGRAFA.
La georeferenciacin deber ser elaborada en el sistema WGS84,
estableciendo en cada uno de ellos sus coordenadas UTM
Deber implementar equipos de topografa necesario, capaz de trabajar con
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
65
CAPITULO 3
DISEO GEOMETRICO DE
TNELES PARA
FERROCARRILES
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
66
3.
3.1
3.1.1
GENERALIDADES.
El trazado en planta viene determinado, generalmente, por
el trazo
R=
d2
8e
3.1.2
Fuente: Propia
3.1.3
TRAMOS EN TANGENTE.
A diferencia de las carreteras la rigidez del trazado constituye una
caracterstica bsica del ferrocarril como modo de transporte.
Al realizar el estudio de un trazado ferroviario, en contra de lo que ocurre
en la carretera, es imposible pensar que cada conductor pueda modificar
su trazado y adaptar, dentro de unos lmites, los parmetros de trazado
en el momento de realizar el recorrido, modificando incluso su velocidad
segn la percepcin de seguridad o confort.
En el caso del trazado ferroviario, se establecen longitudes mnimas en
tangentes entre clotoides para permitir una amortiguacin suficiente del
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
69
3.1.4
CURVAS CIRCULARES Y PERALTE.
La longitud mxima del radio de la curva y de la transicin permitida
respetando las restricciones del diseo del trazado de la va se debera
utilizar donde sea posible.
El lmite normal del radio es 190 m. y excepcionalmente, 150 m. Estos
radios pequeos tendrn como resultado una velocidad permitida inferior
a 80 km/h.
Los parmetros que se deben considerar al determinar el radio mnimo de
la curva son:
- Las velocidades mximas y mnimas
- El peralte aplicado
- Los lmites de insuficiencia y exceso de peralte.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
70
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
71
En los ferrocarriles el peralte en los tramos rectos debe ser nulo y en los
elementos circulares constante. La transicin de peralte de la tangente al
crculo se materializa en las curvas de transicin. Desde cero, hasta el valor
del peralte elegido para el crculo.
El peralte se debe lograr manteniendo el hilo ms bajo en la cota que marca
el perfil longitudinal, elevando el otro hilo lo necesario para lograr el peralte.
El valor del peralte ms adecuado en los tramos circulares depende de la
velocidad de circulacin de los trenes, que no es un parmetro constante.
El peralte de la va en las curvas debe evitar los siguientes problemas,
aunque el factor ms crtico ser la incomodidad de los pasajeros.
- Los esfuerzos transversales que produce la fuerza centrfuga a la entrada y
salida de las curvas, unido a los movimientos de lazo puede producir el
descarrilamiento o vuelco.
- La fuerza centrfuga produce un desgaste desigual en los rieles, ya que
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
72
Con estos datos podemos obtener una tabla con los radios mnimos para
distintas velocidades mximas de proyecto y sus correspondientes
velocidades mnimas admisibles de trenes lentos:
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
73
3.1.5
CURVAS DE TRANSICIN.
En ferrocarriles se debe perseguir que la curva de enlace sea lo ms corta
posible; con ello se pueden evitar ciertos gastos de construccin y
conservacin.
Sin embargo se imponen limitaciones:
Variacin del peralte respecto longitud.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
75
3.2
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
76
Fuente: Propia
3.2.1
GRADIENTE DE LA VA.
3.2.2
CURVAS VERTICALES.
Siendo V = Velocidad
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Volumen I JUNIO 2014
77
3.3
COORDINACIN ENTRE LA ALINEACIN HORIZONTAL Y EL
PERFIL LONGITUDINAL.
El alineamiento horizontal y el perfil longitudinal del ferrocarril debern estar
coordinados de forma que el usuario pueda circular por ella de manera
cmoda y segura.
Concretamente, se evitar que se produzcan prdidas de trazado, definida
sta como el efecto que sucede cuando el conductor puede ver, en un
determinado instante, dos tramos de carretera, pero no puede ver otro
situado entre los dos anteriores.
Esta situacin es muy difcil que ocurra en el interior de un tnel, ya que la
visual queda interrumpida por las paredes y/o techo.
En los ferrocarriles los cambios de gradiente (pendiente) deben estar
situados normalmente en rectas y solamente excepcionalmente en curvas
circulares. La curva vertical nunca debe coincidir con una curva de transicin
horizontal.
3.4
SECCIN TRANSVERSAL.
3.4.1
ANCHO DE PLATAFORMA.
3.4.2
GLIBO.
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78
3.4.3
ANCHO EN VEREDAS.
Manual de Carreteras
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79
3.4.4
INSTALACIONES.
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80
Manual de Carreteras
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81
Fuente: Propia
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82
3.4.5
3.4.5.1
DOBLE VA.
Fuente: Propia
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83
Manual de Carreteras
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84
3.4.5.2
VA UNIDIRECCIONAL
Fuente: Propia
3.5
ELEMENTOS DE SEGURIDAD.
3.5.1
SALIDAS DE EMERGENCIA A LA SUPERFICIE LATERAL
Y/O VERTICAL.
Segn la directiva europea se seguridad en tneles, deber haber este tipo de
salidas, como mnimo, cada 1000 m.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
85
altura.
Si la salida de emergencia ha de funcionar tambin como acceso principal
para los servicios de rescate la apertura deber ser de 2,25 m de ancho por
2,25 m de alto.
En el caso de pozos (salidas verticales) la profundidad mxima ser de 50 m.
Los mayores de 30 m., adems de escaleras, dispondrn de ascensores de
emergencia, siendo recomendable instalarlos tambin en los de ms de 15 m.
Todas las salidas estarn equipadas con iluminacin y seales.
Fuente: Propia
3.5.2
Fuente: Propia
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
86
3.5.3
3.6
CARTOGRAFA Y TOPOGRAFA.
La georeferenciacin deber ser elaborada en el sistema WGS84,
estableciendo en cada uno de ellos sus coordenadas UTM
Deber implementar equipos de topografa necesario, capaz de trabajar con
CAPITULO 4
ESTUDIOS GEOLGICOS GEOTCNICOS
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
88
4.
4.1
GENERALIDADES.
Para el Proyecto de un tnel es de importancia capital el conocimiento del
terreno por el cual va a discurrir el mismo. De las caractersticas de la roca
depender el mtodo de excavacin, la cuanta de sostenimiento a colocar,
las medidas de impermeabilizacin que se empleen; incluso el trazado
puede verse condicionado en ocasiones por las caractersticas geolgicas
de los materiales atravesados.
Los objetivos bsicos que debe cumplir un estudio geolgico previo a la
construccin de un tnel son los siguientes:
-
Definir
las caractersticas
que va a ser
de
los
materiales,
presencia
de
fallas,
caractersticas
geomecnicas, etc.
En esta segunda fase, debern evaluarse aquellos problemas geolgicos que
pudieran ser condicionantes o desfavorables a la construccin del tnel.
Posteriormente, a partir de estos datos previos y de la informacin disponible
relativa a la geologa, geotecnia e hidrogeologa, ser necesario realizar una
interpretacin y un modelo geolgico de la zona del tnel, en la que se
identifiquen los puntos singulares y/o problemticos desde el punto de vista
geolgico, geotcnico e hidrogeolgico (boquillas, zonas de falla, presencia
de acuferos, etc.).
En esta fase, ser necesaria la realizacin de campaas de reconocimientos
sucesivas que permitan resolver tanto las incertidumbres detectadas en la
primera fase, como efectuar una caracterizacin geolgico-geotcnica e
hidrogeolgica de la zona del tnel.
El estudio hidrogeolgico, de especial importancia en el caso de los tneles,
debe permitir definir, entre otros, los siguientes puntos:
- Localizacin de los niveles freticos y piezomtricos a lo largo del tnel
- Delimitacin de acuferos y sus zonas de recarga
- Localizacin de barreras de flujo subterrneo
- Estimacin de la permeabilidad, transmisividad y capacidad de
almacenamiento
- Localizacin de zonas crsticas
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
90
de estudio.
sta permite
disponer
de gran
de los terrenos
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
91
otra
parte,
los
pares
de
fotografas
areas
estudiadas
adecuadamente
las fotos
experiencia por parte del gelogo, que debe completar con el reconocimiento
sobre el terreno de la zona de estudio.
Existen tcnicas especiales tales como infrarrojos, fotos en color, oblicuas o
investigacin con radar, pero el sistema ms usado es el de las fotografas
verticales en blanco y negro tradicionales, ya que los otros sistemas slo
aportan datos de inters en contadas ocasiones.
En libreras especializadas pueden encontrarse fotografas de la totalidad o
parte del territorio, pero tienen el inconveniente de que suelen ser antiguas.
Son preferibles las fotos recientes que se hayan obtenido como parte del
Proyecto de Tnel, en concreto para elaborar la cartografa, que es un paso
previo de cualquier proyecto.
4.2.1
MARCO GEOLGICO.
Estudios geolgicos
contenidos
en
proyectos
redactados
y/o
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
92
4.2.2
MARCO GEOTCNICO.
4.3
RECONOCIMIENTO DE SUPERFICIE.
Una vez que se hayan realizado los trabajos definidos en el numeral 4.2 se
debe realizar un anlisis de toda la informacin, y, como consecuencia de
dicho anlisis, planificar meticulosamente la campaa de prospecciones de
campo.
Esta campaa debe de ir encaminada no a cumplir unos requisitos
establecidos de forma estandarizada, sino a completar por un lado el modelo
geolgico en aquellos lugares en los que la geologa de superficie no arroje
luz alguna y, por otra parte, a facilitar la realizacin de ensayos in situ para
caracterizar el macizo rocoso y a la obtencin de muestras inalteradas para
ser ensayadas en laboratorio.
Debe considerarse que desde el punto de vista econmico estos trabajos
constituyen, un paso cuantitativo muy apreciable en la investigacin de un
emplazamiento.
Los reconocimientos en la superficie que sea accesible, complementados, si
fuera preciso, con zanjas, calicatas, sondeos cortos, o estaciones
geomecnicas, se extendern a uno y otro lado de la traza en planta del
tnel, hasta una distancia tal que los datos obtenidos puedan servir, en su
extrapolacin hacia el interior del terreno, a un posible mejor conocimiento
del mismo a la cota del tnel, o correspondan a zonas posiblemente
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
93
4.3.1
CARTOGRAFA DE AFLORAMIENTOS.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
94
4.3.2
ESTACIONES GEOMECNICAS.
de
estaciones
geomecnicas
seleccionados.
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Volumen I JUNIO 2014
95
en
lugares
previamente
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
96
C) Estudio de la fracturacin
El estudio de la fracturacin del macizo rocoso se efectuar como parte
integrante de la cartografa geolgico-geotcnica.
El estudio de la fracturacin contemplar los siguientes aspectos:
Levantamiento de discontinuidades estructurales.
Correlacin diaclasas-fracturacin regional.
Anlisis de microestructuras para la estimacin del estado tensional.
El levantamiento de discontinuidades se efectuar siguiendo las directrices y
recomendaciones de la ISRM y de la AFTES. De cada plano de
discontinuidad que se identifique se obtendrn los siguientes parmetros:
Tipo de plano.
Orientacin (direccin de buzamiento y buzamiento).
Espaciado.
Continuidad (segn rumbo y buzamiento).
Rugosidad (JRC).
Resistencia a compresin simple de los labios de discontinuidad (JCS).
Relleno.
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97
Presencia de agua.
Una vez establecidas las principales familias de diaclasas, se obtendrn
estereogramas o diagramas de rosetas de las mismas y se efectuar un
estudio de correlacin de estas discontinuidades con la fracturacin regional.
FIGURA 4.3.2-2: REPRESENTACIN RUMBO DE UN PLANO
4.3.3
HIDROGEOLOGA.
4.3.4
CALICATAS.
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100
4.4
4.4.1
TCNICAS GEOFSICAS.
4.4.1.1
MTODOS SSMICOS.
el conocimiento de las
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103
4.4.1.2
MTODOS ELCTRICOS.
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105
4.4.1.3
Material
Resistividad
Arena
50 - 150
Areniscas
50 - 50.000
Basalto
3.000 - 5.000
Caliza
300 - 5.000
Conglomerado
10 - 10.000
Granito
1.000 - 10.000
Margas
50 - 5.000
MTODOS ELECTROMAGNTICOS.
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106
4.4.1.4
GEORADAR.
4.4.1.5
DIAGRAFAS GEOFSICAS.
4.4.1.6
BOREHOLE TELEVIEWER.
4.4.2 SONDEOS.
4.4.2.1
SUELOS.
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109
FOTO
4.4.2.1-1
CAJA
4.4.2.2
MACIZOS ROCOSOS.
4.5
ENSAYOS IN-SITU.
4.5.1
4.5.1.1
SUELOS.
ENSAYO DE PENETRACIN ESTNDAR (SPT).
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112
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113
60
4.5.1.2
PENETRMETROS.
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114
golpeo.
maza en su cada.
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115
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116
penetrmetro.
4.5.1.3
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117
(aadm) tras calcular la adherencia lmite (alim) a partir de la presin lmite (pl) del
ensayo presiomtrico.
4.5.1.3
ENSAYO DE MOLINETE.
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118
4.5.1.5
PIEZOMTRICOS.
su posterior agotamiento.
precipitacin,
evapotranspiracin,
mareas.
Precisin: nivel del cm. Depende del tipo de acuferos y del objetivo
perseguido.
Variaciones verticales: piezmetros perfectos e imperfectos. Nivel medio.
Simultaneidad. Niveles esttico y dinmico. Nivel de referencia.
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119
Instantneas
Continas no registradas
Continas registradas
4.5.1.6
ENSAYO LEFRANC.
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120
4.5.2
MACIZOS ROCOSOS
4.5.2.1
MUESTRAS DE TESTIGO.
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121
correspondientes microfotografas.
Las caractersticas que se pueden obtener son: la determinacin de los
minerales presentes en la roca, la determinacin de los tamaos de grano, de
las microfracturaciones y de posibles alteraciones, y el anlisis de la matriz
que envuelve los granos, etc.
DENSIDAD, HUMEDAD Y POROSIDAD.- Todos estos ensayos se llevan a
cabo de forma similar, operando con el peso aparente, seco o saturado de la
muestra y con su volumen.
La muestra se satura introducindola en agua contenida en un recipiente en
el que se ha practicado un vaco por un perodo de al menos una hora. Para
secar la muestra se introduce en una estufa a una temperatura de 105C
hasta que su peso se estabiliza. Los pesos se miden con la balanza y los
volmenes introduciendo la muestra en agua o mediante un calibre si se talla
previamente con forma regular.
4.5.2.2
SONDEOS.
presin
debe
coincidir
con
la
tensin
del
macizo
rocoso
mediante las
4.5.2.3
PERMEABILIDAD.
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123
4.5.2.4
ESTADO TENSIONAL.
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124
4.6
ENSAYOS DE LABORATORIO.
4.6.1
4.6.1.1
ENSAYOS DE IDENTIFICACIN.
SUELOS.
4.1.1.1.1.
ANLISIS GRANULOMTRICO.
Los granos que conforman en suelo y tienen diferente tamao, van desde los
grandes que son los que se pueden tomar fcilmente con las manos, hasta
los granos pequeos, los que no se pueden ver con un microscopio.
El anlisis granulomtrico al cul se somete un suelo es de mucha ayuda
para la construccin de proyectos, tanto estructuras como carreteras porque
con ste se puede conocer la permeabilidad y la cohesin del suelo, as como
tambin el suelo analizado puede ser usada en mezclas de asfalto o concreto
paras mltiples usos. Los Anlisis Granulomtricos se realizaran mediante
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Volumen I JUNIO 2014
125
ensayos
en
el
laboratorio
con
tamices
de
diferente
enumeracin,
TAMAO (mm)
Bloques
> 250 mm
Cantos rodados
60 a 250 mm
Grava
2.00 a 60 mm
Arena
0,06 a 2,00 mm
Limo
0,002 a 0,06 mm
Arcilla
< 0,002 mm
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126
fsicas del rido se deber hacer el tamizado por va seca. En caso contrario,
el lavado de los ridos no es necesario, pero permite una mayor precisin en
los resultados obtenidos, eliminando previamente los finos como se indica:
mm se efecta por diferencia de pesadas entre la masa inicial seca total (M1)
y la masa del rido una vez lavado y secado a una temperatura de (110 5)
C hasta obtener masa constante (M2)
Tamizado
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127
material retenido como R2, R3,...Rn. Pesar el material tamizado que quede en
la bandeja del fondo, y registrando su masa como P.
CLCULO Y EXPRESIN DE RESULTADOS.
Calcular el % acumulado de la masa seca total que pasa por cada tamiz,
excluyendo el tamiz 0,063 mm.
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129
4.6.1.2
MACIZOS ROCOSOS.
empricos,
experiencias
histricas,
junto
con
las
las
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132
4.6.2
Los
PARMETROS DE RESISTENCIA.
ensayos descritos a continuacin tienen por objeto obtener las
4.6.2.1
4.6.2.2
4.6.2.3
ENSAYO TRIAXIAL.
El ensayo triaxial consiste en cargar una muestra cilndrica de roca con una
cierta presin lateral aumentando la presin axial o longitudinal hasta la
rotura. Esto se repite con otras muestras similares para distintas presiones
axiales un mnimo de tres veces, dibujndose el crculo de Mohr en rotura en
un diagrama. La curva tangente a todos los crculos de rotura es la que define
la resistencia de la roca.
En suelos, esta curva se aproxima a la lnea recta, definindose la cohesin
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133
4.6.2.4
GENERALIDADES.
por
su
incidencia
sobre
edificaciones,
obras
pblicas,
4.7.2
4.7.2.1
de la excavacin
factores geolgicos:
Estructura geolgica.
Filtraciones
Tensiones naturales
4.7.3
TIPOS DE RIESGOS.
4.7.3.1
el revestimiento
-
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135
Deslizamientos
Desprendimientos
Flujos y coladas
Estos movimientos afectan tanto a los suelos como a las rocas, si bien el tipo
de material condiciona la morfologa de movimiento. Los deslizamientos
pueden ser de tipo plano o rotacional. En el primer caso el terreno sufre un
movimiento de traslacin sobre una superficie plana sensiblemente paralela a
la superficie del terreno. En su desplazamiento el material se desintegra en
bloques. Las velocidades de desplazamiento estn en el orden del cm/dia.
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136
flujos
coladas
son
movimientos
de
materiales
disgregados,
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137
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4.7.3.1.5 BLOQUES.
Antes de instalar el sostenimiento, la cada de pequeos bloques en el frente
clave y hastiales, puede no drsele demasiada importancia pero en tneles
de grandes dimensiones es un grave error ya que puede ser un aviso de
posibles movimientos de elementos de mayores dimensiones que puedan
causar serios incidentes.
Una vez efectuado el correspondiente saneo, del entorno excavado no deben
caer elementos, ello indica una baja calidad del terreno y por tanto, la
actuacin siguiente debe efectuarse lo ms rpidamente posible.
4.7.3.1.6 EXPANSIVIDAD.
En nuestro entorno de trabajo, como expansibilidad entendemos el
incremento de volumen que una roca experimenta cuando entra en contacto
con el agua. Algunas litologas tienen ciertos componentes expansivos en su
composicin, siendo la anhidrita y las arcillas los componentes expansivos
mas conocidos.
Esta expansibilidad puede ser medida con facilidad y la determinacin de la
presin de hinchamiento se puede efectuar en muchos laboratorios de
geotecnia.
En general, todas las arcillas presentan un tamao de partcula muy fino y las
interacciones
electrostticas
juegan
un
papel
significativo
en
su
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139
4.7.3.1.8 GAS.
La aparicin de gas, (generalmente metano) durante la excavacin de tneles
para obra civil es un incidente que se ha repetido a lo largo de la historia, si
bien no es tan frecuente como los desprendimientos de roca (que se produce
en bastantes tneles) la entrada de agua (que ocurre mucho de ellos).
Esta situacin genera una problemtica aadida en la planificacin de la
seguridad de estas obras. El problema que entraa la aparicin de metano en
un tnel es doble. Por una parte, es un gas inflamable, lo que incrementa el
riesgo de incendio ante una llama chispa. Pero adems, es un gas que
mezclado con el aire en una proporcin entre el 5% y el 15% en volumen es
explosivo. Por encima de este lmite de concentracin la mezcla resultante no
es explosiva, pero hay que sealar que valores de concentracin de metano
superiores al 15 % pueden provocar asfixia.
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140
4.7.3.2
Es indispensable el
subterrneas,
mediciones
estructurales,
comprobacin
de
aguas
de
materiales,
instalaciones
elctricas,
sistemas
de
aire
4.7.3.2.2 TNELADORAS.
Dentro de los procedimientos mecnicos de excavacin de un tnel, el
sistema de tuneladoras es el ms moderno y que evolucionas ms
rpidamente en comparacin con los mtodos convencionales de excavacin.
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142
No hay que olvidar que el trabajo se desarrolla bajo tierra (ambiente subterrneo) y que, adems, existe desplazamiento a medida que excavamos. Es
por ello que, durante la ejecucin de la obra y a su terminacin, se pueden
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143
tnel, por lo que se intentar siempre que por encima del tnel haya suficiente
montera.
Por la misma razn, los niveles de polvo pueden ser elevados por lo que
Presencia de gases.
tneles de gran longitud, y puede disminuir, sobre todo si se van construyendo a la vez las necesarias vas de emergencia.
En resumen, maquinaria muy adecuada para tneles de considerable longitud
por su de elevado rendimiento aunque a un costo tambin elevado y no
exento de riesgos.
4.7.3.3
4.7.3.4
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Volumen I JUNIO 2014
145
Destruccin
de
construcciones
pblicas:
Roturas
de
presas,
carreteras, puentes,...
con altura de varios metros provocado por las ondas ssmicas, puede
provocar el barrido de las orillas o el rebosamiento de los pantanos.
PLANIFICACIN Y PREDICCIN DE LOS RIESGOS SSMICOS
No existen medidas que impidan el desarrollo de terremotos, salvo de
aquellos causados por la actividad humana (explosiones nucleares,
construccin de pantanos,...), pero existen mtodos de prediccin y medidas
de prevencin, aunque no hay posibilidad de predecir los terremotos con total
seguridad, sin embargo, se sabe que los grandes terremotos se suelen repetir
a intervalos ms o menos fijos. Estudiando su periodicidad se puede llegar a
predecir la ocurrencia de sesmos de gran intensidad, aunque este mtodo no
es muy fiable.
Hay una serie de fenmenos que pueden servir para predecir la ocurrencia de
fuertes terremotos:
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146
4.7.3.5
4.7.3.6
HIDROGEOLGICO.
Los riesgos hidrogeolgicos pueden originarse por las los acuferos que
afecten a la excavacin. Entre los principales riesgos y que puedan afectar a
una obra en construccin podemos citar:
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147
CAPITULO 5
CLASIFICACIN
GEOMECNICA Y DISEO
EMPRICO
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148
5.
5.1
GENERALIDADES.
Se acepta que fue Terzaghi (1946) quien propuso la primera clasificacin del
terreno orientada a la construccin de tneles. Sus datos provenan de tneles
sostenidos fundamentalmente por cerchas metlicas. A partir de los aos 50 fue
generalizndose la utilizacin del pernos de anclaje y el concreto proyectado en
la construccin de tneles para usos civiles. La clasificacin de Lauffer de 1958
refleja perfectamente el uso combinado de cerchas, pernos de anclaje y concreto
proyectado en la construccin de tneles en roca. Esta clasificacin est, por
otra parte, muy vinculada al surgimiento del Nuevo Mtodo Austriaco (NATM) en
centro de Europa. Su utilizacin requiere, sin embargo, la experiencia directa en
obra y es poco prctica en las fases de proyecto y anteproyecto.
Las que podemos denominar clasificaciones modernas (Sistema RMR
(Bieniawski) y Q (Barton)) intentan un mayor grado de objetividad. Se trata en los
dos casos de combinar atributos del macizo rocoso (de tipo geolgico,
geomtrico y tensional) en un nmero nico relacionado con la calidad global de
la roca. A su vez, este nmero permite, a travs de la experiencia recogida en su
utilizacin en casos reales, la definicin de un sostenimiento del tnel y la
estimacin de otros parmetros o datos de inters (resistencia del macizo
rocoso, tiempo de estabilidad de una excavacin no sostenida, etc.).
Las clasificaciones geomecnicas estn adaptadas a los macizos rocosos (como
contraposicin a los suelos). La transicin suelo-roca es siempre difusa. El
trmino "roca blanda", bastante generalizado, define esta transicin. La
resistencia a compresin simple, de la roca intacta proporciona un criterio,
utilizado por muchos autores, para clasificar la roca. Los criterios son dispares
pero en general se acepta que resistencias inferiores a 1 MPa son ya tpicas de
los suelos.
En este captulo se describen las clasificaciones "antiguas", las que podemos
denominar "modernas", se exponen las recomendaciones de todas ellas para el
sostenimiento de tneles y se mencionan las crticas que han recibido. A lo largo
del tiempo, alguna de estas clasificaciones ha recibido pequeos cambios en
algn aspecto. Las descripciones y tablas que aqu se recogen corresponden
aproximadamente a las versiones en uso a finales de los 80. Las clasificaciones
de Bieniawski (RMR) y Barton (Q) son de los aos 1973 y 1974 respectivamente
y el resto fueron propuestas en fechas anteriores.
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149
5.2
CLASIFICACIONES ANTIGUAS.
5.2.1 TERZAGHI.
Karl Terzaghi clasifica el terreno en diez categoras y proporciona la "carga de
roca" o tensin vertical que soportaran las cerchas de sostenimiento de un tnel
construido por procedimientos tradicionales. Refleja la prctica habitual de los
aos 1930-1970 en Norteamrica. La clasificacin original fue modificada por
Deere et al (1970).
Crtica: Inadecuada cuando se utilizan las tcnicas modernas de construccin de
tneles en roca que hacen uso intensivo de concreto proyectado y pernos de
anclaje. La clasificacin de la roca es poco objetivable.
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150
TABLA
5.2.1-1
CARGAS
PARA
DIMENSIONAR
- CLASIFICACIN
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EL
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152
5.2.2 LAUFFER.
Lauffer basa su clasificacin bsicamente con la introduccin de dos
conceptos nuevos hasta la fecha, como son el concepto de tiempo de
estabilidad de la excavacin sin sostenimiento y tiempo de estabilidad del
pase de excavacin. En base a estos dos conceptos establece una divisin
de 7 tipos de terreno a los cuales les aplica un sostenimiento determinado.
FIGURA N 5.2.2- 1 ESQUEMA DE CLCULO SEGN LAUFFER
TABLA 5.2.2-1
utilizable
en
la
fase
de
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154
proyecto.
Parece
excesivamente
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155
5.2.3 DEERE ET
Deere introduce el ndice RQD, como un ndice que permite estimar el grado de
fracturacin del macizo, como una clasificacin geomecnicas y poder relacionar
un sostenimiento en la ejecucin de tneles.
A partir de la definicin del ndice de calidad de roca RQD propuesto por Deere
en 1964, se propone una simple clasificacin de la calidad de la roca en 5
categoras. La definicin de RQD, la clasificacin de la roca, la relacin entre el
"Factor de Carga" de Terzaghi y RQD (propuesta por Cording et al, 1972) y la
propuesta de Merrit (1972) para decidir el tipo de sostenimiento en funcin del
RQD.
Deere et al (1970) hicieron una serie de recomendaciones para el sostenimiento
de tneles en funcin del RQD. La novedad de esta propuesta es que introducen
como mtodo alternativo al tradicional (explosivos) la utilizacin de mquinas
tuneladoras o topos (TBM).
TABLA 5.2.3-1
DE SOPORTE ALTERNATIVO
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156
5.2.4 RSR
Esta clasificacin fue desarrollada por Withman en 1972 e introduce por primera
vez datos cuantitativos, intentando obviar datos subjetivos basados en la
experiencia previa del terreno. El ndice de calidad del macizo se obtiene
mediante la puntuacin de 3 parmetros (A+B+C).
Se calculaba sumando tres contribuciones (A, B y C) relacionados con aspectos
geolgicos generales (A), fracturacin y direccin del avance (B) y condiciones
de agua y de las juntas (C).
Con la suma de los tres parmetros, que vara entre 0-100, se obtiene un ndice
resultante RSR que relaciona un sostenimiento, orientado bsicamente en el
soporte con cerchas y un dimensionado del tnel.
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5.3
CLASIFICACIONES MODERNAS.
2. ndice RQD
3. Separacin de las diaclasas
4. Estado de las discontinuidades
5. Presencia de agua
6. Orientacin de las discontinuidades respecto el eje
Con los primeros cinco parmetros se obtiene una puntuacin que oscila entre 0100 puntos que establece el ndice RMR bsico, normalmente en fase de
proyecto.
El parmetro 6 de orientacin de discontinuidades es un factor de correccin que
en caso de tneles, ya que el RMR puede aplicarse tambin a taludes y
cimentaciones, es de 12 como mximo. Cuando se tiene en cuenta el factor de
correccin se habla de un RMR corregido, normalmente en fase de obra.
Mediante las tablas que se presentan, se establece un ndice RMR, que
determina la calidad del macizo rocoso, estableciendo as una clasificacin de 5
clases de macizo rocoso.
Bieniawsky tambin relaciona un tiempo de estabilidad sin sostenimiento y su
longitud, con una cohesin estimada del macizo rocoso y un ngulo de
rozamiento asociado. Siendo tambin posible establecer relacin con el mdulo
de deformacin del macizo rocoso.
Establecido una clasificacin del macizo rocoso,
se establecen unas
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TABLA 5.3.1-1
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TABLA 5.3.1-2
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Tipo de macizo
Valor de Q
Excepcionalmente malo
0,001 - 0,01
Extremadamente malo
0,01 - 0,1
Muy malo
0,1 - 1
Malo
1-4
Medio
4 - 10
Bueno
10 -40
Muy bueno
40 -100
Extremadamente bueno
100 -400
Excepcionalmente bueno
400 - 1000
TIPO DE EXCAVACIN
A
ESR
2-5
de seccin vertical
2,5
de seccin cuadrada
2,0
1,6-2,0
1,2-1,3
0,9-1,1
0,5-0,8
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CCA:
Hormign de revestimiento
Sb:
Bulonado puntual
Sfr:
S:
Hormign proyectado
B:
Bulonado sistemtico
RRS:
Sb:
Bulonado puntual
S:
Hormign proyectado
Cerchas + Hormign
proyectado
5.3.3 CORRELACIN
ENTRE RMR Y Q.
RRS:
Dada la implantacin que tienen hoy en da los sistemas de clasificacin de
macizos rocosos RMR y Q, y su aplicacin de gran cantidad de obras
subterrneas con variadas condiciones de litologas, calidad de rocas,
dimensiones o profundidad, se desarrollaron frmulas comparativas de ambas
clasificaciones.
El sistema desarrollado por Barton parece ms completo, pero cabe decir que no
la orientacin y el buzamiento de las discontinuidades no se tienen tan en cuenta
como en el sistema RMR.
Desde su desarrollo en la dcada de los aos 70, diferentes autores, en base a
sus experiencias y estudios, desarrollaron frmulas comparativas de las dos
clasificaciones:
RMR = 9 Ln Q + 44
RMR = 13,5 Ln Q + 43
RMR = 12,5 Ln Q + 55,2
RMR = 10,53 Ln Q + 41,83
RMR = 15 Ln Q + 50
Bieniawski (1976)
Ruteledge (1978)
Moreno (1980)
Abad (1983)
Barton (1995)
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CAPITULO 6
CLCULO DE TNELES
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171
6.
CLCULOS DE TNELES
6.1
GENERALIDADES.
Un resumen de los mtodos de diseo disponibles se puede resumir en
los siguientes numerales (para medios continuos y discontinuos,
respectivamente).
6.2
MTODOS ANALTICOS.
Deformaciones del suelo por delante de la superficie, el alivio de
tensin antes de la instalacin de apoyo y la interaccin sueloestructura determinan las tensiones y deformaciones en revestimientos
de tneles. Mientras que algunas soluciones analticas pueden modelar
esto, no son capaces de modelar la realidad compleja de un tnel
durante la construccin. Especficamente, por lo general se asumen
dos idealizaciones del suelo: que es un espacio continuo y homogneo
y que el tnel es circular.
Herramientas de diseo analtico se pueden utilizar para el diseo de
tneles adyacentes utilizando el principio de superposicin, pero esta
suposicin puede subestimar significativamente la interaccin de los
tneles, especialmente si la distancia entre los dos tneles es menos
de dos dimetros (Szchy, 1967).
Adems, estos modelos no consideran ninguna carga de construccin
o el momento de la colocacin de apoyo, con la excepcin del Mtodo
de convergencia-confinamiento.
Sin embargo, tienen un historial probado en terreno blando y an
ampliamente utilizado para el dimensionamiento de los revestimientos
de tneles en casos sencillos.
Una revisin exhaustiva de modelos analticos se presenta por
Duddeck y Erdman (1985).
En trminos de soluciones analticas disponibles, existen varios
mtodos para la determinacin de las tensiones en torno a un agujero
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172
6.2.1
CONTINUOS.
Todos estos modelos se basan en la excavacin y revestimiento de un
agujero en un continuo bajo tensin. En general, estos modelos
obtienen resultados similares para las fuerzas normales con mismos
parmetros de entrada, pero los momentos de flexin pueden diferir
significativamente.
La mayora de las soluciones analticas asumen tensin plana, un
medio
terreno.
6.2.2
CONVERGENCIA CONFINAMIENTO.
El mtodo de convergencia-confinamiento (Panet y Guenot, 1982 y
Hoek y Brown, 1980) es capaz de predecir la deformacin para una
amplia gama de condiciones del suelo y medidas de apoyo de tnel.
Al igual que la mayora de los enfoques de diseo, han evolucionado
con el tiempo y ahora incluye los efectos de la plasticidad de acuerdo
con los criterios de rendimiento Hoek-Brown o Mohr-Coulomb,
movimientos del terreno, efectos de la gravedad, el tiempo de
colocacin del sostenimiento a travs del parmetro de retardo
geomtrico; tipo de sostenimiento (concreto, concreto proyectado,
acero y pernos) y tuneladoras TBM (Eisenstein y Branco, 1991).
Para aplicaciones ms complejas del mtodo, se requiere una
solucin numrica. Mientras que la asuncin de asimetra, para el
comportamiento del suelo y la geometra del tnel, representa una
ventaja significativa ya que permite el alivio de la tensin por delante
del frente para ser modelada, tambin es una limitacin significativa.
Por lo tanto, el mtodo es vlido para secciones transversales
circulares en la profundidad de medio donde K0 es cerca de 1,0 y el
tnel se construye utilizando tcnicas de excavacin de frente
completo. Adems no se da informacin sobre la distribucin de
momentos de flexin en el revestimiento.
6.2.3
EQUILIBRIO LMITE.
Sistemas de sostenimiento pueden ser diseados utilizando mtodos
de equilibrio lmite de anlisis. Los requerimientos de sostenimiento
para cuas individuales se pueden calcular a mano o usando
programas tales como UNWEDGE para proporcionar una grfica
presentacin de la geometra de cua y evaluar la distribucin del
sostenimiento (Hoek y Brown, 1980).
Clculos similares para una variedad de mecanismos de fallo pueden
ser realizados para determinar el espesor requerido de concreto
proyectado y nmero de pernos. El mecanismo de fallo es
generalmente la prdida de adherencia a la roca, seguido por la rotura
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174
6.2.4
BEDDED-BEAM-SPRING.
Estos simulan un tnel lineal como una viga fijada en el suelo, que est
representado por muelles radiales y tangenciales, o factores de
interaccin elsticos lineales, para permitir la interaccin del terreno. La
rigidez de los muelles se puede variar con las condiciones del modelo
en el extrads del tnel y diferentes combinaciones de carga pueden
ser modeladas.
Existen relaciones para determinar la rigidez del resorte fruto de
pruebas de estudio en suelos estndar.
6.3
COMPORTAMIENTO Y CARACTERIZACIN DE LOS MACIZOS
ROCOSOS.
6.3.1 CRITERIOS DE ROTURA.
En este apartado se recogen los criterios de rotura aplicables para
definir el comportamiento de un macizo rocoso. De las dos variables
que definen el comportamiento de la roca, tensin y deformacin, la
primera es la mayormente aceptada para formular los criterios de
rotura.
En cualquier punto de las proximidades de la excavacin, seis
tensiones, tres normales y tres tangenciales son inducidas. A partir de
estas tensiones se pueden obtener las tensiones principales. Una vez
obtenidas se utiliza un criterio de rotura para estimar la estabilidad de la
excavacin.
El criterio de rotura se define como la superficie lmite expresada en
coordenadas de tensiones principales de forma que cualquier punto, en
el que sus tensiones principales caigan en esta superficie o fuera de
ella, rompe. Debido a las limitaciones fsicas existentes en la fase
experimental, los criterios de rotura se suelen expresar en dos
dimensiones al indicar la relacin de tensiones existente entre las
tensiones principal mayor y la menor, ya que la influencia de la tensin
intermedia sobre la rotura es pequea. Algunos autores proponen una
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
175
variacin
tridimensional
del
criterio
de
rotura
de
Hoek-Brown
6.3.1.1
COMPORTAMIENTO ELSTICO.
Todos los materiales tienen ciertas propiedades elsticas, es decir, si
una fuerza externa produce una deformacin de la estructura, que no
excede de un cierto lmite, la deformacin desaparece cuando lo hace
la fuerza que lo origina.
La relacin entre las componentes de la tensin y de la deformacin se
establece experimentalmente mediante la ley de Hooke. En un material
istropo las tensiones normales no producen deformacin de los
ngulos de un elemento. La magnitud de la unidad de elongacin de
dicho elemento es inversamente proporcional al mdulo de elasticidad
(E) o de Young.
Las contracciones laterales sern proporcionales al alargamiento y la
relacin de proporcionalidad es el coeficiente de Poisson, de carcter
adimensional, con valores entre 0 y 0,5, de forma que cuando su valor
se acerca a 0,5 el material tiende a ser incompresible.
6.3.1.2
MOHR COULOMB.
El criterio de rotura de Coulomb (1773) describe las condiciones de
rotura al corte de una roca mediante la relacin existente entre las
tensiones cortante y normal asociadas a la superficie de rotura.
El criterio de Mohr (1900) es ms general que el criterio lineal de
Coulomb ya que representa la curva que engloba a los crculos de
Mohr que representan el estado tensional del material para diferentes
estados tensinales. La relacin entre tensin de cortante y normal
viene representada por una curva de tipo parablico que divide el plano
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Volumen I JUNIO 2014
176
6.3.1.3
GRIFFITH.
Griffith (1924) desarrolla un criterio basado en el supuesto de que la
rotura ocurre alrededor de las microfracturas elpticas predominantes
en la roca cuando la mxima tensin de traccin excede la resistencia
de la roca.
McClintock y Walsh (1962) sugieren que el criterio de las juntas de
Griffith puede aproximarse a la tensin de compresin aplicado en el
infinito. Esto incluye un efecto de resistencia al deslizamiento en el
criterio modificado.
6.3.1.4
DRUCKER-PRAGER.
En este criterio de plasticidad, el vector de tensiones generalizado tiene
dos componentes: la tensin tangencial y la tensin normal. La tensin
tangencial depender del tensor desviador de tensiones y de su
segundo invariante, mientras que la tensin normal depender del
primer invariante del tensor desviador de tensiones.
El criterio de rotura en este caso representa en el espacio de tensiones
principales tridimensional un cono con eje a lo largo del estado
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Volumen I JUNIO 2014
177
6.3.1.5
HOEK-BROWN
Hoek y Brown (1980) propusieron un mtodo para estimar la resistencia
de las juntas de los macizos rocosos basado en la evolucin de las
uniones entre los bloques de roca y las condiciones de las superficies
entre los bloques. Se definen unas constantes, m y s, cuyo valor
depende de la roca y del macizo rocoso.
Posteriormente este criterio ha sufrido diversas modificaciones.
Basndose en las experiencias realizadas en distintos proyectos los
autores presentan unas relaciones entre los parmetros m y s y el RMR
de Bieniawski, tanto para macizo rocoso sano como para macizo
rocoso alterado por procesos de excavacin.
Este criterio de rotura, que asume comportamiento de las rocas y del
macizo rocoso istropo, solo debe aplicarse a macizos rocosos en los
que exista un nmero suficiente de discontinuidades no muy
espaciadas, con similares caractersticas superficiales. Cuando la
estructura analizada es grande en comparacin con el tamao del
bloque, la roca puede tratarse como un material de Hoek-Brown.
Cuando el tamao del bloque es del mismo orden que la estructura
analizada
cuando
un
conjunto
de
discontinuidades
es
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
178
6.3.2
OBTENCIN DE PARMETROS.
Segn Hoek-Brown la aproximacin ms rigurosa es la desarrollada por
J.W.Bray, donde a partir de los resultados de ensayos triaxiales, se
pueden obtener las tensiones normal y cortante y mediante regresin
lineal los valores de la cohesin y la friccin para el macizo rocoso.
6.3.3
6.4
MODELOS NUMRICOS
En contraste con los mtodos de diseo ya descritos, los anlisis
numricos, tales como los que utilizan el elemento finitos (FE) y
mtodos de diferencias finitas (FD), ofrecen la posibilidad de modelar
explcitamente
complejas
estructuras,
incluyendo
estructuras
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Volumen I JUNIO 2014
179
6.4.1
MTODOS DE ANLISIS.
Una variedad de programas de modelado de dos dimensiones y
tridimensionales estn disponibles. La eleccin de programa depende
de si el terreno puede ser modelado como un continuo o si la influencia
de las discontinuidades, por ejemplo fallas, zonas de cizalla, etc,
requiere un evaluacin de los movimientos de bloques independientes.
Terreno blando: se considera normalmente como un continuo
y por tanto de elementos finitos (FE), pero tambin se pueden aplicar
un hbrido entre elementos finitos / elementos de contorno (FE / BE) o
de
elementos
finitos
diferencias
finitas
(FE
FD)
6.4.2
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
180
6.4.3
6.4.4
MODELOS GEOMTRICOS.
Un tnel se representa normalmente como un modelo bidimensional
suponiendo un estado tensional plano transversal y asimtrico.
Alternativamente
se
podra
utilizar
un
estado
tensional
plano
longitudinal.
Es justificado sobre la base de que la tensin transversal y las
distribuciones de tensin para un tnel en terreno homogneo
corresponden a una condicin de deformacin plana de dos
dimensiones a distancias mayores que dos o tres dimetros desde el
momento en el que el sostenimiento del tnel est colocado.
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Volumen I JUNIO 2014
181
6.4.5
DISCRETIZACIN.
La finura de la malla afecta a la exactitud de los resultados. Debera
haber ms elementos (o zonas) donde hay grandes gradientes de
tensin o cuando se requiere una mayor resolucin (por ejemplo, el
centro de la malla). Relaciones de aspecto para los elementos y zonas
deben ser inferiores a 05:01 y cuando sea posible la simetra debe
existir para reducir el tamao de la malla.
Condiciones de frontera: el inters principal es el revestimiento del tnel
y el terreno en la proximidad inmediata del tnel. Los lmites del modelo
deben estar lo suficientemente lejos para no influir en los resultados del
anlisis.
Ciertos mtodos, por "fases" por ejemplo, evitan este problema
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
182
6.4.6
6.4.7
MODELO CONSTITUTIVO.
Desde que la ejecucin de tneles es un problema de interaccin
terreno-soporte, los modelos constitutivos para el terreno y el
revestimiento son importantes, pero esta importancia depende de lo
que es de mayor inters en un anlisis.
Modelo geotcnico: es normal el uso de modelos simples del terreno,
ya sea elstico lineal o elstico-plstico a pesar del hecho de que no
son realistas debido al comportamiento real del terreno.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
183
compone
de
materiales
que
son
mucho
ms
uniformes,
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
184
de
revestimiento
deber tener
en cuenta
todos
sus
6.4.8
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Volumen I JUNIO 2014
185
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Volumen I JUNIO 2014
186
TOMO II
SEGUNDA PARTE
LA EJECUCIN EN TNELES
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187
CAPITULO 7
EXCAVACIN EN TNELES
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188
7.
EXCAVACIN EN TNELES
7.1
GENERALIDADES
La excavacin dentro de la ejecucin de una obra subterrnea, viene
asociada a la naturaleza del terreno y en su conjunto al macizo rocoso. El
sistema de excavacin tambin est relacionado con el mtodo constructivo y
la mayora de veces intrnsecamente ligado.
Generalmente se dividen los sistemas de excavacin en dos grandes
campos: la excavacin en rocas (por norma general zonas interurbanas) y la
excavacin en suelos y rocas de baja competencia (zonas urbanas).
Podramos dividir los sistemas de excavacin en dos grupos principales:
perforacin y voladura, y excavacin mecnica.
El sistema de perforacin y voladura est basado en la expansin de
gases y generacin de vibraciones que se producen en la detonacin de
barrenos cargados en el frente. El resultado de la detonacin produce la
rotura de la estructura del macizo, que permite su posterior desescombro y
el avance correspondiente.
La excavacin mecnica se basa en la accin directa y continuada de picas
y tiles de corte sobre el sustrato rocoso para vencer su resistencia y permitir
su excavacin. Atendiendo a esta definicin se definen tres sistemas
diferenciados.
-Retroexcavadoras y martillos hidrulicos
-Rozadoras
-Tuneladoras (TBM)
Aunque ms adelante trataremos ms a fondo la eleccin de los sistemas de
excavacin, cabe decir que un sistema de excavacin no tiene porque excluir
a otro durante la ejecucin de un tnel. Es ms se recomienda la
combinacin de diferentes sistemas cuando la heterogeneidad del macizo es
su principal caracterstica.
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Volumen I JUNIO 2014
189
7.2
7.2.1
GENERALIDADES.
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Volumen I JUNIO 2014
190
-Detonacin de la pega
-Evacuacin de los humos y ventilacin
-Desescombro
-Saneo del frente y reperfilado de la seccin
-Finalizado la excavacin se sostiene el pase excavado
Es importante y recomendado llevar un control del ciclo de excavacin para
poder adaptarse a las caractersticas del frente, para modificar el plan de tiro
o incluso para cambiar de sistema de excavacin si resulta con un
rendimiento no adecuado.
Es muy importante realizar una buena inspeccin del frente, despus de la
voladura y durante el saneo y reperfilado del contorno para comprobar el
comportamiento del terreno frente a las voladuras. Y as poder reajustar el
plan de tiro a los condicionantes del frente (aumentar nmero de barrenos en
el recorte, dejar sin cargar un hastial por cambio del terreno,) Reajustes del
plan de tiro que se hacen en base al comportamiento del frente en pases
anteriores y que son impredecibles con anterioridad.
FOTO N 7.2.1-1 CICLO DE TRABAJO
la roca.
7.2.2
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Volumen I JUNIO 2014
192
No solo son maquinaria utilizada para el avance del tnel y galeras, sino que
tambin se utiliza para la colocacin de bulones o para la perforacin de
paraguas ligeros o incluso pesados con algn adaptador. Siendo as muy
tiles para la fase de sostenimiento.
FOTO N 7.2.2-1 MAQUINARIA TIPO JUMBO PERFORANDO BARRENOS
EN EL FRENTE DE EXCAVACIN
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193
7.2.3
EXPLOSIVOS.
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194
insensibilidad
corrientes
estticas,
inducidas
emisiones
radiofrecuencia.
7.2.4
VOLADURAS.
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197
7.2.5
VIBRACIONES.
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198
7.2.6
DESESCOMBRO Y SANEO.
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199
7.3
EXCAVACIN MECNICA.
7.3.1
GENERALIDADES.
7.3.2
EXCAVACIN CON RETROEXCAVADORA Y MARTILLO
HIDRULICO.
Dentro de la excavacin mecnica, la ms habitual, por su baja inversin
inicial y su versatilidad en diferentes situaciones de obra, es la excavacin
mediante retroexcavadora.
Retroexcavadora que puede ir montada con un cazo o ripper para suelos o
rocas con grado alto de meteorizacin.
Lo ms habitual es que se utilice con martillo picador, antes neumticos pero
ahora ya hidrulicos. La retroexcavadora con martillo puede utilizarse
tambin como ripper y as abarcar prcticamente toda clase terrenos.
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Volumen I JUNIO 2014
200
Manual de Carreteras
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201
7.3.3
7.3.4
7.3.4.1
7.3.4.2
Manual de Carreteras
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205
7.3.4.3
sostenimiento.
Este
sistema
permite,
cuando
los
macizos
son
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
206
7.3.4.4
TUNELADORA EPB.
N 7.3.4.4-1se
TUNELADORA
EPB
El control de la presin deFOTO
la cmara
consigueTIPO
mediante
un tornillo sinfn,
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207
7.3.4.5
HIDROESCUDOS.
Debe tenerse en cuenta que la mezcla obtenida debe tratarse para poder
reciclar toda la bentonita posible. Esto ocasiona tener previsto un espacio
destinado al tratamiento de la bentonita. El uso de hidroescudos suele ser
ms frecuentes en zonas urbanas, por eso es importante tener en cuenta un
espacio para este ltimo punto, dada la falta de espacio en las ciudades.
7.3.5
DESESCOMBRO.
7.4
SISTEMAS DE EXCAVACIN
7.5
MTODOS DE EXCAVACIN.
Los mtodos de excavacin siempre se han definido en funcin de las
caractersticas geotcnicas del terreno, los sistemas de excavacin, los
elementos de sostenimiento utilizados, y no se pueden individualizar uno de
otro.
A medida que la tecnologa ha ido evolucionando (calculo, excavacin,
sostenimiento), as como el incremento de la seguridad en oba, o teniendo
ms presencia criterios medioambientales, los mtodos de excavacin han
ido adaptndose.
De los mtodos de excavacin utilizados hoy en da, destacamos:
-Mtodo belga modificado o mtodo tradicional de Madrid
-Nuevo mtodo austriaco (NATM)
-Mtodo SCL
Dado que la excavacin mecanizada con tuneladoras no requiere de fases,
ya que se ejecuta a seccin completa, no se contempla en este captulo.
Hacer mencin que la ampliacin de tneles existentes, con trfico o no,
requiere de un estudio especial, ya que no hay mtodos preestablecidos. Las
fases de ejecucin del tnel se adaptaran a las circunstancias que han
determinado la ampliacin. Las causas para una ampliacin pueden ser
diversas: ampliacin de glibo por aumento de trfico, deformaciones por
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
210
7.5.1
MTODO BELGA.
7.5.2
de
deformacin
del
sostenimiento,
mediante
una
buena
planificaciones de la auscultacin.
Para alcanzar un equilibrio de deformacin aceptable, se utilizan diferentes
elementos de sostenimiento, tales como: cerchas metlicas, bulones,
concreto proyectado, que, usualmente, en combinacin, asumen el
sostenimiento previsto.
Las fases ms habituales serian las esquematizadas, siendo lo ms habitual
avance + destroza. En terreno menos competentes la ejecucin de la
contraboveda se hace necesaria para estabilizar la seccin, tanto en fase de
avance como en la destroza. Y solo en casos de un macizo muy competente
y con maquinaria adecuada se realiza a seccin completa.
FIGURA N 7.5.2-1 FASES DE EXCAVACIN TPICAS EN EL NATM.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
212
7.5.3
(SCLC)
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213
CAPITULO 8
SOSTENIMIENTO EN TNELES
Manual de Carreteras
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214
8.
SOSTENIMIENTO EN TNELES
8.1
GENERALIDADES.
8.1.1
y conocer
mineras.
Estas actividades
han
propia
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
215
que va a soportar el
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
216
8.1.2
es el
proporciona estabilidad
a la
tensiones
que
de los macizos
elementos generalmente
usados para
el
sostenimiento de
las
siguen se detallarn de
y limitaciones de
cada
elemento.
A continuacin, de
las acciones ms
la
superficie de
la
roca,
cerrando las
juntas, evitando la
PARAGUAS
Los paraguas
y situados por
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Volumen I JUNIO 2014
218
atravesar zonas de mala calidad del terreno. Entre los principales estn los
siguientes: drenajes del frente,
convencionales, inyecciones
machones en el frente,
mediante
inyecciones
8.2
CONCRETO LANZADO.
El concreto lanzado o proyectado (tambin llamado gunita) es el concreto
que se coloca mediante proyeccin del mismo contra la superficie de roca
que se desea proteger, de forma que queda adherido a sta. El concreto
proyectado se diferencia nicamente del concreto colocado (encofrado y
vibrado), aparte del mtodo de puesta en obra, en que el tamao mximo de
los ridos es menor y en que lleva siempre, como aditivo, un acelerante para
facilitar su adherencia a
resistencias inciales.
Existen dos tipos de concreto proyectado en funcin del mtodo de puesta en
obra: por va seca y por va hmeda.
En el concreto por va seca se proyecta separadamente el agua y la mezcla
de ridos y cemento, logrndose su unin precisamente en el impacto contra
la superficie que se est protegiendo.
En cambio, en el concreto por va hmeda se efecta la mezcla completa
(cemento + ridos + agua + aditivos) como en el concreto convencional y se
proyecta posteriormente la mezcla obtenida.
8.2.1
FABRICACIN.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
219
- Agua
- Aditivos: acelerantes, etc.
- Armadura de refuerzo: mallazo o fibra.
A continuacin se analiza detalladamente cada uno de ellos excepto la
armadura de refuerzo, que merece un captulo aparte.
CEMENTO
El cemento que se emplea para el concreto proyectado puede ser el mismo
que cualquiera de los que se usan para el concreto convencional. Se deben
cumplir las especificaciones Tcnicas EG -2013, pero adems se
recomienda cumplir las siguientes caractersticas:
Principio de fraguado: 1.5 a 4 horas.
Finura de molido: 3500 a 4500 cm2/g.
Resistencia a Compresin Simple, segn la edad
Contenido en aluminato triclcico: <3%, si el contenido en sulfatos del agua
es >400 mg/l, o tan bajo como sea posible, si es mayor de 1000 mg/l.
Si se manipula el cemento por medios neumticos o mecnicos, su
temperatura no exceder de 70C, y si se realiza a mano, no exceder de la
temperatura ambiente ms 5C de 40C, el menor de estos valores.
El contenido tpico de cemento oscila entre los 300 y los 450 Kg/m3, mayor
cuanto menores el tamao del rido y mayores resistencias se quieren
alcanzar.
AGREGADOS - RIDOS
Se seguirn las recomendaciones generales de la Instruccin de Concreto,
limitando el tamao mximo del agregado (rido) a 8 mm en concreto por va
hmeda y 16 mm (recomendable 12 mm) para el concreto por va seca.
Actualmente la tendencia es no superar los 8-10 mm tamao mximo del
agregado. Experimentalmente se comprueba que las caractersticas del
concreto lanzado o proyectado mejoran si se consigue una granulometra de
ridos continua. Se han establecido unos husos granulomtricos dentro de
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220
Los
contenidos
mximos
recomendados
(relacin
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221
el aire.
CENIZAS VOLANTES
La adicin de cenizas volantes al cemento normalmente mejora la adherencia
a la superficie de roca y la resistencia a largo plazo.
HUMO DE SLICE, O MICROSILICE
La adicin de Si02 al concreto tiene varias ventajas: reduce el polvo/ reduce
el rechazo/ mejora la adhesin y la resistencia. Debe comprobarse/ no
obstante/ la compatibilidad con el acelerante. Necesita/ para un uso
adecuado/ de una buena distribucin en la mezcla.
8.2.2
TRANSPORTE.
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222
8.2.3
SISTEMAS DE PROYECCIN.
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224
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225
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226
Trabajo. Hoy los objetivos en la zona de trabajo son un valor MAK < 6 mg/m3
y el contenido en cuarzo < 4 mg/m3 .
8.2.4
ACELERANTES DE FRAGUADO.
mucho
menores
que
los
correspondientes
los
acelerantes
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228
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229
8.2.5
PUESTA EN OBRA.
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230
8.3
PERNOS DE ANCLAJE.
8.3.1
8.3.2
ACCIONES DE REFUERZO.
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232
BARRAS
FIBRA DE VIDRIO
AUTOPERFORANTE
CABLES
QUMICO
SEGN EL SISTEMA
DE ANCLAJE
CEMENTO
RESINA
TIPO SPLIT-SET
POR FRICCIN
TIPO SWELLEX
EXPANSIN EN PUNTA
Mediante barras
Los pernos de barras de acero corrugado son las ms comunes en obra y
consiste en la introduccin de una barra de acero corrugado normalmente de
dimetros 25 o 32 mm a lo largo de una perforacin en el terreno.
La perforacin de los anclajes se realiza habitualmente mediante el jumbo. Son
mquinas, segn los modelos, que no suelen perforar ms de 5 mts de longitud,
por eso los pernos no suelen exceder esa longitud.
El dimetro de perforacin debe ajustarse a la barra segn el sistema de anclaje.
Se utiliza un sistema de anclaje qumico, normalmente mediante lechada de
cemento o en base a resinas, que rellenan el espacio anular comprendido entre
la barra y el terreno.
El anclaje qumico mediante lechada de cemento es un sistema de anclaje que
resuelve muy bien su cometido, rellenando todo el espacio requerido. Puede
incluso inyectarse a presin creando un anclaje ms efectivo. Se recomiendan
reinyecciones para as asegurar que se rellena por completo. Por el contrario es
ms laborioso que otros sistemas, ya que requiere de la colocacin de un tubo
de inyeccin, otro de respiracin a lo largo de la barra y colocar un tape que
obture todo el sistema en la boca de la perforacin. Tambin se recomienda
colocar centradores en la barra para que quede embebida dentro de la lechada y
no en la base de la perforacin. Es un sistema muy extendido en la prctica
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233
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234
Mediante cables
Es un sistema no muy extendido pero si muy til en zonas de mala calidad o que
atraviesen zonas de especial atencin.
Consta de tres partes diferenciadas: bulbo de anclaje, parte libre y cabeza de
reparto. Perforado el taladro y colocado el anclaje, se inyecta solamente el bulbo
mediante lechada de cemento para posteriormente, una vez alcanzada la
resistencia requerida, tensarlo. Se coloca la placa de reparto y mediante cuas
se estabiliza la tensin.
Son sistemas laboriosos y caros en comparacin con otros que se limitan a una
colocacin en obra sub-horizontal.
Tipo Split-set
Son pernos de anclajes muy rpido de colocar, aunque de resistencia a traccin
ms bien baja en comparacin con otro tipo de pernos.
Constan de un tubo de acero de alta resistencia que es ranurado a lo largo de su
longitud y una pletina en el otro extremo unida al tubo.
Al ser introducido el perno a presin dentro de un taladro de menor dimetro, se
genera una presin radial a lo largo de toda su longitud contra las paredes del
taladro, cerrando parcialmente la ranura durante este. Por eso el extremo
contrario a la pletina es cnico para facilitar su insercin en el taladro.
La friccin en el contacto con la superficie del taladro y la superficie externa del
tubo rasurado constituye el anclaje, el cual se opondr al movimiento del terreno
circundante al perno, logrando as una tensin de carga.
Debido a que el anclaje depende muy alto grado de la calidad de la roca, no se
recomienda su uso en terrenos altamente fracturados.
Son susceptibles a la corrosin en presencia de agua, a menos que sean
galvanizados.
Tipo Swellex
Swellex es un perno de anclaje que consta una pletina unida a un tubo que se
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235
8.3.3
8.4
CERCHAS.
8.4.1
Alineacin y seccin:
Lo primero que se debe hacer es definir claramente la alineacin y el glibo
que se necesita para la utilizacin en la obra y, por tanto, la seccin
transversal libre. Una de las ventajas esencia les de los cuadros metlicos es
su facilidad para adaptarse a diferentes formas y tamaos. Fijado el glibo
necesario, cumplimentado con los usos a dar, estudios de estados
tensinales, se define la forma deseada.
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240
Vida til:
Otro factor importante es el tiempo de utilizacin de la estructura, ya que el paso
del tiempo acta en un doble aspecto sobre la durabilidad de los materiales
empleados y en que no favorece en nada a la estabilidad de las galeras por la
degradacin que se produce en las rocas y en los elementos de sostenimiento.
Segn la norma EN 1990:2002, al iniciar el proyecto de una estructura se debe
indicar la vida til de clculo de la misma, fijando para las estructuras de
ingeniera civil establece una vida indicativa de 100 aos.
Para las minas, no existe una norma equivalente, pero a ttulo de ejemplo, se
puede estimar la duracin aproximada de las galeras ms frecuente (Gutirrez
Peinador, V. et al., 1988):
Galeras de estructura de planta 5 a 10 aos
Galeras de estructura de cuartel 2 a 3 aos
Galera de tajo 0,5 a 2 aos.
8.4.2
CONDICIONANTES.
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242
8.4.3
TIPOS.
en
secciones
grandes
bajo
un
recubrimiento
profundo.
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244
8.4.4
ELEMENTOS AUXILIARES.
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245
-tresillones
Las cerchas se colocan tal como hemos comentado anteriormente, paralelas
entre s (tramos de alineacin recta) y radialmente (tramos de curva) pero
siempre transversalmente al eje de la alineacin. Entre ellas se deja un espacio
que vara entre 0.5 m a 1.50 m, segn la calidad del terreno, formando as un
armazn a modo de costillas contra el terreno.
En diferentes situaciones el espacio que se genera entre las cerchas se
recomienda cubrirlo para que las tensiones del terreno se repartan de mejor
manera y la estructura trabaje de manera ms uniforme. Se realiza mediante
chapa perforada a modo de piel, apoyando los laterales en las cerchas y as
conformar una superficie cubierta. La chapa perforada sirve de encofrado
perdido, como base para poder rellenar sobreexcavaciones o en zonas donde ha
habido pequeos desprendimientos.
El uso de chapa perforada es bsico en el llamado mtodo Bernold, mtodo de
sostenimiento rgido poco utilizado pero si pudiendo ser til en determina-das
situaciones. Consiste en la colocacin de chapas, apoyadas en las cerchas,
perforadas y troqueladas (llamadas chapas tipo Bernold) en todo el permetro de
la excavacin. Se deja un espacio entre la chapa y el terreno para as poder
ejecutar el sostenimiento, que suele ser hormign bombeado o concreto lanzado.
Una vez fraguado el conjunto se retiran las cerchas que servan de apoyo a las
placas. Estas posteriormente se recubren con concreto lanzado dndole as un
recubrimiento que alarga su durabilidad.
El apoyo de las cerchas es muy importante porque son los puntos donde
transmite las cargas la estructura. Por lo tanto requiere de una base estable y
preformada ya en taller, que asegure la estabilidad. Cuando las pendientes y
rampas de la alineacin vertical son apreciables se recomienda una base que se
adapte a la inclinacin para su buen apoyo. Se debe evitar el uso de maderas o
rocas para su estabilidad.
Cuando se prevean grandes asientos durante la excavacin, es recomendable la
utilizacin de bases de apoyo mayores o conformadas de tal manera que los
esfuerzos estn ms repartidos. Existen bases llamadas patas de elefante que
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246
8.5
DOVELAS.
clculos:
-los espesores suelen estar alrededor de 1/25 - 1/30 del dimetro
-los hormigones son de calidad, normalmente de 40-50 MPa de resistencia a
compresin, con tendencia a estar reforzados con fibras.
-el ancho de la dovela est entre 1 y 2 mts, siendo frecuentes entre 1,30 y 1,60
mts.
8.5.1
TIPOS DE ANILLO.
8.5.2
COLOCACIN
8.5.3
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249
8.5.4
A medida que se van colocando los anillos se generan juntas radiales entre las
dovelas, y circunferenciales entre anillos.
La disposicin de la juntas puede ser en X, o en T, dependiendo si existe
continuidad o no entre los anillos.
Existen de forma lisa, machihembradas, convexa-cncava, cncava-convexa.
Las juntas circunferenciales suelen ser planas debido a su disposicin.
Las uniones entre las juntas se realizan mediante tornillos de acero, que pueden
ser lisos, curvos, y con tirafondo, anclados a una pieza y atornillados en la otra.
Existen algunas excepciones de unin, como es el caso de las dovelas
hexagonales que debido a sus juntas radiales no necesita de tornillos e
igualmente el caso de las dovelas expandidas.
8.5.5
ARMADURAS
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250
8.5.6
FABRICACIN.
8.6
TRATAMIENTOS ESPECIALES
8.6.1
8.6.2
considerarse los glibos necesarios para la explotacin del tnel (tanto vertical
como horizontal), intentando optimizar stos y una seccin lo ms adecuada
desde el punto de vista resistente.
Instalaciones: las instalaciones necesarias para la operacin de un tnel varan
dependiendo del uso funcional para el que se disea y construye. Dichas
instalaciones requerirn de espacio en la seccin de tnel, pero tambin de
espacios propios prximos al tnel (pozos de ventilacin, recintos y salidas de
emergencia, pozos de bombeo, etc.).
Otros condicionantes especficos al tipo de tnel pueden ser la ejecucin de
estaciones subterrneas en lneas de metro, instalaciones hidrulicas en una
conduccin de abastecimiento, etc.
Presencia de edificaciones y otras infraestructuras en las proximidades
La excavacin de una obra subterrnea induce, al alterar el estado inicial del
terreno, una serie de movimientos en las proximidades, tendentes a restablecer
el estado tensional preexistente. Estos movimientos, denominados subsidencias,
se transmiten a la superficie, afectando a las infraestructuras y edificaciones que
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Cuando
sea
inevitable pasar
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255
Reduccin del ruido por rodadura utilizar pavimentos porosos, con mayor
capacidad de absorcin de sonidos.
Reduccin de la reverberacin en interior de tnel y muros laterales de las
bocas de acceso: para ello, se utilizan paneles fonoabsorbentes en todo el
acceso y en unos 50 m hacia el interior.
En el caso de trfico ferroviario, tanto los ruidos como las vibraciones (stas
ltimas son ms importantes debido a la carga por eje, muy superior al del trfico
carretero, as como la rigidez del contacto) se generan en el contacto rueda carril, dependiendo fundamentalmente de:
Aparicin de imperfecciones en la rueda
Irregularidades en carril y va
Caractersticas mecnicas del material mvil (pesos, suspensiones, etc.)
Caractersticas mecnicas de la va (rigidez vertical)
Afeccin al patrimonio histrico y paisajstico
Dentro del conjunto de aspectos medioambientales que han de tenerse en
cuenta en el diseo y ejecucin de una obra subterrnea (recogidos en el
procedimiento ambiental de obligado cumplimiento para toda obra civil), varios
de ellos presentan ciertas singularidades al tratarse de entornos urbanos, y
requerirn de una consideracin especial a la hora de abordar las distintas fases
de la obra.
Se pueden distinguir los siguientes:
Gestin de los residuos generados: distinguiendo residuos genricos de
cualquier tipo de obra (materiales sobrantes, aceites y grasas, plsticos, etc.) y
los materiales procedentes de la excavacin. Respecto a stos, toda obra
subterrnea genera excedentes de tierra que, en caso de no poder ser
reutilizados, deben ser trasladados a vertederos autorizados. Esto, que ya de por
s es un problema en obras en campo abierto, se complica cuando la obra es
urbana, por la escasez de vertederos disponibles.
En el caso de proceder a excavar con una EPB (o hidroescudos), el material
excavado va mezclado con espumas y otros aditivos (lodos bentonticos en el
caso del hidroescudo ), lo que complica an ms la gestin del residuo, no tanto
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258
CAPITULO 9
AUSCULTACIN EN TNELES
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259
9.
AUSCULTACIN EN TNELES
9.1
GENERALIDADES.
en
el
tiempo
no
origina
nuevas
inestabilidades
acelera
inestabilidades antiguas.
En la tabla N 9.1-1 se exponen las afecciones principales y la instrumentacin
adecuada para su auscultacin:
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260
9.2
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261
9.2.1
9.2.1.1
AUSCULTACIN DE MOVIMIENTOS.
CONTROL TOPOGRFICO.
en el exterior
-Estructuras adyacentes
-Descenso de la clave
-Convergencias
-Levantamiento de solera
En fases de mantenimiento y conservacin, la automatizacin de la recogida de
datos es una solucin ptima que poco a poco va teniendo ms presencia. La
instalacin de estaciones robotizadas permite el envo de datos mediante un
sistema de comunicaciones en tiempo real a travs de correos electrnicos o
sms. Pudiendo as actuar de manera inmediata si fuera necesario.
Cuando los tneles recorren zonas urbanas, se ven afectadas estructuras,
edificios, situados en la zona de influencia. Para auscultar y tener controlados
los movimientos que puede ocasionar la excavacin, se instalan principalmente
en edificios y monumentos:
-Clinmetros, para verificar inclinaciones
-Fisurmetros, para controlar fisuras o grietas
-GPS, en edificios o monumentos de especial atencin
9.2.1.2
INCLINMETROS.
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262
angulares
diferentes
profundidades
genera
un
grfico
FOTO N 9.2.1.2-1
EQUIPO COMPLETO DE
INCLINOMETRA
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263
Figura 8.3
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264
9.1.1.1.
9.2.1.3
EXTENSMETROS.
EXTENSMETROS.
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9.2.1.4
EXTENSMETROS.
9.2.1.5
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266
de auscultacin.
Teniendo presente que la deformacin del macizo se inicia por delante del frente
de excavacin, los pernos deben colocarse lo ms prximos al frente para
recoger el mximo de deformacin. Debe tenerse en cuenta que el movimiento
de la maquinaria inutiliza muchas veces los pernos en la zona de trabajo. As
una distancia recomendable para su instalacin seria a unos 20 m del frente.
FOTO N 9.2.1.5-1 LECTURA DE LA
CUERDA OBLICUA.
FOTO N 9.2.1.5-1
LECTURA DE LA
CONVERGENCIA
HORIZONTAL
Es recomendable realizar lecturas de convergencia en cada seccin de
sostenimiento y dentro de una seccin de sostenimiento cada 25-50 m.
Reducindose a 10-15 m en zonas de especial atencin.
Es un sistema de auscultacin barato y muy inmediato en los resultados, por lo
que en la construccin de tneles es el sistema ms habitual de auscultacin.
Debido a su alta precisin, llegando a 1/10 mm, y que la lectura se realiza
manualmente, la metodologa en las lecturas debe ser sistemtica y cuidadosa.
Es necesario as tcnicos con experiencia en la lectura de medidas para evitar
errores.
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267
9.2.2
9.2.2.1
AUSCULTACIN DE TENSIONES.
CLULAS DE PRESIN.
CLULAS DE PRESIN.
9.2.2.2
CLULAS DE CARGA.
CLULAS DE CARGA.
FOTO N 9.2.2.2-2
INSTALACIN DE UNA
CLULA DE CARGA
Segn el sistema de medicin de la clula podramos clasificarlos en :
-Mecnicas, midiendo las deformaciones con comparadores
-Hidrulicas, con cmaras de aceite
-Neumticas, mediante la utilizacin normalmente nitrgeno
-Elctricas, utilizando transductores de cuerda vibrante.
Raramente se utilizan en el interior del tnel ya que los anclajes deben ser
activos y cargar en la cabeza, cosa que no ocurre con los pernos de anclaje. As
suelen instalarse en portales dnde se utilicen muros pantalla o de pilotes
anclados, como elementos estructurales.
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269
9.2.3
9.2.3.1
POZOS DE OBSERVACIN.
9.2.3.2
PIEZMETROS DE CASAGRANDE.
Cuando se pretende obtener la evolucin
del nivel fretico en una zona determinada
se instala el piezmetro de Casagrande.
Consiste al igual que los pozos de
observacin, en la realizacin de un
sondeo y la introduccin de una tubera
ranurada. La tubera en este caso no est
ranurada en toda la longitud, sino solo en
la zona de estudio. Para sellar la zona a
controlar se utiliza un tapn de bentonita
( 60 cm). La tubera en la zona donde
esta
ranurada
est
recubierta
con
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270
9.2.3.3
PIEZMETROS CERRADOS.
9.3
PLAN DE AUSCULTACIN.
resultados.
Un plan de auscultacin debe incluir los siguientes apartados:
-Debe definir los parmetros a controlar de acuerdos a la metodologa de clculo
empleada para que los parmetros puedan ser comparados
-Definicin de los sistemas de auscultacin y su instrumentacin.
-En la obra siempre hay zonas de especial atencin por las consecuencias que
pueden ocasionarse. Por este motivo, la auscultacin adquiere ms importancia
y por lo tanto ser ms exhaustiva. Por eso debe ramificarse la obra en zonas
segn la intensidad de la auscultacin. Se deber tener en cuenta criterios, como
el mtodo de ejecucin, la cobertura, presencia de agua, geologa, estructuras
prximas, Y definir secciones de instrumentacin segn el nivel de control:
bsico, medio e intenso.
-Se deber incluir un plan de instalacin, para coordinar los trabajos con la
ejecucin del tnel para interferir lo menos posible con los rendimientos.
-Se establecern frecuencias de lectura, que irn principalmente ligadas a la
distancia al frente de excavacin y el nivel de intensidad en el control. Es difcil
establecer unas normas generales de frecuencias de lectura, ya que deben
adaptarse a las circunstancias particulares de cada obra. A modo de referencia y
como punto de partida se adjuntan las siguientes tablas,
TABLA N 9.3-1 FRECUENCIAS DE LECTURA. TRABADA, GONZALEZ Y
DEZ (2010)
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272
-Los valores obtenidos se compararan con unos valores previos calculados con
unos mrgenes. Estos mrgenes o umbrales deben ser definidos para controlar
la evolucin de la auscultacin.
-Los umbrales estarn divididos en la escala semafrica verde-mbar-rojo, de
fcil interpretacin, en funcin del grado de desviacin respecto el valor
esperado. As de manera general y como punto de partida, se pueden definir as:
TABLA N 9.3-3
UMBRALES
-El plan de auscultacin debe definir tambin la transmisin de datos para que
las valoraciones deban realizarse oportunamente y la periodicidad de entrega de
los datos.
-As como definir las actuaciones a seguir en funcin del umbral alcanzado,
como punto de partida, se puede tomar las siguientes actuaciones,
Umbral verde:
Umbral mbar:
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273
Umbral rojo:
-Por ultimo deber definir los equipos de personal y medios necesarios para
acometer los trabajos de auscultacin, no disponer de unos equipos de personal
adecuados y con experiencia puede llevar a conclusiones errneas con
consecuencias graves.
9.4
ANLISIS,
RESULTADOS
INTERPRETACIN
EVALUACIN
DE
LOS
DESTROZA
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274
TABLA 9.4-1
LECTURAS DE CONVERGENCIA.
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275
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276
CAPITULO 10
IMPERMEABILIZACIN,
REVESTIMIENTO Y ACABADOS
EN TNELES
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277
10.
10.1 IMPERMEABILIZACIN.
10.1.1
Su objetivo es
poder
disear
el
sistema
elementos
de
drenaje.
Sin
embargo
estas
zonas
siempre
deben
ser
posteriormente
se
presentan
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Volumen I JUNIO 2014
278
constantes
filtraciones,
10.1.2
IMPERMEBILIZACIN POSTERIOR O REFUERZO DE LA
EXISTENTE.
La impermeabilizacin de tneles existentes forma parte de los procesos
de rehabilitacin de tneles antiguos realizados con otro tipo de tcnicas
y materiales, o recientes pero con alguna deficiencia ocurrida en el
momento de su construccin.
Normalmente la impermeabilizacin de tneles existentes conjuntamente
con el drenaje y la pavimentacin, son las ltimas actuaciones
acometidas en el momento de proceder a la rehabilitacin de un tnel
antiguo. Las labores de impermeabilizacin son las mismas que las
descritas en el captulo anterior y su aplicacin dependern en gran
medida de la tipologa de tnel y el tipo de filtraciones presentado.
A nivel general se pueden presentar:
10.1.3
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279
de
gran
durabilidad
homologado
medio
ambientalmente.
Se recomienda solapes de mnimo 20 cm con imprimacin
banda de adhesin.
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280
10.2 REVESTIMIENTO.
10.2.1
GENERALIDADES.
10.2.2
CONCRETO LANZADO.
bandas
drenantes,
se
acostumbra
utilizar
como
de
tneles
respecto
al
con
fuego.
lmina
vista
Actualmente
es
el
existen
con
10.2.3
LAMINA IMPERMEABILIZANTE
CONCRETO PREFABRICADO.
En este caso el sistema consiste en efectuar el drenaje primario
en la fase de sostenimiento de idntica manera que el descrito
en el apartado anterior para tneles con revestimiento de
concreto lanzado. La diferencia es que en este caso la lmina
de impermeabilizacin principal debe colocarse en sndwich
antes de efectuar el hormigonado del revestimiento.
El
procedimiento
impermeabilizante
consiste
en
colocar
una
lmina
lmina de geotextil se
de
hormigonado
impermeabilizacin.
En
una
vez
caso
de
interrumpida
efectuar
la
una
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284
al menos 5 cm de espesor.
FOTO N 10.2.4-1 DOVELAS DE CONCRETO REFORZADO CON JUNTA
ELASTOMRICA.
10.3 DRENAJE.
Es normal que bajo la calzada y principalmente en zonas en las que se
atraviesen niveles freticos se produzcan afloramientos de agua. Estos
afloramientos pueden ser dispersos y de poca envergadura, hasta presentar
caudales importantes que abarquen amplias zonas del tnel. Es sumamente
importante que en la fase de proyecto, el estudio hidrogeolgico contemple
esta posibilidad, de manera que se proyecten un conjunto de soluciones para
captar el agua bajo pavimento. En la fase de construccin deber realizarse
un seguimiento y un inventario de los afloramientos, a los que se les aplicar
las soluciones previstas en proyecto, las cuales podrn ser revisadas o
modificadas en funcin del caudal y la dispersin de los afloramientos.
Las soluciones comnmente utilizadas en los tneles para la captacin de
aguas bajo pavimento son:
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285
aglomerado.
10.4 ACABADOS.
10.4.1 PAVIMENTO.
Se debe tener en cuenta que los factores que afectan el diseo de pavimentos,
es diferente dentro de un tnel que en una carretera convencional a cielo abierto.
Entre otros factores a tener en cuenta en los tneles se pueden mencionar;
El hecho de que generalmente la roca excavada es favorable y aporta una
explanada de buena calidad.
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286
peatonal
accidental,
paso
de
operarios
de
mantenimiento,
ocasionalmente se utiliza para pasar por debajo de ella los servicios y drenajes,
con sus respectivas arquetas de inspeccin adecuadas para trnsito peatonal.
El bordillo, ubicado entre la acera peatonal y la calzada, se recomienda que se
pueda pisar, para que sirva de ampliacin de calzada en caso de avera o para el
mantenimiento, en cuyo caso se debe revisar la existencia de arquetas de
servicios, las cuales tendran que ser transitables por trfico pesado. Y debera
existir una barrera de proteccin de concreto en la base del hastial, tipo New
jersey. Igualmente se debe asegurar el galibo mnimo sobre la acera.
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287
CAPITULO 11
PORTAL EN TNELES
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288
11.
PORTAL
11.1 GENERALIDADES.
Como portales podemos definir a la interseccin del tnel con el desmonte de
acceso. Aunque de manera ms general se aplica al desmonte previo y a los
primeros metros del tnel (15-30 m).
El hecho que los taludes queden debilitados por la excavacin del tnel en su pie
y que la excavacin del tnel pierda su efecto frente, por la proximidad del talud,
hace que sea la zona del tnel ms delicada de todo el tnel.
A estas circunstancias debe aadirse que el portal est prximo a la superficie y
el macizo rocoso suele estar ms alterado. Cualquier inestabilidad en el frente,
en el portal se multiplica sus efectos, ya que puede transformarse en chimenea y
salir a superficie, provocando daos graves.
En un portal tpico podramos definir las siguientes zonas:
FIGURA N 11.1-1
FIGURA N 11.1-2
PERSPECTIVA DE UN
EMBOQUILLE EN
TRINCHERA
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FOTO N 11.2-1
PORTAL PICO DE
FLAUTA
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291
FOTO N 11.2-2
RESTITUCIN DE LA LADERA
PREEXISTENTE
FOTO N 11.2-3
TRABAJOS DE RESTITUCIN
DE LA LADERA FINALIZADOS
Condicionantes econmicos
Atendiendo a los condicionantes anteriores (geolgico-geotcnicos, geomtricos,
cobertura mnima y medioambientales) se pueden disear varias alternativas
posibles. Alternativas que deben valorarse econmicamente para decidir la mejor
ubicacin.
La excavacin en desmonte siempre es ms econmica que la ejecucin de un
tnel. Pero se recomienda que los taludes no excedan de 30 m de altura de
desmonte mximo. Debe tenerse en cuenta que a mayor altura de desmonte,
menor factor de seguridad y sobretodo mayor problemtica para solucionar
cualquier incidente que ocurriera.
Teniendo en cuenta que debe realizarse la restitucin de la ladera previa al
desmonte, debe contraponerse la valoracin del conjunto: desmonte, proteccin
del desmonte y falso tnel con la ejecucin de tnel de ms. Y as optimizar la
relacin tnel-desmonte.
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292
GENERALIDADES.
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293
11.3.2
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294
FOTO N 11.3.2-1
DRENES
SUBHORIZONTALES
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295
resistencia
solo
al
producirse
movimientos
en
el
talud.
Utilizados
gunitado,
la
colocacin
de
mallas
de
doble
triple
torsin,
la
11.3.3
sostenimientos
aplicados
en
estos
metros
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298
iniciales
suelen
ser
FOTO N 11.3.3-1
EXCAVACIN DEL
FRENTE EN LOS
PRIMEROS METROS
ESTABILIZANDO EL
FRENTE MEDIANTE
MACHN CENTRAL
Paraguas en el portal
La ejecucin de una paraguas zunchado es casi una prctica obligatoria, excepto
en casos de muy buena calidad geotcnica.
Un paraguas consiste en el presostenimiento del frente por delante de la
excavacin, minimizando deformaciones a la hora de excavar. Se consigue
mediante la perforacin e introduccin de barras de acero o micropilotes en la
zona perimetral superior de la seccin. Posteriormente se inyectan con lechada
de cemento y se realiza una viga de atado que consigue que trabajen todos en
conjunto (solo cuando es ejecutado en el exterior).
En funcin de la calidad geotcnica del macizo rocoso podramos distinguir
paraguas ligeros, medios y pesados (macizos rocosos).
Tambin en suelos se puede realizar un paraguas mediante el jet-grouting.
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299
Viseras
La inclinacin del talud frontal crea una zona de transicin donde el terreno no
envuelve al tnel en su totalidad, se denomina visera. Es la zona de paso del
falso tnel al tnel natural.
FIGURA N 11.3.3-1
VISERA,
ZONA DE TRANSICIN
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300
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301
RECOMENDACIONES DE TRATAMIENTOS EN UN
PORTAL. ROMANA (2000)
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302
FOTO N 11.4-1
PORTAL NATURAL
FOTO N 11.4-2
PORTAL DE
MAMPOSTERA
Portal en pico de flauta: es una solucin muy extendida hoy en da ya que como
prolongacin del tnel permite la restauracin de la ladera original. Suelen ser de
concreto prefabricado que facilita su ejecucin en obra. Podramos dividirlos en
pico de flauta normal (terminacin descendente) y pico de flauta invertido o pico
de pato (terminacin ascendente, contraria a la pendiente del talud).
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
303
FOTO N 11.4-3
FOTO N 11.4-4
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
304
FOTO N 11.4-5
PORTAL CON
PROTECCIN
LATERAL DEL TALUD
FOTO N 11.4-6
PORTAL
ARQUITECTNICO
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
305
CAPITULO 12
SEGUIMIENTO Y CONTROL DE
OBRA EN LOS TNELES
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
306
12.
12.1 GENERALIDADES.
Durante el desarrollo de la ejecucin de una obra siempre es necesario un
control y un seguimiento tanto de ejecucin como presupuestario, debido
principalmente, a posibles condicionantes no contemplados en el proyecto.
Tareas que normalmente son desarrolladas por una asistencia tcnica a la
direccin de las obras.
As para un buen control de la obra y ms en especial en la construccin de un
tnel, es buena prctica realizar:
-Revisin completa del proyecto.
-Seguimiento geolgico-geotcnico durante su ejecucin y comprobacin de las
hiptesis de clculo utilizadas.
-Control de la ejecucin, comprobando que se ajusta a la calidad de los
materiales y se ajusta al pliego de condiciones en cuanto a su ejecucin.
-Control y seguimiento econmico y temporal
CONTROL GEOMTRICO.
Una desviacin no tolerada del eje del tnel o la excavacin de una seccin
insuficiente pueden comprometer la ejecucin de la obra. As el replanteo y el
control de la excavacin son labores esenciales durante la ejecucin de un tnel.
Se realiza mediante mtodos topogrficos y se establece un plan de control
adecuado. Determinando mtodos, tolerancias,
externas y equipos.
Los equipos de topografa deben estar integrados en el ciclo de excavacin
como una parte indispensable. La comunicacin entre los equipos de produccin
y los equipos de topografa debe ser fluida, para que los ciclos de excavacin
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
308
sean los ptimos. Se requiere, por parte de los equipos de topo-grafa, una total
adaptacin al ciclo de excavacin, sobre todo cuando se realizan turnos
nocturnos de trabajo.
La excavacin del tnel requiere bsicamente de:
-un control geomtrico de la alineacin, tanto en planta como en perfil
-un control de la seccin de excavacin.
En
mtodos
de
excavacin
convencionales
(perforacin
voladura,
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
309
FOTO N 12.3.1-2
REPLANTEO DEL
FRENTE DE
EXCAVACIN
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
310
12.3.2
CONTROL DE AVANCE.
Recoger las distancias de avance nos ser muy til para relacionar, mtodos de
excavacin, perforaciones, sostenimientos, rendimientos, avances medios,
avances acumulados,...
Pero sobre todo para poder tener previsiones de trabajo, rendimientos y de
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
311
el
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
312
12.4.1
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
313
FIGURA N 12.4.1-1
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
314
12.4.2
AUSCULTACIN.
12.4.3
CONTROL HIDROGEOLGICO
El proyecto deber definir una relacin de calidad del terreno con sostenimiento
a aplicar. Normalmente la calidad de terreno se define mediante clasificaciones
geomecnicas por eso al realizar el seguimiento en obra puede cambiar
substancialmente respecto al proyecto.
Segn la clasificacin geomecnicas, el mtodo constructivo, los equipos de
trabajo, la experiencia previa en el terreno y la auscultacin realizada se definir
un sostenimiento a aplicar. Este control debe ser diario en mtodos
observacionales como en el NATM, donde el terreno tiene una mayor
intervencin en el sostenimiento del tnel.
Deben recopilarse los cambios en el sostenimiento si los hubiera, respecto
proyecto. Lo recomendable es consensuar una progresiva de cambio en obra
conjunta-mente (contratista-direccin de obra).
Recoger los cambios de sostenimiento y realizar una comparativa con los
sostenimientos del proyecto es bsico. Un cambio de sostenimiento de manera
continuada puede incrementar notablemente el presupuesto e incluso impedir la
realizacin de la obra. Los cambios de sostenimiento que afectan ms al
presupuesto son los que los que se realizan de sostenimientos ligeros por otros
ms pesados. Debe tenerse en cuenta estos cambios a la hora de preveer
sostenimientos por delante del frente.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
317
TABLA N 12.5.1-1
12.5.2
CONTROL DE CALIDAD.
12.5.2.1
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
318
FOTO N 12.5.2.1-1
EJECUCIN DE ARTESAS
DE CONCRETO LANZADO
DURANTE LAS PRUEBAS Y
ENSAYOS
PREVIOS
DURANTE LOS TRABAJOS
DE EJECUCIN EN EL
PORTAL.
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Volumen I JUNIO 2014
319
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
320
12.5.2.2
TNEL.
Antes de iniciarse los trabajos de ejecucin del tnel se deberan aprobar los
ensayos previos realizados y tener totalmente definidos los procedimientos de de
trabajo y ensayos de calidad.
El control de calidad durante los trabajos de ejecucin del tnel atender al plan
de calidad establecido segn la normativa vigente y se basara principalmente en
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
321
el control de:
Contenido de fibras
Se recomienda realizarlo en el concreto en fresco, antes de lanzarlo. Si se
establece una sistemtica de trabajo resulta fcil relacionarlo con la energa de
absorcin. Es importante haber realizado bien los ensayos previos en la zona del
portal.
Resistencia a compresin del concreto lanzado
La resistencia se obtendr de la media de ncleos extrados de artesa
shotcreatadas, segn la normativa vigente. Se recomienda extraer los ncleos
en obra, para evitar al mximo las manipulaciones del concreto lanzado y as
evitar golpes a edades tempranas que podran alterar resultados.
Debe seguirse la normativa vigente en cuanto a los ncleos a extraer en la
artesa. Un tamao de 7,5 cm de dimetro sera ptimo en los ncleos a extraer y
se recomienda que sean siempre del mismo dimetro para poder compararlos.
Para poder conocer la resistencia a lo largo de su fraguado, pueden extraerse a
modo de ejemplo:
-2 ncleos a 3 das (zona de portal 20 m y en zonas de especial atencin)
-2 ncleos a 7 das (control preventivo de la resistencia final)
-3 ncleos a 28 das (resistencia a compresin oficial)
-1 ncleo a 90 das (siempre es bueno tener una evolucin de la resistencia a
compresin)
FOTO N 12.5.5.2-1
EXTRACCIN DE NCLEOS DE CONCRETO LANZADO
Se recomiendan artesas de tamao 100 cm x 100 cm, para poder realizar las
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
322
extracciones correctamente.
Sin obviar el plan de calidad establecido segn la normativa vigente, como
frecuencias orientativas, puede seguirse el cuadro siguiente:
-2 artesas diarias
-1 artesa diaria
Las artesas siempre deben ser de concreto lanzado con sus correspondientes
aditivos, nunca vertido. Ejecutadas durante los trabajos de sostenimiento en el
frente. Bien identificadas (punto kilomtrico, fecha, avance o destroza,) El
traslado del frente de excavacin hacia el exterior del tnel para realizar la
extraccin de ncleos debe ser cuidadosa y evitando golpes.
Capacidad de absorcin de energa
La absorcin de energa en el concreto lanzado reforzado con fibras se evala
principalmente mediante la confeccin de paneles en obra y ensayados
posteriormente en laboratorio. Se realizan circulares (normativa ACI) o
cuadrados (normativa EFNARC), pero la problemtica es la misma, la confeccin
de paneles en obra. Se requiere especial atencin en su confeccin, ya que
cualquier defecto, sobretodo en el grosor, desvirta el ensayo. As es
recomendable realizarlos siempre acompaados de un ensayo de contenido de
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Volumen I JUNIO 2014
323
kilomtrico, izquierda-derecha.
Todas las extracciones de ncleos sern rellenados con mortero para evitar
posibles puntos de drenaje hacia el tnel.
La sistemtica aqu descrita siempre es como punto de partida y debe adaptarse
siempre a las circunstancias de la obra y a la normativa vigente.
Deben adaptarse sobre todo a las fases de excavacin, y sera recomendable
no iniciar una fase de excavacin sin tener comprobada las caractersticas
geomtricas y de resistencias antes de iniciar la siguiente fase de excavacin.
As sera recomendable, por ejemplo, comprobar pernos de anclaje, espeso-res
y resistencias en la capa de sostenimiento de la fase de avance antes de iniciar
la fase de la destroza.
CONTROL GEOMTRICO.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
326
FOTO N 12.6.1 -1
COMPROBACIN DE GLIBO MEDIANTE ESCANEADO LSER
12.6.2
CONTROL DE CALIDAD.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
327
realizadas
en
la
capa
de
sostenimiento.
As si
las
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Volumen I JUNIO 2014
328
FIGURA N 12.7-1
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331
CAPITULO 13
SEGURIDAD E HIGIENE DE LA
OBRA
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Volumen I JUNIO 2014
332
13.
13.1.1 CERRAMIENTO.
Con el objeto de evitar las interferencias previsibles, tanto con los viales de
acceso a la obra como con las reas anejas a sta, provocadas por el trnsito de
terceros (vehculos y transentes), se deber adoptar el correspondiente
cerramiento a lo largo de toda la obra, de forma que quede impedido el acceso
de personas no autorizadas. Dicho cerramiento deber estar debidamente
acompaado de sealizaciones de seguridad en lugares apropiados, acorde al
riesgo especfico, adems de las oportunas seales en viales adyacentes. A la
hora de implantar el vallado de obra se tendr en cuenta la incorporacin de los
vehculos a viales, carreteras y vas pblicas de circulacin, con condiciones
adecuadas de visibilidad de acuerdo con la normativa vigente de trfico.
Ser recomendable la disposicin de controles de acceso, en evitacin de
riesgos de intrusismo.
El vallado perimetral deber contar con la adecuada altura y resistencia, como
para ser considerado infranqueable involuntariamente, pudiendo ser del tipo valla
metlica prefabricada de 2 m de altura apoyada sobre dados de concreto
anclados al terreno mediante omegas, separados cada 3.5 m, o bien con valla
metlica prefabricada de 2 m. de altura y 1 mm de espesor, con chapa ciega y
soportes del mismo material tipo omega, separados cada 2 m sobre el terreno.
Adems de esto, se deber prever un ocasional acotado parcial y transportable,
mediante vallas de contencin de peatones en zonas con riesgo puntual.
Se prevern accesos para operarios y vehculos debidamente discriminados y
sealizados en la valla de cerramiento.
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Volumen I JUNIO 2014
333
13.1.2
colocarn
en
el
exterior
recipientes
para
basuras,
vacindose
peridicamente.
VESTUARIOS
Se dispondr de recintos dotados de puertas al exterior con ventilacin e
iluminacin adecuadas, provistos de armarios o taquillas metlicas individuales
con cerradura para la ropa y calzado, as como asientos para el personal.
Se prever perchas o puntos de cuelgue para la ropa hmeda.
Si las duchas o lavabos estuvieran separados, la comunicacin entre unos y
otros deber ser fcil.
Se proveer de tomas de corriente para la instalacin de estufas en el invierno.
ASEOS
Se dispondr de un recinto provisto de los siguientes elementos:
Inodoros o placas turcas en cabinas individuales con puerta, pestillo interior y
percha.
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334
13.1.3
INSTALACIN ELCTRICA.
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335
13.1.4
INSTALACIN DE AGUA.
13.1.5
INSTALACIONES DE EXPLOSIVOS.
ALMACENAMIENTO DE EXPLOSIVOS
Se entender por depsito de explosivo el lugar destinado al almacenamiento de
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Volumen I JUNIO 2014
336
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Volumen I JUNIO 2014
337
instalaciones
almacenamientos
de
los
depsitos
especiales,
auxiliares
esencialmente
de
deben
distribucin,
tener
como
medidas
precauciones respecto al riesgo de incendio, por lo que los materiales deben ser
metlicos y refractarios, constituyendo un bloque acorazado e ignfugo. El otro
riesgo que es igualmente considerado es el del robo y, en consecuencia, los
equipos tienen puertas de seguridad acorazadas y cerraduras igualmente de
seguridad.
Se establece que, para trabajos temporales especiales, se podrn autorizar
depsitos de consumo con capacidad mxima de 5000 kg. formados por
polvorines prefabricados. Estos equipos no necesitarn guardera y el sistema de
aprobacin ser similar el de los minipolvorines. Existen en el mercado modelos
homologados por la Direccin General de Poltica Energtica y Minas.
MONTAJE DE INSTALACIONES
Adems de las medidas de seguridad, pararrayos, prevencin de incendios,
extintores, materiales constitutivos, ventilacin, distancia entre polvorines, etc.,
son necesarias medidas de seguridad ciudadana.
Para el almacenamiento de explosivos se pueden instalar varias bateras de
depsitos. Estas bateras sern totalmente independientes, con vallado
perimetral y cada una contar con varios minipolvorines, la mayora para
explosivos y, al menos uno, para iniciadores. Ambas bateras dispondrn de
autorizacin de Puesta en Servicio.
CASETA DEL VIGILANTE JURADO
Estar ubicada en las inmediaciones del almacenamiento de explosivos, y estar
sujeta a la legislacin vigente en materia de seguridad ciudadana.
ZONA DESTRUCCIN DE EXPLOSIVOS
Con independencia del sistema de destruccin que se adopte, por explosin o
por combustin, deben considerarse unas distancias de seguridad, tanto
respecto a zonas habitadas y vas de comunicacin como en lo relativo al lugar
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338
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Volumen I JUNIO 2014
339
13.1.6
TALLER MECNICO.
13.1.7
13.1.8
13.1.9
DEPSITO DE ALMACENAMIENTO.
13.1.10
13.2.1
DEFINICIN
En algunos casos la realizacin del acceso al tnel conlleva la excavacin a cielo
abierto mediante la utilizacin de diversa maquinaria especfica para
movimientos de tierras.
MAQUINARIA Y EQUIPOS
--Bulldozer.
--Retroexcavadora.
--Pala cargadora.
--Camin basculante.
--Camin dumper.
--Dumper autocargable.
--Cuba de agua.
13.2.2
POZO DE ATAQUE.
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342
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343
..Cuerpo
..Poleas
..Valvas o mandbulas
..Cuchara bivalva hidrulica
..Suspensin
..Cuerpo
..Poleas
..Valvas o mandbulas
..Hidrofresa
..Trpano
..Cuerpo del trpano
..Base de golpeo
..Gndola
..Excavadora
..Camin hormigonera
..Gra autopropulsada
..Grupo de soldadura y oxicorte
..Planta de lodos
..Batidora
..Desarenador
..Bomba
..Dispositivo de almacenamiento
PILOTES IN SITU
Definicin
Un pilote es un elemento constructivo utilizado para la realizacin de
cimentaciones profundas en terrenos de escasa capacidad portante.
Se dice que los pilotes son in situ cuando la ejecucin completa se efecta en su
lugar de emplazamiento definitivo.
Los mtodos constructivos de pilotes in situ que se tratarn son:
--Pilotes con encamisado recuperable
--Pilotes con lodos bentonitcos
--Pilotes con rotacin en seco
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344
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345
..Batidora
..Desarenador
..Bomba
..Bomba de hormigonado
MICROPILOTES Y ANCLAJES
Definicin
Los micropilotes que trataremos en sta gua son elementos cilndricos
perforados en el terreno, armados con tuberas de acero reforzadas a veces con
una o varias barras de acero, e inyectados con lechada o mortero de cemento en
una o varias fases.
Respecto a los anclajes, podemos definirlos como una perforacin en el terreno
donde se introducir unos cables o barras que, despus de inyectados con una
lechada de cemento y tras su fraguado, sern sometidos a tensin.
La ejecucin de un micropilote comprende la realizacin de las siguientes
operaciones bsicas.
1./2. Perforacin del taladro de micropilote.
3. Extraccin del varillaje de perforacin.
4. Colocacin de la armadura.
5. Inyeccin del micropilote.
6. Conexin con la estructura o con el resto de micropilotes, mediante un
encepado.
Los anclajes se ejecutan en las siguientes fases:
1. Perforacin del anclaje con entubacin recuperable o no.
2. Colocacin del tirante o barra.
3. Inyeccin del anclaje.
4. Tesado del anclaje.
Medios auxiliares
..Cables, cadenas, eslingas, ganchos
..Obturador
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346
Maquinaria y equipos
..Equipo de perforacin
..Gndola
..Excavadora
..Grupo de soldadura y oxicorte
..Equipo de inyeccin de lechada:
..Mezcladora
..Agitador
..Bomba de inyeccin
Para anclajes:
..Equipo de tesado
cerchas
gunitado,
temas
que
se
tratarn
en
sus
apartados
correspondientes.
Antes de la ejecucin del emboquille se habr procedido, en su caso, al
sostenimiento del talud, ejecucin de visera de proteccin, etc.
MEDIOS AUXILIARES
--Andamios
--Cadenas, estrobos
-- y eslingas
--Escaleras de mano
--Cubilote de hormigonado
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347
MAQUINARIA Y EQUIPOS
--Carro perforador
--Plataforma elevadora
--Manipuladora telescpica
--Retroexcavadora
--Camin gra
--Camin hormigonera
--Gra autopropulsada
--Bomba de hormigonado
--Grupo electrgeno
--Vibrador
--Compresor
--Herramientas manuales
13.3.2
13.3.3
ROZADORA.
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348
--Retroexcavadoras
--Camin basculante
--Camin dmper
--Cargadora de perfil bajo
--Dmper motovolquete
13.3.4
EXPLOSIVOS.
13.4
13.4.1
VENTILACIN.
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Volumen I JUNIO 2014
350
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
351
13.4.2
INSTALACIN ELCTRICA.
13.4.3
Para ejecutar determinadas labores de obra, como puedan ser las realizadas por
el robot de gunitado y el jumbo de perforacin, es necesaria la colocacin de una
instalacin de aire comprimido, que estar compuesta por un compresor de aire
situado en el exterior del tnel y una tubera.
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353
MEDIOS AUXILIARES
--Escaleras de mano
--Eslingas, cadenas, estrobos
MAQUINARIA Y EQUIPOS
--Manipuladora telescpica
--Camin gra
--Compresor
--Herramientas manuales
13.5 SOSTENIMIENTO.
13.5.1
PERNOS DE ANCLAJE.
Los pernos de anclaje son elementos lineales de refuerzo que se colocan dentro
de un taladro efectuado en la pared de roca y se adhieren a sta por un
procedimiento mecnico o por medio de una sustancia adherente.
MEDIOS AUXILIARES
--Plataforma de trabajo
--Escalera de mano
MAQUINARIA Y EQUIPOS
--Manipuladora telescpica
--Plataforma elevadora
--Carro perforador
--Martillo perforador
--Herramientas manuales.
13.5.2
CONCRETO LANZADO.
Concreto que se coloca mediante proyeccin del mismo contra la superficie que
se desea proteger, de forma que queda adherido a sta.
Existen tres procesos para el concreto proyectado: por va seca, por va
semihmeda y por va hmeda.
Para una mejora del sostenimiento se emplean fibras de acero o mallazo.
MEDIOS AUXILIARES
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354
--Plataforma de trabajo
--Cadenas, estrobos, eslingas
MAQUINARIA Y EQUIPOS
--Dmper
--Manipuladora telescpica
--Plataforma elevadora
--Robot gunitador
--Bomba de proyectar
--Camin hormigonera o mixer
--Herramientas manuales
13.5.3
CERCHAS.
Las cerchas son elementos de acero que tienen una funcin resistente de por s
y, generalmente, en unin con concreto proyectado.
El presente captulo hace referencia a las operaciones de manipulacin, montaje
y colocacin de cerchas. Las citadas operaciones consisten en la descarga de
las mismas en paquetes desde el camin de transporte, el acopio en zona
habilitada, transporte de las unidades hasta la zona de sostenimiento prxima al
frente y la colocacin de las mismas.
ACOPIOS
Las cerchas se reciben descompuestas en varios tramos para su posterior
armado.
El acopio se realiza en zona habilitada en el exterior del tnel, lo ms cerca
posible de la plataforma de ejecucin.
La manipulacin se realizar con los equipos de elevacin adecuados.
TRANSPORTE
Antes de proceder al traslado de las unidades que componen la cercha, estas se
separarn utilizando un cable o una cadena atada a cada una de las piezas que
forman la cercha.
Se apilarn una a una las piezas que forman cerchas completas sobre tacos de
madera (separados del resto), para poder pasar las pinzas del equipo de
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Volumen I JUNIO 2014
355
13.5.4
MEDIOS AUXILIARES
--Plataforma de trabajo
--Cadenas, estrobos, eslingas
MAQUINARIA Y EQUIPOS
--Dmper / Manipuladora telescpica
--Plataforma elevadora
--Equipo soldadura oxiacetilnica
--Herramientas manuales
13.5.5
TRATAMIENTOS ESPECIALES.
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IMPERMEABILIZACIN.
13.6.2
CONCRETO IN-SITU.
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358
--Grupo electrgeno
--Herramientas manuales
ARMADO/FERRALLADO Y HORMIGONADO DE LA PUESTA
El hormigonado de la puesta es el conjunto de operaciones necesarias para el
vertido del concreto en el interior del encofrado, realizado habitualmente por
bombeo. Queda incluida la operacin de vibrado durante el vertido del concreto
as como la ejecucin y retirada de los encofrados laterales (tapes).
Ocasionalmente
se
introducen
armaduras
sin
carcter
estructural
13.6.3
ELEMENTOS PREFABRICADOS.
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360
Manual de Carreteras
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361
auxiliares,
filtros
de
polvo,
grupo
de
emergencia,
cintas
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362
3. Gatos de empuje
4. Erector para colocacin de segmentos prefabricados
5. Cinta transportadora para evacuacin de escombros desde el frente
HIDROESCUDOS.
Los hidroescudos de lodos aseguran la estabilidad del frente mediante la accin
combinada de la cabeza de corte y del lodo a presin.
Son apropiados para terrenos naturales en condiciones difciles y bajo presin de
agua (arenas, limos y gravas hasta 60 mm). Los lodos utilizados son
generalmente bentonitcos (muy tixotrpicos como la montmorillonita). Este lodo
contribuye a la estabilidad del frente y sirve, adems, como transporte de los
escombros producidos, mediante un sistema hidrulico. En el exterior se instala
una central de tratamiento y separacin del escombro, del lodo que se recircula
al frente.
1. Cabeza de corte dotada de las herramientas de corte para terrenos
2. Blandos (picas, dientes)
3. Escudo
4. Cmara de presin rellena con suspensin de bentonita
5. Burbuja de aire comprimido para conseguir la presin necesaria de
6. Contencin
7. Parmetro de presin
8. Bombeo al exterior de la mezcla de escombro y lodo.
9. Triturador de bolos
10. Inyeccin desde el exterior de los lodos bentonitcos.
11. Anillo prefabricado de concreto
ESCUDOS DE PRESIN DE TIERRAS.
Este tipo de escudos, llamados EPB (Earth Pressure Balance), se aplican a la
mayora de terrenos con inestabilidades y sobre todo para trabajos bajo niveles
freticos.
Es un equipo cuya idea combina los Hidroescudos y los Escudos de Rueda
Presurizados (aire comprimido).
..De los Hidroescudos toma el principio del sostenimiento del frente, mediante el
equilibrio de la presin del terreno (ms el agua) con la presin dentro de la
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
363
cmara de la cabeza.
..De los Escudos Presurizados toma el principio de la evacuacin del escombro,
en un estado casi slido, mediante un tornillo sin fin (en la fase de paso a la
presin atmosfrica).
Los componentes principales son:
1. Rueda de corte dotada con las herramientas de corte para suelos (picas,
dientes, rastrillos, etc)
2 y 3. Cmara de presin de tierras
4. Cilindros de empuje
5. Tornillo sin-fin
6. Erector para colocacin de segmentos prefabricados
7. Anillo prefabricado de revestimiento
Cabeza fresadora con dientes trituradores, rasgadores y cortadores, para poder
operar en terrenos mixtos.
Contienen un nmero variable de motores electrohidrulicos de velocidad
variable. Incluye las puertas de control de inundacin, para que pase el material
a la esclusa, o cmara, de materiales.
Cilindros de propulsin, con la misma misin que en todos los escudos.
Transportador sin fin, que remueve el material de la cmara y lo deposita en la
cinta transportadora. Tambin tiene velocidad variable y reversible.
Cmara hiperbrica, para el acceso del personal a la esclusa; para operaciones
de mantenimiento o para operar la EPB en condiciones de terreno inestable.
El resto de componentes del Back-up, es similar al de otros escudos.
DOBLES ESCUDOS.
La concepcin de estas mquinas se basa en un escudo telescpico, articulado
en dos piezas, que adems de proporcionar un sostenimiento continuo del
terreno durante el avance (Escudos), permite simultanearlo con el arranque
cuando el terreno puede soportar los Grippers (Topos).
Por lo tanto son mquinas que pueden trabajar en terrenos de diferentes
caractersticas geotcnicas, consiguindose rendimientos elevados.
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364
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365
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366
13.8.1
MONTAJE Y DESMONTAJE.
13.8.2
UTILIZACIN Y MANTENIMIENTO
MEDIOS AUXILIARES
--Cadenas, estrobos y eslingas
--Escaleras de mano
--Polipasto
--Herramienta manual
MAQUINARIA Y EQUIPOS
--TBM
--Cintas transportadoras
--Trenes
--Equipos de soldadura
13.9 HIGIENE..
Considerando los trabajos incluidos en el mbito de esta gua debemos tener
presente que, adems de los riesgos higinicos derivados de la construccin en
espacios al aire libre, hay que tener presente los derivados por la condicin de
trabajar en un espacio confinado, entendiendo como tal: cualquier espacio con
aberturas limitadas de entrada y salida, ventilacin natural desfavorable, en el
que pueden acumularse contaminantes txicos, inflamables o explosivos, o tener
deficiente en oxgeno, y que no est concebido para una ocupacin continuada
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Volumen I JUNIO 2014
368
13.9.1
CONTAMINANTES FSICOS.
13.9.2
CONTAMINANTES QUMICOS.
13.9.3
CONTAMINANTES BIOLGICOS.
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Volumen I JUNIO 2014
371
ORGANIZACIN GENERAL
Definir y asignar funciones (centro de control, jefe de emergencia, jefe de
intervencin, equipos de primera y segunda intervencin, equipos de alarma y
evacuacin, equipos de primeros auxilios...).
Sealar los medios humanos y tcnicos, teniendo en cuenta turnos, jornadas de
trabajo (festivos, laborables, vacaciones, etc.), sustituciones de personas y/o
equipos, etc.
Incluir diagrama funcional que facilite el seguimiento de las actuaciones.
Desarrollar directorio con nombres, funciones, telfonos, etc.
Sistemas de control de personal con el fin de conocer en tiempo real la
identificacin de personas sujetas a una emergencia en un momento dado.
hundimientos
del
terreno,
inundaciones,
cortes
de
suministro,
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372
de
sealizacin
(alumbrado
de
emergencia,
seales
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Volumen I JUNIO 2014
373
13.11 ENTORNO..
En la construccin de un tnel se debe considerar minimizar las afecciones en el
medio, diferenciando entre entornos urbano y rural. A continuacin se realiza un
listado no exhaustivo de las afecciones ms comunes en ambos entornos:
..Ruidos
..Vibraciones
..Ambiente pulvgeno y gases
..Edificios y/o estructuras
..Servicios e infraestructuras
..Socavones
..Contaminacin de aguas subterrneas o superficiales
..Modificacin de acuferos
..Depsitos de sobrantes
..Modificacin del paisaje e influjo sobre la fauna y vegetacin
..Contaminacin de suelos
..Restos arqueolgicos
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Volumen I JUNIO 2014
374
Esto nos dar lugar a una serie de actuaciones y/o tratamientos conducentes a
minimizar dichos efectos:
..Apantallamientos
..Sistemas de captacin, cortinas...
..Apuntalamientos, recalces...
..Apeos provisionales
..Inyecciones, jet grouting, ice boring...
..Estaciones depuradoras, drenajes...
..Replantacin y resiembra
..Control, seguimiento, retirada de residuos
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375
TERCERA PARTE
LAS INSTALACIONES EN TNELES
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376
CAPITULO 14
ILUMINACIN EN TNELES
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
377
14.
ILUMINACIN EN TNELES
14.1 GENERALIDADES.
La garanta de la seguridad de los usuarios en los tneles es un elemento
primordial. Uno de los componentes esenciales para su consecucin es la
iluminacin por lo que en todo momento debe procurarse la correcta iluminacin
de la va.
Los requerimientos de iluminacin para un tnel corto o un tnel largo difieren
de acuerdo con el nivel de visin a travs del tnel que tiene el automovilista en
su aproximacin a los portales de entrada y salida. La visin depende
principalmente de la longitud del tnel pero tambin de otros parmetros como la
anchura, altura, acuerdos verticales y horizontales (alineamiento y curvatura).
Esta subdivisin en tneles cortos y tneles largos se refiere primordialmente
a la longitud del tnel, aunque esta caracterstica fsica no es suficiente para la
clasificacin. Algunos tneles cortos en longitud, cuando no se tiene visin a
travs de ellos en la aproximacin, necesitan una instalacin de iluminacin
como si se tratase de un tnel largo en longitud, por lo que se denominan
tneles pticamente largos.
Respecto a la iluminacin hay que considerar:
- Tneles geomtricamente largos.
- Tneles pticamente largos
- Tneles cortos.
Clase de tnel:
- Tnel cort. Menos de 500 m o no requerimiento de ventilacin forzada.
La necesidad de alumbrado durante el da depende de la visin a travs.
- Tnel largo. Ms de 500 m o requerir ventilacin forzada para su
operacin. Siempre tiene necesidad de alumbrado artificial.
- Tneles cortos: Tneles con longitud superior a 75 m cuando no est
recomendada la iluminacin diurna , al menos una hora antes de la salida
del sol y una hora despus de la puesta del sol, deben tener un nivel de
iluminacin igual a los valores recomendados para la zona interior de un
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Volumen I JUNIO 2014
378
tnel largo.
Problemtica visual en los tneles:
- Efecto de agujero negro en la aproximacin a un tnel. Imposible
distinguir ningn obstculo en el interior del tnel.
- Efecto de induccin, producido por la influencia de las partes contiguas
de la retina a aquella en la que se forma la imagen del objeto que se est
visualizando.
- Efecto de adaptacin, que es el que permite el ajuste de la sensibilidad
del ojo humano a un cambio en la distribucin de luminarias en el campo
de visin.
- Luminancias de velo, luz parsita presente sobre el ojo de los
conductores.
- Contraste. C = (L0 Lf) / Lf
Lf=luminancia de fondo
Los tneles dispondrn de iluminacin normal, de seguridad y de emergencia
(evacuacin).
- La iluminacin normal se proporcionar de modo que asegure a los
conductores una visibilidad adecuada de da y de noche, tanto en la zona
de entrada como en el interior del tnel y con las condiciones de trfico
ms desfavorables. La iluminacin del tnel no slo est determinada por
las condiciones visuales de los conductores, sino tambin por otros
factores como la meteorologa, el estado del firme, la densidad del trfico,
seguimiento por CCTV o presencia de un sistema de deteccin
automtica de incidentes DAI.
- La iluminacin de seguridad se proporcionar de modo que permita una
visibilidad mnima para que los usuarios del tnel puedan evacuarlo en
sus vehculos en caso de avera del suministro de energa elctrica.
- La iluminacin de emergencia (evacuacin), estar a una altura no
superior a 1,5 metros y deber proyectarse de modo que permita guiar a
los usuarios del tnel para evacuarlo a pi con un mnimo de 10 lux
(cd/m2) y 0,2 lux (cd/m2).
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Volumen I JUNIO 2014
379
ZONAS DE ACCESO.
Tramo de carretera situado inmediatamente fuera del portal de entrada del tnel,
prximo al tnel pero exterior al mismo. En esta zona se estudian los parmetros
que determinan las condiciones de iluminacin interior, puesto que de ellos
depende la adaptacin visual del conductor. Estaramos entre 100 y 200 m.
antes de los portales. En esta zona se colocaran los medidores de intensidad
(luminancmetros o luxmetros).
14.2.2
ZONA DE UMBRAL.
14.2.3
ZONA DE TRANSICIN.
Es la parte del tnel que sigue a la zona umbral. En esta zona debe disminuirse
la iluminacin de manera progresiva permitiendo que la retina del conductor se
adapte a las condiciones interiores sin que la capacidad visual se reduzca por
debajo de lmites de seguridad. Su longitud tambin est condicionada por la
distancia de parada.
14.2.4
ZONA INTERIOR.
14.2.5
ZONA DE SALIDA.
Es la parte del tnel que sigue a la interior. La visin del conductor est influida
por la luminancia exterior del tnel pues termina en la boquilla de salida. En este
tramo se ha de conseguir la adaptacin necesaria de la retina para evitar el
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Volumen I JUNIO 2014
380
deslumbramiento a la salida.
14.3.1
14.3.2
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
381
14.3.3
14.3.4
14.3.5
Hay que tener presente que en el caso de los tneles bidireccionales, la zona de
salida corresponde a la zona umbral en el sentido contrario, por lo que deber
cuidarse esta circunstancia para evitar deslumbramientos.
14.4.1
14.4.2
LMPARAS.
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383
espectro por lo que son aptas cuando se requiere una correcta distincin de
seales viales (importancia de la reproduccin de los colores). Permiten un flujo
luminoso elevado ocupando un pequeo volumen. Dada su intensidad lumnica
hay que tomar precauciones para evitar el deslumbramiento.
Las lmparas de vapor de sodio de baja presin se caracterizan por su alta
eficacia luminosa y su larga duracin. Emiten una radiacin monocromtica por
lo que no son adecuadas cuando se necesita una distincin cromtica. En
cambio son adecuadas para ambientes poco transparentes como niebla o
situaciones de polucin elevada.
14.4.3
LUMINARIAS.
Garantiza
la
conservacin
en
el
tiempo
de
las
14.4.4
TECNOLOGA LED.
- Luz direccionable.
Se tendr en cuenta lo siguiente:
-
La intensidad aplicada a los Leds estar comprendida entre 350 y 550 mA.
nicamente en casos muy especiales donde se justifique un flujo superior
por luminaria, como en zonas de refuerzo de iluminacin o en tramo en que
se requiera mayor luminancia de forma ocasional, se podr aplicar 750 m A y
siempre que se garantice la duracin especificada con anterioridad. La
eficiencia del conjunto de la luminaria deber ser en todos los casos superior
a 80 lm/w.
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386
luminarias
tienen
que
estar
situadas de
manera
adecuada.
Su
El grado de uniformidad global U0, desde el aspecto del rendimiento visual, debe
ser superior a 0,4 en la calzada y en los dos primeros metros del hastial. La
uniformidad longitudinal UL, bajo un criterio de comodidad visual, debe ser como
mnimo de 0,6 medido en el eje de cada carril por un observador que mire en el
mismo sentido del trfico. Un ligero incremento de estos valores de uniformidad
permite una mayor sensacin de seguridad y confort, aunque un buen valor de
U0 puede dar una incmoda impresin luz-sombra.
Respecto al deslumbramiento podemos tener el deslumbramiento molesto o
incomodidad y el deslumbramiento perturbador o visibilidad reducida. La medida
del deslumbramiento perturbador es TI (incremento umbral).
Ver los laterales y disponer de un guiado ptico, sea mediante un balizamiento
luminoso o mediante balizas captafaros reflectantes, es importante para la
seguridad del trnsito.
Hay que evitar que se produzca el efecto parpadeo que ocurre por la alternancia
de zonas luminosas y zonas oscuras durante la circulacin del vehculo. Este
fenmeno es apreciable para frecuencias de paso comprendidas entre los 2,5 y
15 ciclos/segundo, por lo que hay que espaciar las luminarias de manera que,
segn la velocidad mxima permitida, no se produzca.
Los trabajos de conservacin y mantenimiento pueden producir molestias pues
comportan cortes de carril, situacin que se tendr en cuenta al decidir el
emplazamiento y sistema de sujecin. Este problema se hace ms remarcable
en tneles bidireccionales.
14.5.1
-
SITUACIN.
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388
14.5.2
DISPOSICIN.
ESTADOS DE FUNCIONAMIENTO.
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390
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391
CAPITULO 15
VENTILACIN EN TNELES
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Volumen I JUNIO 2014
392
15.
VENTILACIN EN TNELES
15.1 GENERALIDADES.
La ventilacin es necesaria por dos causas:
Mantener durante la explotacin unas condiciones de limpieza y
ausencia de contaminantes en el aire que respiraran las
personas que circularn por el tnel.
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Volumen I JUNIO 2014
393
15.2.1
VENTILACIN NATURAL.
atmsfera.
La localizacin geogrfica de las bocas, condiciona en gran medida la
diferencia de presin a la que se encuentran. Esto es as por lo siguiente:
durante el da, en los valles, debido a la mayor insolacin recibida, se
forman zonas de altas presiones en contraposicin con las zonas en
pendiente de las laderas de las montaas, las cuales al ser menos
calentadas poseen menor presin.
Tambin, las bocas que se encuentren en solanas tendrn ms presin
que las que se encuentren en umbras.
Por lo tanto, es de esperar, que cuando el da se ha caldeado, las bocas
que dan a los valles o estn en solanas, estn sobre presionadas
respecto a las bocas que estn a media ladera o en umbras y que por
tanto, se establezca una circulacin del aire de la boca del valle o en
solana, hacia la boca situada a media ladera o en umbra.
Por el contrario, durante la noche, es probable que este sentido de
circulacin se invierta en las bocas situadas en los valles, debido a que el
enfriamiento de los mismos es ms rpido que en la montaa (por efecto
de la mayor contra irradiacin de estos al espacio).
b) Viento dominante en el exterior del tnel.
Cuando existe viento en el exterior del tnel, el aire llegar a alguna de
las bocas del tnel con una cierta velocidad. Si la direccin del viento es
ms o menos similar a la del tnel, el aire tender a penetrar por la boca
a la que llega. Esto, producir una circulacin del aire en el interior del
tnel, en el mismo sentido y direccin que el viento del exterior.
Por lo tanto, el sentido de evacuacin de humos en el interior de un tnel,
puede estar condicionado por el viento reinante en el exterior del mismo.
En el caso de presentarse un incendio dentro de un tnel, cuando existe
en el exterior un viento de cierta magnitud, este puede condicionar
totalmente el movimiento del humo.
c) Pendiente del interior del tnel.
Si por cualquier circunstancia, el aire existente en el interior del tnel
aumenta de temperatura, entonces el movimiento del aire seguir un
comportamiento convectivo, tendiendo por lo tanto a desplazarse
pendiente arriba.
Cuando la temperatura exterior es baja, el aire existente en el interior de
los tneles suele estar ms caliente que el del exterior (efecto abrigo), por
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396
15.2.2
VENTILACIN LONGITUDINAL.
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397
bveda o hastiales que impulsan el aire a lo largo del eje del tnel, reforzando la
ventilacin natural. Es decir, se utiliza como tubo de conduccin el mismo
espacio reservado para el trfico (vase figura 15.2), donde entra el aire fresco
por una de las bocas y sale el viciado por la otra.
En tneles grandes, con trfico pesado o fuerte, se practican pozos para as
aumentar el tiro natural de aire, si bien este aumento no exime de recurrir a la
ventilacin mecnica. Tambin se usan pozos cuando en las bocas del tnel hay
restricciones particulares en cuanto a contaminacin atmosfrica, caso frecuente
de los tneles urbanos.
FIGURA N 15.2.2-1 - VENTILACIN LONGITUDINAL
Puede haber casos en que para la ventilacin longitudinal de una obra baste con
la ventilacin natural, que puede provocar velocidades de aire de hasta 5 m/s,
mxime cuando se ve incrementada por el efecto mbolo del trfico
unidireccional.
La ventilacin longitudinal es la ms utilizada en tneles urbanos, dadas sus
habitualmente pequeas longitudes. Es el sistema que debe ser aplicado,
siempre que no existan razones que lo impidan, dado el bajo coste que tiene
frente a los otros mtodos que a continuacin sern explicados, pues solamente
precisa la instalacin de maquinaria electromecnica, ventiladores, conduccin
elctrica, y aparatos de control.
La ventilacin se realiza actualmente en casi todos los casos por medio de
turboventiladores de eje horizontal o aceleradores. stos se sitan adosados al
techo o a las paredes del tnel a intervalos de al menos treinta metros. En caso
necesario se pueden disponer varios ventiladores en una misma seccin.
El rendimiento de los ventiladores se aumenta al alejarlos del techo o paredes y
dotndolos de rejillas de desviacin de la corriente de aire en el extremo de
salida.
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398
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399
15.2.3
VENTILACIN SEMITRANSVERSAL.
Figura 15.2.3-1
FIGURA N 15.2.3-1 - VENTILACIN SEMITRANSVERSAL
15.2.4
VENTILACIN TRANSVERSAL.
determinado por la cantidad de gases y humos que deben ser evacuados por
arrastre de la corriente de aire, lo cual depender de las emisiones que se
produzcan dentro del tnel y de las concentraciones lmite que se adopten
para estas sustancias.
La ventilacin debe ser capaz de diluir hasta niveles admisibles para los
usuarios las concentraciones de los gases txicos -monxido de carbono
(CO) y xidos nitrosos (NOx), producidos por la combustin de los motores de
gasolina principalmente- y las partculas slidas en suspensin, que
perjudican la visibilidad, provenientes principalmente de los escapes de los
vehculos con motor diesel que circulan a travs del tnel.
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402
15.4.1
Fuente: Ortega Garcia J.A. PEHSU-Valencia (Pediatric Environmental Health Speciality Unit)
Fuente: Ortega Garcia J.A. PEHSU-Valencia (Pediatric Environmental Health Speciality Unit)
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403
15.4.2
al trfico.
15.4.3
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405
15.4.4
INCENDIO.
La otra situacin lmite para la que debe disearse la ventilacin son los
incendios, ya que su correcto funcionamiento puede tener gran influencia,
sobre todo, en la dispersin y evacuacin de los humos producidos.
Por ello, el sistema de ventilacin deber ser elegido teniendo en cuenta e
comportamiento de stos y ser dimensionado con una capacidad suficiente
para poder evacuar el caudal de humos producidos en el incendio, factor que
resultar normalmente ms limitativo que el resto de las condiciones
ambientales.
FIGURA N 15.4.4-1 EMPLEO DE LA VENTILACIN EN CASO DE INCENDIO: A)
VENTILACIN LONGITUDINAL; B) VENTILACIN LONGITUDINAL CON
EXTRACCIN MEDIANTE POZOS VERTICALES; C) VENTILACIN TRANSVERSAL;
D) VENTILACIN TRANSVERSAL EMPLEADA CON ESTRATEGIA LONGITUDINAL
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406
1 Turismo
2-3 Turismos o
1 monovolumen
1 Autobs o 1 camin
sin material peligroso
1 camin articulado
(peor de los casos)
1 Furgoneta
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407
Manual de Carreteras
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408
Fig.15.10), que supone la difusin aguas arriba del incendio (retroceso) de humo
txico, que al enfriarse pudiera producir la asfixia de personas que tericamente
estaran a salvo por recibir aire impulsado por los ventiladores situados aguas
arriba.
As pues la velocidad mnima del aire dentro de la seccin del tnel que est
experimentando un incendio deber de ser suficiente para prevenir el efecto
backlayering del humo (velocidad crtica).
FIGURA N 15.4.4-3 ESQUEMA DEL FENMENO DE BACKLAYERING
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410
15.6.1
SISTEMAS DE DETECCIN AUTOMTICA DE
INCENDIOS.
Los sistemas automticos ms usuales permiten detectar la formacin de
incendios, bien sea a travs del calor o del ndice de aumento de la
temperatura, bien por un incremento sbito del nivel de humos (por medio
de la medida de la visibilidad).
En general, los primeros, si estn bien escalonados, rara vez dan falsas
alarmas, por lo que son los ms utilizados.
por
ejemplo
con
infrarrojos,
estando
los
detectores
espaciados entre 15 m y 25 m.
Cualquiera que sea el tipo de los detectores, stos deben ser sensibles
a un incendio pequeo. Por ejemplo, segn las Recomendaciones
de Suiza, el fuego debe ser equivalente a 20 litros de gasolina, una
cantidad que se puede considerar reducida, pero que produce una fuerte
humareda.
En general, conviene instalar sistemas de deteccin automtica de
incendios en los tneles de gran longitud, en los de configuracin
compleja o en los que transitan vehculos cargados con materias
peligrosas, donde es necesario dar rpidamente la alerta o conocer con
precisin donde se ha declarado el incendio.
Hay que resaltar que son muy tiles los detectores de incendio en los
tneles sin vigilancia provistos de ventilacin transversal o
semitransversal, ya que si se presenta una situacin de incendio en este
tipo de tneles en ausencia de sensores de incendio, los detectores de
opacidad y de CO accionarn la ventilacin al mximo, inyectando aire
fresco en la zona, cuando la reaccin correcta es reducir o detener la
entrada de aire fresco y poner en marcha la extraccin de humo.
Estos sistemas de deteccin automticos se suelen implantar en las
zonas superiores de la seccin transversal, siendo tambin aconsejable
su ubicacin en todos los locales de grupos, edificio de control,
acometidas elctricas, etc...)
ETECCIN AUTOMTICA POR CABLE
Se funde a una temperatura calibrada. Segn la unidad de control detecta
la zona del incendio o distancia (por resistencia elctrica) a la zona
afectada.
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412
Conductor de acero
Cinta de proteccin
Camisa externa
Polmero sensible al calor
DETECCIN
AUTOMTICA
POR
CABLE
CON
SENSORES
ELECTRNICOS (LISTEC)
El sistema lineal de deteccin automtico de incendios por cable con
sensores electrnicos se compone bsicamente de:
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413
cable.
o Cada uno tiene su direccin propia y nica.
o Distancia entre sensores: se elige libremente. Suele ser
cada 8 m.
o Rango de medicin: - 40 + 85 C (hasta 200 C durante
un corto tiempo).
o Muy altas resolucin de lectura de T: 0. 1 y precisin de
repeticin de lectura entre 2 mediciones: +/ - 0. 3
FIGURA
15.6.1-4
ALARMA
DE
INCENDIO
POR
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415
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418
15.6.2
15.6.3
GALERAS DE ESCAPE.
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419
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420
15.6.4
PRUEBAS DE HUMOS.
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422
distintas
situaciones
iniciales
situaciones
degradadas
(redundancias).
-
Para realizar el ensayo se disponen bandejas con botes de humos fros, los
cuales, mediante un sistema de apertura controlada producen una cantidad
predeterminada de gas de color grisceo durante un tiempo determinado, y que
con velocidades de aire significativas pierden rpidamente la estratificacin.
Habitualmente los botes empleados presentan una temperatura de salida
considerable pero que se atena muy rpidamente. Por ello en las primeras
fases, si la corriente longitudinal es reducida, pueden darse situaciones de
estratificacin. Sin embargo, a diferencia de los ensayos con humos calientes,
sta se pierde muy rpidamente.
Dependiendo de los objetivos del ensayo la instrumentacin puede ser muy
diversa. Sin embargo la grabacin en vdeo es el medio ms apropiado para su
estudio. Por ello se deben emplear cmaras fijas en distintas posiciones, as
como cmaras mviles que se desplazan con la nube de humos.
Por otra parte, la colocacin de anemmetros porttiles, sondas bidireccionales
as como la utilizacin de los registros obtenidos en el centro de control de las
medidas de los propios equipos del tnel (anemmetros, opacidad, temperatura,
etc) son herramientas importantes para interpretar los resultados, entre los que
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423
15.7 CALCULO
VENTILACIN.
15.7.1
DE
EQUIPAMENTOS
DISEO
DE
LA
15.7.2
Cada uno de los sistemas de ventilacin antes mencionados tiene unas ventajas
e inconvenientes, que determina su campo de aplicacin.
As, en general, se puede decir que el sistema de ventilacin longitudinal tiene
un coste de inversin inicial menos elevado que los mtodos de tipo transversal,
ya que no requiere trabajos importantes de obra civil, mientras que los costes del
material electromecnico son similares en el sistema semitransversal y mayores
en e transversal puro. Sin embargo,, desde el punto de vista exclusivamente
tcnico, el sistema longitudinal tiene las siguientes limitaciones de utilizacin:
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Volumen I JUNIO 2014
425
velocidad del flujo de aire en el tnel. Sin embargo, esta velocidad viene
limitada, por consideraciones de seguridad para los usuarios y el trfico,
a unos valores mximos del orden de 10 m/s en tneles unidireccionales
y 8 m/s en bidireccionales. En la prctica esto significa una restriccin al
uso de la ventilacin longitudinal en tneles largos, debido a las prdidas
de carga por rozamiento, a menos que se disponga de puntos (pozos,
galeras) intermedios
Cuando el sistema longitudinal se emplea en tneles unidireccionales, los costes
de explotacin son igualmente bajos, por la menor energa consumida, debido a
que la ventilacin longitudinal tiene por principio favorecer la corriente natural de
aire y ayudar al efecto pistn provocado por el trfico, que en este tipo de tneles
siempre acta en el mismo sentido, por lo cual los ventiladores pueden estar una
gran parte del tiempo sin funcionar.
En tneles bidireccionales la situacin cambia, pues el efecto pistn del trfico es
mucho ms reducido, pudiendo tener un sentido alterno la corriente de aire, por
lo que la ventilacin debe ser reversible con perodos de funcionamiento ms
prolongados.
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
426
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
427
15.7.3
CAUDAL Y SECCIN TIL, CLCULO DE LA
VELOCIDAD DEL AIRE.
Para el dimensionado de un sistema de ventilacin es preciso conocer el
caudal de aire que ste deber suministrar al tnel.
15.7.3.1
LIMITACIN DE LA CONCENTRACIN DE
MONXIDO DE CARBONO
El clculo de la produccin de CO se realiza partiendo de un valor base
de produccin por vehculo al que se le van aplicando una serie de
coeficientes cuyo valor depende de las condiciones del trfico y del tnel.
As se tiene:
por
lo
que
la
combustin
interna
se
realizar
ms
.
Ks = Factor de correccin por conduccin en pendiente. Cuanto ms
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429
Siendo:
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430
15.7.3.2
LIMITACIN DE LA CONCENTRACIN DE DIXIDO
NITRGENO
La produccin de gases nitrosos se calcula mediante la siguiente
expresin:
Siendo:
QNOx = Volumen de NOx producido dentro del tnel (m3/h)
qNOx = Valor base de produccin de NOx; se toma el valor 1,3 10-3 m3 /
km veh.
Ml = Trfico de vehculos ligeros (veh/h).
Mp = Trfico de vehculos pesados (vehlh).
Kf = Factor de correccin por conduccin en pendiente. Su valor se
muestra en la tabla siguiente:
TABLA N 15.7.3.2-1 FACTOR DE CORRECCIN POR PENDIENTE
(NO)
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Volumen I JUNIO 2014
431
To
15.7.3.3
REDUCCIN DE LA VISIBILIDAD POR CAUSA DE
LOS HUMOS
Como ya se ha explicado en el apartado 15.4.3, la cantidad de partculas
slidas en suspensin, que son las que forman los humos y dificultan la
visibilidad, producidas en un tnel, est dada por la siguiente expresin:
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432
Siendo:
Pv/s = Cantidad de humo producido en el tnel (mg/h).
p v/s = Valor base de produccin de humo por parte de vehculos
pesados 750 mg / veh km.
Mp = Trfico de vehculos pesados veh/h.
Ml = Trfico de vehculos ligeros (veh/h). Se asume que los vehculos
ligeros producen nicamente el 8 % del humo que producen los pesados.
Khh = Factor de correccin por altura sobre el nivel del mar. Sus posibles
valores se muestran en la tabla siguiente:
TABLA 15.7.3.3-1 FACTOR DE CORRECCIN POR ALTURA SOBRE
EL NIVEL DEL MAR (PARTCULAS SLIDAS)
peligrosas.
15.7.3.4
POTENCIA NECESARIA PARA LA VENTILACIN
DEL TNEL
La potencia que deben suministrar los ventiladores al flujo de aire viene
dada principalmente por tres factores:
Siendo:
= Coeficiente de prdida de carga.
P = Permetro del conducto en el tramo considerado (m).
L = Longitud del tramo considerado (m).
s = Seccin del conducto en el tramo considerado (m2).
El coeficiente de prdida de carga del tnel se calcula tambin mediante
la siguiente expresin:
Donde:
p = Coeficiente de prdida de carga de las paredes.
s = Coeficiente de prdida de carga del suelo. Los valores de p y s,
se recogen en las tablas siguientes
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Volumen I JUNIO 2014
434
Una vez que se conoce la resistencia R de cada uno de los tramos del
circuito de ventilacin, se podr calcular la prdida de carga AX a partir
del caudal Q, mediante la siguiente expresin:
Siendo:
XT = Prdida de carga total del aire en el circuito de ventilacin (Pa).
Ri
Qi
Siendo:
Xs = Prdida de carga en la singularidad (Pa).
Rs
Siendo:
Rs = Resistencia aerodinmico de la singularidad (N s2/m8).
= Coeficiente de friccin de la singularidad.
Y = Peso especfico del aire (12,01 N/m3).
g = Aceleracin de la gravedad (9,81 m/s2).
s = Seccin de la singularidad (m2).
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436
Donde:
pc = Diferencia de presin entre las entradas al tnel consideradas (Pa).
Cuando las
Siendo:
Fp = Fuerza de efecto pistn (N).
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Volumen I JUNIO 2014
437
N , N
Deben calcularse por separado los efectos pistn de los vehculos ligeros
(Fpl) y pesados (Fpp), cuya suma dar el efecto pistn total FP:
Siendo:
Pv = Presin de efecto pistn de los vehculos (Pa).
Fp = Fuerza de efecto pistn de los vehculos (N).
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438
Siendo:
H = Sobrepresin producida por el/los ventilador/es (Pa).
XT = Prdida de carga en el circuito de ventilacin (Pa).
pc = Fuerza aeromotriz de la ventilacin natural (N/m2).
Pv = Presin de efecto pistn de los vehculos (Pa).
El ventilador que debe usarse ser aqul cuya curva caracterstica corte a
la del tnel en el punto ms cercano posible a los valores de caudal y
prdida de carga calculados, si bien siempre por exceso. En el punto de
funcionamiento, la potencia que el ventilador tomar de la red elctrica
est dada por la siguiente expresin:
Siendo:
W = Potencia que el ventilador toma de la red (W).
Q = Caudal que suministra el ventilador (m3/s).
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Volumen I JUNIO 2014
439
15.7.4
DETERMINACIN DEL TIPO Y NMERO DE
VENTILADORES.
El ventilador es una turbomquina que absorbe energa mecnica en el eje y la
emplea en transportar gases a unas presiones suficientemente bajas para poder
considerarlo incompresible.
Los ventiladores se clasifican en funcin de la direccin del flujo en el rodete
como axiales si el flujo sale en la direccin del eje de giro del rodete o centrfugo
(de flujo radial) si el flujo sale en direccin normal a aqul. Dentro de los
ventiladores
axiales
existen
dos
configuraciones
diferentes
empleadas
15.7.4.1
VENTILADORES DE CHORRO
Este tipo de ventiladores a los que, tambin se denomina aceleradores son los
empleados tpicamente para los sistemas de ventilacin longitudinal. Estos
equipos constan de un ncleo central donde va situado el rodete el cual sirve de
soporte a los labes, fijos, que se acopla el eje de giro del motor elctrico. El
conjunto se completa con silenciadores que se acoplan a ambos lados del
ventilador para reducir el ruido producido. Estos ventiladores pueden ser
reversibles o unidireccionales en funcin del tipo de labe empleado y la
capacidad del motor de invertir su sentido de giro.
Los aceleradores se colocan dentro del tnel (habitualmente en el techo, aunque
en casos de glibo reducido se acoplan a las paredes laterales) aportando la
energa necesaria al fluido para mover el aire en el interior del tnel. La velocidad
de giro de este tipo de ventiladores es normalmente constante y por tanto el
caudal impulsado y la cantidad de movimiento aportada. La regulacin necesaria
se consigue aumentando o disminuyendo el nmero de ventiladores encendidos
simultneamente.
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440
15.7.4.2
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441
15.7.4.3
CENTRFUGOS
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442
15.7.4.4
Longitud: 1280 m.
Diferencia de Temperaturas: 4 K.
Concentraciones lmites:
CNOx: 15 p.p.m.
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443
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444
De los tres caudales de aire calculados, para diluir el CO, NO y los humos,
se considerar el mayor, pues ese caudal asegurar la suficiente dilucin
de todas las sustancias contaminantes o peligrosas.
Qaire = 296.514,6 m3/h = 82,4 m3/s
Clculo de la potencia de los ventiladores
Calculamos la resistencia aerodinmica del tnel:
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445
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446
clave del tnel, separados a cierta distancia. Los ventiladores son reversibles, es
decir que se puede cambiar el sentido del flujo del aire, con tan solo invertir el
giro de los ventiladores.
Este sistema de ventilacin no es adecuado para tneles largos, ya que el humo
del incendio que se pretende extraer, realiza todo su recorrido por el interior del
tnel antes de ser expulsado, lo cual pone en peligro a los usuarios que han
quedado detenidos en su interior.
Igualmente, los humos de escape expelidos por los vehculos que transitan por el
tnel, se acumulan progresivamente en direccin hacia la boca de extraccin.
En los sistemas de ventilacin longitudinal con pozo central de extraccin el
aire limpio entra por las dos bocas del tnel en sentido opuesto, convergiendo en
el centro, de donde es extrado hacia arriba, a travs de un pozo que existe en
este punto central que comunica con la superficie, funcionando como si fuera
una chimenea.
Este sistema, tiene la ventaja de que, en tneles muy largos y si la orografa lo
permite, se pueden colocar varios pozos de extraccin, sectorizando as el tnel
en tramos de circulacin longitudinal, quedando estos as independizados del
resto del tnel a efectos de extraccin de humos. Con unos pozos bien
dimensionados, si se produce un incendio, el humo y el calor slo afectarn a un
tramo o sector de tnel, quedando el resto sin problema alguno.
Con el sistema de ventilacin semitransversal se mete aire limpio en el tnel,
mediante un colector separado de la cavidad del mismo, que abastece varios
ramales secundarios. Estos, comunican a su vez, con unos puntos de inyeccin
de aire situados en el interior del tnel. Los puntos de inyeccin, suelen ser
rejillas colocadas cada cierta distancia a lo largo de todo el tnel. El aire viciado,
sale expulsado al exterior a travs de las bocas del tnel, a causa de la
sobrepresin creada por la inyeccin del aire.
Con este sistema, el humo o aire viciado transita a lo largo de todo el tnel, al
igual que con los sistemas de ventilacin longitudinales, pero tendr una
concentracin menor que en aquellos, puesto que el humo es diluido por el aire
limpio que suministran los puntos de inyeccin.
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Volumen I JUNIO 2014
447
15.7.6
CONDICIONES DE SERVICIO.
En primer lugar se comprobar que cada sistema, tanto a nivel global, como de
sus elementos constitutivos, cubre las necesidades para las que ha sido
diseado, acreditndose, en su caso, mediante los correspondientes certificados
(de sistema global y de sus componentes) aportados por entidad especializada.
Se comprobar la eficacia del proceso, en particular, los tiempos de respuesta y
rendimientos realmente obtenidos, ya que ello puede obligar a modificar los
protocolos de actuacin previstos inicialmente en proyecto para las situaciones
de servicio o incidente.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
448
en
cualquiera
de
las
instalaciones,
se
analizar
en
detalle,
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Volumen I JUNIO 2014
449
CAPITULO 16
INSTALACIONES DE EXPLOTACION Y
SEGURIDAD EN TNELES
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450
16.
16.2 GENERALIDADES.
Los equipamientos de explotacin deben permitir que el tnel cumpla su funcin
de circulacin del trnsito y asegure el confort y la seguridad de los usuarios.
Los equipamientos de explotacin deben estar adaptados a la funcionalidad del
tnel, a su localizacin geogrfica, a sus caractersticas intrnsecas, a las
caractersticas del trnsito vehicular que va a soportar, a las infraestructuras
existentes antes y despus, a la seguridad y organizacin de los equipos de
emergencia, a la reglamentacin vigente y al entorno socio-econmico y cultural.
Un exceso de equipamiento de explotacin no contribuye necesariamente a un
mayor nivel de servicio, de confort y de seguridad en el tnel. Necesita un mayor
mantenimiento y medios ms importantes, que en caso de no disponibilidad
pueden reducir la fiabilidad y el nivel de seguridad. La yuxtaposicin o abuso
tambin es contraproducente. Los equipamientos deben ser los adecuados, ser
complementarios, solamente redundantes para funciones esenciales de
seguridad y formar un todo coherente.
La seguridad de los tneles requiere una serie de medidas relacionadas con la
geometra del tnel y su diseo, el equipamiento de seguridad, incluida la
sealizacin vial, la gestin del trfico, la formacin de los miembros de los
servicios de emergencia, la gestin de incidentes, la informacin dirigida a los
usuarios sobre la mejor manera de actuar en un tnel, as como una mejor
comunicacin entre las autoridades responsables y los servicios de emergencia,
tales como la polica, los bomberos y los equipos de rescate.
El comportamiento de los usuarios de las carreteras constituye un aspecto
decisivo de la seguridad de los tneles.
Las medidas de seguridad permitirn que las personas afectadas por incidentes
puedan ponerse a salvo; permitirn la intervencin inmediata de los usuarios de
la carretera para evitar mayores consecuencias; garantizarn la actuacin eficaz
de los servicios de emergencia, y protegern el medio ambiente y limitarn los
daos materiales.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
451
PARMETROS DE SEGURIDAD.
16.2.1.1
EN TNELES CARRETEROS.
- Longitud del tnel.
- Nmero de tubos.
- Nmero de carriles.
- Anchura de carril.
- Geometra de la seccin transversal.
- Alineamiento vertical y horizontal.
- Tipo de construccin.
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452
16.2.1.2
EN TNELES FERROVIARIOS.
- Longitud del tnel.
- Categoras de seguridad contra incendios del material rodante de
viajeros.(material rodante para tneles de hasta 5 km de longitud
y material rodante para todos los tneles).
- Estaciones subterrneas.
- Mercancas peligrosas.
- Incidentes calientes: incendio, explosin, emisin de humos o
gases txicos.
- Incidentes fros: colisin y descarrilamiento.
- Parada prolongada.
- Vas de evacuacin y rescate.
16.2.1.3
EN TNELES URBANOS.
- Congestin de trnsito
16.2.2
necesarias
medidas
adicionales
de
seguridad
equipamiento
16.2.3
ORGANIZACIN Y MEDIOS.
pblicas,
autoridades
de trfico,
servicios
de
emergencia,
1. Organigrama de la organizacin
de comunicaciones, software y
hardware, emergencia).
funciones y responsabilidades.
2. Tareas a realizar.
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455
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
Describir los medios humanos,
materiales e instalaciones necesarias
para realizar las tareas de la forma
ms adecuada, detallando si es
necesario subcontratar medios o el
explotador dispone de medios propios,
previendo situaciones excepcionales.
Describir las relaciones con el resto de
16.2.4
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
456
equipos
MEDIDAS A TOMAR
en
funcionamiento.
Degradado
Cuantificacin
de
la Mantenimiento
disponibilidad de equipos.
acelerado
Medidas compensatorias.
urgencia
casos.
de
segn
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457
CONTENIDOS Y ELABORACIN
-
Participantes en la elaboracin.
1. Introduccin
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458
CONTENIDOS Y ELABORACIN
documento en caso de un tnel en
servicio.
-
Listado de intervinientes en la
explotacin.
Descripcin de su rol.
3. Organizacin de la explotacin
organizacin de la disponibilidad
de cada uno de los intervinientes.
-
Niveles de responsabilidad y
organizacin de mando.
Modalidades de coordinacin de
medios internos.
4. Cuadro evolutivo de la
actuacin exterior.
Manual de Carreteras
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459
CONTENIDOS Y ELABORACIN
de gestin del conjunto del itinerario o
de la red, servicios mdicos y de
socorro, bomberos, polica, asistencia
en carretera, subcontratistas,
-
6. Explotacin degradada y
condiciones mnimas de
explotacin.
Manual de Carreteras
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460
CONTENIDOS Y ELABORACIN
condiciones mnimas de explotacin, la
definicin del estado de
funcionamiento se har precisando:
-
Medidas compensatorias a
disponer.
8. Glosario de trminos
especializados.
10. Anexos.
16.3.1
CONTROL DE TRFICO, SEALIZACIN Y
BALIZAMIENTO.
-
Instalaciones semafricas.
Sealizacin horizontal.
Balizamiento lateral.
Aforadores.
Controladores de glibo.
16.3.2
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
462
del fuego bien sea por un aumento de temperatura (cable detector LISTEC) o por
un incremento sbito en el nivel de humos.
16.3.3
-
Tipos de ventiladores:
-
Toberas Saccardo.
Anemmetros
Posicionamiento.
Dependiendo
del
tipo
de
anemmetro,
es
16.3.4
ILUMINACIN.
16.3.5
SUMINISTRO ELCTRICO.
Manual de Carreteras
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464
16.3.6
EQUIPAMENTO ELCTRICO.
16.3.7
Manual de Carreteras
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465
16.3.8
16.3.9
SISTEMA DE COMUNICACIONES.
16.3.11
ESTACIONES REMOTAS.
16.3.12
EQUIPAMIENTO HIDRULICO.
PRISMA DE RESERVA.
TOMO III
CUARTA PARTE
EL MANTENIMIENTO EN TNELES
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
469
CAPITULO 17
MANTENIMIENTO Y REPARACIONES
EN TNELES
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Volumen I JUNIO 2014
470
17.
MANTENIMIENTO Y REPARACIONES
17.1 GENERALIDADES.
A fin de alargar lo ms posible la vida til de las obras subterrneas es
conveniente llevar
reparando los
desperfectos que puedan tener lugar con el paso del tiempo, con el
envejecimiento. En otros casos, con obras de mayor magnitud, lo que se
requiere es una adaptacin de la seccin a nuevas exigencias del trnsito.
Los tneles excavados en terrenos de mala calidad o con abundante presencia
de agua tienden a deteriorarse con mayor rapidez, pudiendo afectar a la
seguridad de la circulacin.
Las reparaciones son complicadas. En algunos casos no es fcil averiguar las
causas de la inestabilidad ni el estado exacto del revestimiento ni del terreno de
detrs ya que estn ocultos. En otros casos no es posible la aplicacin de
medidas correctoras potentes por la insuficiencia de los glibos, sobre todo en
tneles antiguos. En todos los casos las reparaciones interfieren con el trnsito,
lo que eleva el costo de las mismas por bajos rendimientos y en algunos casos
implican la necesidad de cortar el tnel al trnsito durante las obras con los
consiguientes perjuicios a los usuarios o a la economa de la zona.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
471
Accin del fuego: En caso de incendio en el interior del tnel, los diferentes
componentes del revestimiento sufren modificaciones a medida que aumenta
la temperatura, pudiendo llegar el colapso del mismo a partir de 900 C. La
sensibilidad del hormign al fuego depende de los ridos utilizados, siendo
los calizos menos afectados que los silceos al tener los primeros menor
coeficiente de dilatacin trmica. Un aspecto que va a favor del
comportamiento del hormign frente al fuego es la baja conductividad
trmica.
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
472
Una vez reunidos los datos previos, se pasa al estudio concreto de los daos
existentes. Los mtodos de estudio son bsicamente: inspeccin visual, sondeos
y geofsica. Es bsico conocer las causas del deterioro antes de proceder a la
reparacin.
Deben conocerse los estados del revestimiento, con su estado tensional, trasds
y terreno adyacente, si hay presencia de agua saber caudal, presin,
agresividad de la misma, modo de circulacin y temperatura.
Para el estudio se pueden utilizar tcnicas destructivas o no destructivas.
17.3.1
INSPECCIN VISUAL.
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Volumen I JUNIO 2014
473
Presencia
de
agua:
seco,
humedades,
eflorescencias,
filtraciones
17.3.2
SONDEOS.
Otro sistema para obtener informacin sobre el estado del revestimiento y del
terreno adyacente es efectuar sondeos a rotacin con la recuperacin del
testigo. Los sondeos tendrn la longitud que se estime necesaria o con
posibilidades de ejecucin a fin de conseguir la informacin solicitada respecto a:
Tipo y estado del terreno que rodea al tnel. A las muestras de estos
materiales se les puede efectuar tambin ensayos geolgicos y geotcnicos
proporcionando mayor informacin.
17.3.3
MTODOS GEOFSICOS.
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Volumen I JUNIO 2014
475
REPARACIONES PROVISIONALES.
- Cerchado.
- Pernos de anclaje en la roca.
- Anclaje del revestimiento.
- Congelacin.
- Limpieza, reparacin somera.
- Puntales, contrafuertes.
17.4.2
- Saneo superficial.
- Pernos de anclaje.
- Concreto proyectado.
- Anillo de Concreto.
17.4.3
Drenajes.
Inyecciones.
Concreto proyectado.
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476
17.4.4
-
17.4.5
REPARACIONES EN REVESTIMIENTO DE LADRILLO O
MANPOSTERA.
-
Inyecciones internas.
17.5.1
METODOLOGA DE INSPECCIN.
17.5.2
17.5.3
LIMPIEZA.
17.5.4
17.5.5
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478
CAPITULO 18
MANTENIMIENTO DE
INSTALACIONES DE EXPLOTACIN Y
SEGURIDAD EN TNELES
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479
18.
MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE EXPLOTACIN Y
SEGURIDAD
18.1 GENERALIDADES.
Mantener un nivel elevado de funcionamiento y de seguridad requiere un
correcto mantenimiento de los sistemas de explotacin y seguridad de los
tneles.
Los
equipamientos
mantenimiento
de
riguroso,
explotacin
recurrente
necesitan
y
una
adaptado
conservacin
la
tecnologa.
un
Este
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
480
Manual de Carreteras
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481
CONTENIDO
-
Nombre.
Ubicacin.
Programa utilizado.
Programacin de elementos a
comprobar en cada simulacro para
Simulacros de funcionamiento
Resultados de campo.
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Volumen I JUNIO 2014
482
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
-
Programacin de actividades de
mantenimiento que afecten al
tnel.
Simulacros de intervencin
Descripcin de actividades
realizadas.
Averas detectadas.
Medidas correctoras.
Elementos comprobados.
Mejoras a realizar.
Programacin de actividades de
mantenimiento que afecten a la
sala tcnica y de control.
Descripcin de actividades
realizadas.
Averas detectadas.
Medidas correctoras.
Elementos comprobados.
Mejoras a realizar.
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483
18.2.1
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
-
Nombre.
Ubicacin.
estructural.
2.3 Trfico.
siguientes aspectos:
-
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484
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
-
Localizacin de congestiones y
evaluacin de cmo afectan al
tnel.
Control de accidentes.
Aforos de trfico.
Sentido de circulacin.
Velocidad media.
siguientes aspectos:
posibilidades de escape.
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485
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
posibles salidas al exterior, proximidad
de lugares seguros y salidas de
emergencia.
Especificar como mnimo los
siguientes aspectos:
Codificacin de elementos.
3. EQUIPAMIENTOS FIJOS
equipamientos, cableados y
protecciones.
-
Detectores de CO.
Opacmetros.
Anemmetros.
Extractores.
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
silenciadores, filtros
anticontaminantes.
-
Funcionamiento y control de la
ventilacin.
Puntos de luz.
Cableado, caractersticas y
colocacin.
3.2 Iluminacin
Alumbrado de evacuacin.
Centros de transformacin:
nmero, modelo, ubicacin,
circuito de M.T.
Sistema de alimentacin
ininterrumpida (SAI): Fabricante,
modelo, potencia, dimensiones,
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Volumen I JUNIO 2014
487
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
autonoma.
(Incluir planos en Anejo)
Especificar como mnimo los
siguientes aspectos:
-
Semforos: caractersticas,
ubicacin, nmero de focos.
Aforadores: caractersticas,
ubicacin, tratamiento de los
datos.
balizamiento.
Control de glibo.
Sistemas de extincin de
incendios: instalacin de agua
nebulizada, extintores, BIE (boca
de incendio equipada).
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
488
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
siguientes aspectos:
Cantidad de cmaras, ubicacin,
cobertura, si son exteriores o
interiores, fijas o mviles, descripcin
y funcionamiento, manejo desde el
centro de control, imgenes en la sala
de control, grabacin y reproduccin
de imgenes desde el centro de
control, en caso de accidente cambio
de imagen a la cmara
correspondiente activando la
grabacin, deteccin de incidencias
(DAI).
-
Megafona.
4. SALA TCNICA Y DE
CONTROL
5. SISTEMAS DE SEGURIDAD
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
489
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
-
Nmero de extintores.
Tipo de extintores.
Nmero de telfonos de
emergencia.
Introduccin de informaciones en
canales de radio del tnel.
Parmetros a cotejar:
-
6. SEGURIDAD ANTE
Tipo y fabricante.
INCENDIOS
alarma.
-
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
490
Caudal y presin.
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
-
Nmero de hidrantes.
Grupos de bombas.
Electrovlvulas y caudalmetros.
Realizacin de simulacros.
Equipos de respiracin.
8. ANEXO DE DATOS
Todos los equipamientos fijos tendrn que estar codificados, tanto en planos
como en otros documentos, a fin de facilitar la identificacin, localizacin e
inventario.
Se tendrn preparados unos protocolos de actuacin (esquemas) en funcin de
la incidencia, perfectamente indexados y numerados para facilitar una rpida
localizacin y con los cuales tiene que estar familiarizado el personal de
explotacin del tnel. Se confeccionaran de acuerdo con los responsables de
seguridad del tnel.
Casos en los que se debera disponer de protocolos podran ser:
- Obstculo en el tnel. Vehculo parado.
- Congestin o impedimento a la salida del tnel.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
491
18.2.2
PLAN DE MANTENIMIENTO.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
492
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
-
Nombre.
Ubicacin.
2. MANTENIMIENTO EN EL
TNEL
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
493
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
materiales.
-
3. MANTENIMIENTO EN LA SALA
TCNICA Y CENTRO DE
CONTROL.
Deteccin de equipamiento
4. INFORMES
averiado.
-
Informe correctivo.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
494
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
reparado.
-
Listado de recambios de
elementos crticos.
Hoja de gastos.
Descripcin de almacenes y
oficinas.
5. INSTALACIONES PARA EL
MANTENIMIENTO.
6. COSTES
-
7. CONSIDERACIONES
AMBIENTALES
Consideraciones ambientales de
las tareas de mantenimiento.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
495
18.2.2.1
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
496
PERIODICIDAD
ventilador.
Comprobacin
de
mandos
elctricos.
Comprobacin de giro suave de los
juntas y registros.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
497
ANUAL
VENTILADORES
SEMESTRAL
TRIMESTRAL
MENSUAL
SEMANAL
VENTILACIN
Comprobacin de la transmisin y
las vibraciones.
Comprobacin del acoplamiento del
motor.
Verificacin
de
consumos
turbina.
Comprobacin
de
anclajes
cojinetes.
Comprobacin del estado de los
ejes.
Medicin de las RPM del motor y
del ventilador.
Reapretar bornes, comprobar cajas.
Verificar
el
aislamiento
de
los
devanados.
Repaso general, limpieza y pintura
Desmontaje
total.
Limpieza
X
y
engrasado.
Reequilibrado del rodete.
Sustitucin
de
antivibratorios
X
elementos
tornillera
de
suspensin.
MEDIDORES DE CO
Comprobacin de funcionamiento
en campo y sala.
Comprobacin de alimentacin.
alarma.
Revisin, limpieza y en su caso
sustitucin de filtros.
Comprobacin y calibracin del
sensor.
Comprobacin y ajuste del medidor.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
498
Comprobacin
del
grado
de
sensores.
Calibrado y ajuste de equipos.
OPACMETROS
Inspeccin visual de la instalacin.
ANEMMETROS
Limpieza y engrasado
Comprobacin de comunicacin.
CUADROS DE MANDO
Limpieza interior y exterior.
Desratizacin.
Comprobacin de maniobras.
magnetotrmicos.
CONTROL DE TRNSITO Y
SEALIZACIN.
CONTROL DE GLIBO
Comprobacin de alarmas.
Comprobacin de encendido de
panel oculto.
AFORADOR
Confirmar el conteo de vehculos e
inspeccionar la instalacin.
Comprobar
datos
en
sala
de
control.
Ajuste de sensibilidad.
Limpieza
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
499
Comprobacin
de
espiras
parmetros elctricos.
SEMFOROS
Limpieza interior y exterior.
Verificacin de funcionamiento en
campo y sala.
Verificacin
cableado,
del
estado
de
conectores
portalmparas.
Verificacin de la hermeticidad.
PANELES ASPA-FLECHA
Limpieza.
Verificacin de funcionamiento en
campo y sala.
Verificacin
de
cableado
conectores.
Verificacin de la hermeticidad.
Verificacin de funcionamiento en
campo y sala.
Verificacin
de
cableado
conectores.
Verificacin de la hermeticidad.
BALIZAS LUMINOSAS
Limpieza.
Verificacin de funcionamiento en
campo y sala.
Verificacin
de
cableado,
conectores y cajas.
Verificacin de la hermeticidad.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
500
Comprobacin de la central.
Comprobacin
de
alarmas
X
de
retirada de extintor.
Revisin de extintores.
continuidad y funcionamiento.
Verificacin de la electrnica de
deteccin por zonas en campo y
sala.
CIRCUITO CERRADO DE
TELEVISIN (CCTV)
CMARAS
Verificacin
de
funciones
del
telemando.
Comprobacin de las funciones de
la matriz.
Inspeccin visual de la instalacin.
Verificacin
del
estado
de
conectores y cableado.
Ajuste del nivel de calidad de las
seales.
Limpieza de cmaras y lentes.
conectores,
bornes
prensaestopas.
MONITORES
Limpieza de monitores.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
501
Verificacin
de
parmetros
elctricos.
Limpieza.
abierta.
Comprobacin
de
cableado,
conectores,
regletas
hermeticidad.
Comprobacin de las lneas de
comunicacin.
Revisin general del equipo.
CENTRO DE CONTROL
EQUIPOS INFORMTICOS
Mantenimiento del hardware de
acuerdo con los procedimientos
de
acuerdo
con
los
procedimientos.
Revisin
de
conexin
entre
equipos.
PANEL SINPTICO
Comprobacin
de
fuentes
de
Leds
INSTALACION ELCTRICA
CENTROS DE
TRANSFORMACIN
Verificacin del funcionamiento de
transformador.
Revisin de celdas y protecciones.
Revisin
de
los
elementos
de
interconexin en MT y BT.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
502
Medicin de tierras.
CENTROS DE MANDO
Comprobacin de automticos.
Comprobacin de contactores.
Comprobacin de diferenciales.
calibres.
Comprobacin
funcionamiento
interruptores y pulsadores.
Verificacin
de
ausencia
de
medicin.
Verificacin de los aislamientos.
Comprobacin
del
factor
X
de
potencia.
Medicin de tierras.
SISTEMA DE ALIMENTACIN
ININTERRUMPIDA (SAI)
Medicin de corrientes de entrada y
salida de fases.
Medicin de corrientes de flotacin,
de
(tensiones,
lecturas
X
del
intensidades,
temperaturas y alarmas).
Comprobacin interface a rels.
Verificar climatizacin.
Limpieza general.
ILUMINACIN
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
503
Inspeccin visual.
Comprobacin
del
estado
de
proyectores y luminarias.
Comprobacin de anclajes, juntas y
soportes.
Revisin de bandejas, cajas y
canalizaciones.
Limpieza de luminarias.
Medicin de tierras.
GRUPO ELECTRGENO
Verificar nivel de combustible y
precalentamiento.
Comprobar
niveles
de
agua
aceite.
Arranque en vaci.
Arranque en carga.
de caldeo.
Cuadro
arranque,
de
arranque:
fallo
de
sobrecarga,
falta
de
combustible.
Cuadro
de
arranque:
tensin
de
arranque:
salida
los filtros.
Refrigerante:
comprobacin
de
comprobacin
del
niveles y fugas.
Combustible:
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
504
grupo.
Engrase de bomba y cambio de
aceite.
Limpieza y engrase del varillaje.
Temperatura
del
agua
de
refrigeracin.
Sistema de parada.
Aparatos de medida.
Limpieza externa.
de combustible.
Apriete de conexiones.
Prueba de conmutacin.
Medida
de
la
tensin
la
frecuencia.
ESTACIONES REMOTAS.
COMUNICACIONES
Revisin y limpieza de conectores.
de seales.
Ajuste de niveles de seales.
Comprobacin de tensiones en
fuentes de alimentacin.
Comprobacin
de
parmetros
electrnicos y elctricos.
Limpieza general e interior de
armarios.
Inspeccin y revisin de lneas.
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
505
18.2.2.2
18.2.3
Inspecciones peridicas
Organismos de inspeccin
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
507
funcionamiento.
18.2.4
PLAN DE FORMACIN
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
508
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
1. ORGANIGRAMA DE LOS
GRUPOS INTERVINIENTES
EN LA EXPLOTACIN,
FUNCIONES Y
RESPONSABILIDADES.
- Organigrama de explotacin,
listado de los grupos intervinientes
en los servicios de explotacin
(operadores, responsables,
vigilantes, equipos de
mantenimiento, equipos de socorro,
etc)
- Descripcin de las funciones y
responsabilidades de cada grupo de
explotacin.
Especificar como mnimo los siguientes
aspectos:
2. FORMACIN INICIAL
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
509
PUNTOS A DESCRIBIR
CONTENIDO
Especificar como mnimo los siguientes
aspectos:
3. FORMACIN PERMANENTE
4. SIMULACROS DE
SITUACIONES DE
EMERGENCIA
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Volumen I JUNIO 2014
510
QUINTA PARTE
COSTOS DE INVERSIN EN TNELES
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
511
CAPITULO 19
COSTOS DE INVERSIN EN
TNELES
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
512
19.
19.1 GENERALIDADES
En este apartado, vamos a exponer las bases para una primera
aproximacin del coste de un tnel; a sabiendas que es quizs uno de los
temas con ms variabilidad respecto de las estimaciones iniciales debido a la
larga lista de factores que influyen.
Para la correcta evaluacin de los costes en la construccin de tneles es
necesario recoger la experiencia de cada zona de los ltimos aos, as
creemos que sera de sumo inters la realizacin de un estudio histrico de
la experiencia peruana en construccin y explotacin de tneles, que
permitiese conocer el estado del arte y poder tener un punto de partida para
la evaluacin de inversiones.
Debido a la alta sensibilidad de la evolucin en el tiempo de la ejecucin de
un tnel y el impacto en los costes, el estudio determinantico, pierde fuerza
en este tipo de estudios. As un estudio estocstico permitira una mejor
visin de lo que puede costar tanto en tiempo como en plazo y integrar en el
proceso los distintos grados de incertidumbre de los numerossimos factores
que intervienen en el proceso, dando como resultado no un nmero concreto,
si no unos valores que con un grado de probabilidad deseado pueden
cumplirse es decir una evaluacin de riesgos til para la toma de decisiones.
En general el tema coste es tratado fundamentalmente desde la visin de la
inversin inicial (realmente muy importante debido a los volmenes que se
manejan), pero realmente debera realizarse un anlisis (ya en fase
preliminar) no slo de esta, sino teniendo en cuenta el peso real que va a
tener la explotacin ya que son obras con una esperanza de servicio muy
larga.
As para la determinacin preliminar del coste del tnel nos hemos basado
en el trabajo base realizado Une meilleure connaissance des cots, facteur
de dveloppement des tunnels routiers europens.
(Constantin, Bernard; Prard, Michel. 1990), de enfoque determinista, que
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
513
COSTOS DE CONSTRUCCION
OBRA CIVIL
Excavacin
Sostenimiento
Revestimiento
Portales entrada
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
514
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
515
Fuente: Constantin y Perard, 1990. Actualizado IPC zona euro y cambio -ns sept/2013
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
516
Fuente: Constantin y Perard, 1990. Actualizado IPC zona euro y cambio -ns sept/2013
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
517
Excavacin
Roca sana
sostenimiento
revestimiento
Costo relativo
65%
5%
30%
30%
50%
20%
30 cm revestimiento
con
cerchas pesadas y 40
cm revestimiento
19.2.1.2
INSTALACIONES
Ventilacin
Iluminacin
Deteccin y seguridad
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
518
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
519
19.2.2
L<500m
L < 2.000m
6%
15%
COSTO DE INGENIERIA
19.2.3
COSTOS DE EXPLOTACION
PERSONAL
19.2.3.2
19.2.3.3
MANTENIMIENTO/REPOSICIN INSTALACIONES
19.2.4
COSTOS VARIOS
Financiacin
Administracin
19.4
PROPUESTA ESTUDIO
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
521
informtica,
que
una
vez
introducidas
unas
2.
3.
Etc...
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Volumen I JUNIO 2014
522
19.4.1
OBRA CIVIL
CUADRO DE PARTIDAS Y UNIDADES
19.4.1.1
EXCAVACION Y PORTALES
EXCAVACIN Y PORTALES
Unidad
Descripcin
Precios Ejecucin s
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
523
m3
m3
m3
Viga de atado
Kg
m2
m2
m2
Ud
Kg
Cercha tipo TH
m3
m3
m3
m2
9.4.1.2
DRENAJE
DRENAJE
Unidad
Descripcin
Precios Ejecucin s
BALSA
m3
m3
m3
m3
m3
Kg
m2
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
524
m2
m2
m2
Ud
Ud
Ud
m2
Pintura antiacido
COLECTORES Y CACES
m
Ud
Ud
Ud
Ud
19.4.1.3
SOSTENIMIENTO Y CONTRABOVEDA
SOSTENIMIENTO Y CONTRABVEDA
Descripcin
Unidad
Kg
Kg
Cercha tipo TH
Ud
m2
Horm.proy.c/5 cm en tnel
Ud
Ud
Ud
Ud
m2
m3
Concreto HM-15
m3
m2
m3
m2
m2
m3
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
525
Precios Ejecucin s
m2
19.4.1.4
REVESTIMIENTO Y SOLERA
REVESTIMIENTO Y SOLERA
m3
m3
m3
Concreto HM-15
m2
Kg
kg
m2
m3
m2
m3
19.4.1.5
m3
pa
m3 x m
()
ml
ml
m3
m3
m3
m3
m3
Costes fijos
km x
Tn
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
526
pa
pa
pa
Implantacin y retirada
Costes de maquinaria
Tuneladora
x
(m)
x
(m)
x
(m)
x
(m)
Tuneladora doble-escudo
pa
19.4.1.6
IMPERMEABILIZACION
IMPERMEABILIZACIN
19.4.1.7
TRATAMIENTOS ESPECIALES
TRATAMIENTOS ESPECIALES
m2
m3
Concreto HM-25
m3
m3
Ud
Ud
perno autoperforante
Ud
m2
Manual de Carreteras
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Volumen I JUNIO 2014
527
19.4.2
INSTALACIONES
19.4.2.1
CONTROL DE TRFICO, SEALIZACIN Y
BALIZAMIENTO
CONTROL DE TRAFICO, SEALIZACIN Y BALIZAMIENTO
Sistema de sealizacin y semaforizacin
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
528
19.4.2.2
INSTALACIN ELCTRICA
INSTALACIN ELCTRICA
Acometida MT
m
Ud
Ud
Ud
Conductor LA-56
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Puente de BT
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
529
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Emergencia 60 Lm
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Arrancador suave
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Armario intemperie
19.4.2.3
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
530
Tubo de PVC PG 16
Extincin de incendios
19.4.2.4
VENTILACION
VENTILACIN
Ventilacin longitudinal
Ud Ventilador reversibLe ZITRON JRZ 12-22/4
Ud Ventilador reversible ZITRON VZR 12-45/4
Ventilacin en galeras
Ud Ventilador helicoidal (Q= 820 m3/h y 15mmca)
Ud Ventilador helicoidal (Q= 1800 m3/h y 15mmca)
Ud Ventilador helicoidal (Q= 2150 m3/h y 15mmca)
Ud Compuerta Cortafuegos RF-120 (400x300mm)
Ud Compuerta Cortafuegos RF-120 (300x300mm)
Ud Compuerta de sobrepresin 400x300mm
Ud Compuerta de sobrepresin 300x300mm
Ud Compuerta de regulacin 400x300mm
Ud Compuerta de regulacin 300x300mm
m2 Conducto de chapa galvanizada 0,8mm
Ud Rejilla ventilacin aluminio 200x150mm
Ud Rejilla ventilacin aluminio 400x150mm
Ud Rejilla ventilacin aluminio 500x150mm
Ud Ventilador axial tubular HCT-40-2T-1
Control de ventilacin
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
531
Ud Sonda electroqumica CO
Ud Sonda electroqumica NO2
Ud Central micropocesada
Ud Anemmetro de hlice en el interior del tnel
m
19.4.2.5
ILUMINACION
ILUMINACIN
Alumbrado tnel
m
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Proyector hermtico AF 4
Ud
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
532
Ud.
Ud
Ud
Ud
Ud.
Ud
Ud
Ud
Emergencia 60 Lm
Ud
Emergencia 300 Lm
19.4.2.6
EQUIPAMIENTO ELECTRICO
EQUIPAMIENTO ELCTRICO
Bandejas cableado
m
Ud Arrancador estrella-triangulo
m
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
533
19.4.2.7
Sistema CCTV
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
19.4.2.8
SISTEMA DE COMUNICACIONES
SISTEMA DE COMUNICACIONES
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
534
Cable radiante de 1
19.4.2.9
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
535
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Software de Clustering
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Ud
Material de interconexin
Ud
Ud
Material de interconexin
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
536
19.4.2.10
ESTACIONES REMOTAS
ESTACIONES REMOTAS
Ud
19.4.2.11
CANALIZACIONES Y PRISMAS
CANALIZACIONES Y PRISMAS
Canalizaciones de comunicaciones
m
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen I JUNIO 2014
537
MANUAL DE CARRETERAS
TNELES, MUROS Y
OBRAS COMPLEMENTARIAS
VOLUMEN II
VOLUMEN II
MUROS Y OBRAS
COMPLEMENTARIAS
Manual de Carreteras
Tneles, Muros y Obras Complementarias
Volumen II - Muros y Obras Complementarias
JUNIO 2014
1
GENERALIDADES ........................................................................................................ 10
1.1
OBJETO DEL MANUAL. ............................................................................................ 10
1.2
CAMPO DE APLICACIN. ........................................................................................ 10
1.3
ORGANIZACIN DEL MANUAL. ............................................................................. 10
1.4
SIMBOLOGIA .............................................................................................................. 11
1.4.1
SIMBOLOGIA GENERAL. ................................................................................ 11
1.5
DEFINICIONES. .......................................................................................................... 18
1.6
PROPIEDADES DEL SUELO Y MATERIALES ...................................................... 23
1.6.1
REQUISITOS GENERALES ............................................................................ 23
1.6.2
DETERMINACIN DE LAS PROPIEDADES DEL SUELO......................... 23
1.6.2.1
INVETIGACIONES DE LAS FUNDACIONES. ....................................................... 23
1.6.2.1.1 GENERALIDADES. .............................................................................................. 23
1.6.2.1.2 ESTUDIOS TOPOGRAFICOS ............................................................................ 23
1.6.2.2
DETERMINACIN DE LAS PROPIEDADES DEL SUELO .................................. 23
1.6.2.2.1 EXPLORACION DE SUELOS ............................................................................ 23
1.6.2.2.2 ENSAYOS DE LABORATORIO ......................................................................... 24
1.6.2.2.2.1 GENERALIDADES ....................................................................................... 24
1.6.2.2.2.2 ENSAYOS PARA SUELOS ........................................................................ 24
1.6.2.2.2.3 ENSAYOS PARA ROCAS .......................................................................... 25
1.6.2.2.3 ENSAYOS IN SITU ............................................................................................... 25
1.6.2.2.3.1 GENERALIDADES ....................................................................................... 25
1.6.2.2.3.2 ENSAYOS PARA SUELOS ........................................................................ 25
1.6.2.2.3.3 ENSAYOS PARA ROCAS .......................................................................... 26
1.7
MUROS ........................................................................................................................ 26
1.7.1
GENERALIDADES............................................................................................. 26
1.7.2
CLASIFICACION SEGN SU FUNCIONALIDAD......................................... 28
1.7.3
CLASIFICACION SEGN TIPO DE MATERIAL. .......................................... 29
1.7.4
CARGAS.............................................................................................................. 30
1.7.5
ESTRIBOS INTEGRALES ................................................................................ 30
1.7.6
MUROS TIPO ALA............................................................................................. 31
1.7.7
ARMADURA ........................................................................................................ 31
1.7.7.1
1.7.7.2
1.7.8
1.7.9
1.7.9.1
1.7.9.2
1.7.9.3
1.7.10
CAPACIDAD DE CARGA Y ESTABILIDAD EN EL ESTADO LIMITE DE
RESISTENCIA. .................................................................................................................... 33
1.7.10.1
1.7.10.2
GENERALIDADES ..................................................................................................... 33
CAPACIDAD DE CARGA .......................................................................................... 33
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Volumen II - Muros y Obras Complementarias
JUNIO 2014
1.7.10.3
1.7.10.4
1.7.10.5
1.7.10.6
VUELCO ....................................................................................................................... 35
EROSION SUBSUPERFICIAL .................................................................................. 35
RESISTENCIA PASIVA ............................................................................................. 36
RESBALAMIENTO ..................................................................................................... 36
1.7.11
SEGURIDAD CONTRA FALLAS ESTRUCTURALES ................................. 36
1.7.12
DISEO SISMO RESISTENTE ....................................................................... 36
1.7.13
DRENAJE ............................................................................................................ 37
1.7.14
PRESENCIA DEL AGUA. ................................................................................. 37
1.7.15
COMPACTACIN. ............................................................................................. 38
1.8
FILOSOFIA DE DISEO. ........................................................................................... 39
1.8.1
GENERALIDADES............................................................................................. 39
1.8.2
ESTADOS LIMITES ........................................................................................... 39
1.8.2.1
GENERALIDADES ..................................................................................................... 39
CAPITULO 2 ........................................................................................................................... 41
2
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Volumen II - Muros y Obras Complementarias
JUNIO 2014
3.6
SOBRECARGA: ES Y LS. ......................................................................................... 85
3.6.1
SOBRE CARGA UNIFORME.(ES) .................................................................. 85
3.6.2
CARGA PUNTUALES, LINEALES Y DE FRANJA (ES)- MUROS
RESTRINGIDOS CONTRA EL MOVIMIENTOS. ........................................................... 85
3.6.3
CARGA DE FRANJA. (ES) - MURO FLEXIBLE............................................ 89
3.6.4
SOBRECARGA VIVA (LS). .............................................................................. 91
CAPITULO 4 ........................................................................................................................... 94
4
4.3
CARGAS .................................................................................................................... 101
4.4
MOVIMIENTO Y ESTABILIDAD EN EL ESTADO LIMITE DE SERVICIO ........ 101
4.4.1
ASENTAMIENTO ............................................................................................. 101
4.4.2
DESPLAZAMIENTO LATERAL ..................................................................... 102
4.4.3
ESTABILIDAD GLOBAL.................................................................................. 102
4.5
SEGURIDAD CONTRA LAS FALLAS DEL SUELO (ESTABILIDAD EXTERNA)
102
4.5.1
GENERALIDADES........................................................................................... 102
4.5.2
CARGAS............................................................................................................ 103
4.5.3
RESBALAMIENTO........................................................................................... 104
4.5.4
CAPACIDAD DE CARGA ............................................................................... 104
4.5.5
VUELCO ............................................................................................................ 105
4.6
SEGURIDAD CONTRA LAS FALLAS ESTRUCTURALES (ESTABILIDAD
INTERNA) ............................................................................................................................... 105
4.6.1
GENERALIDADES........................................................................................... 105
4.6.2
CARGAS............................................................................................................ 105
4.6.2.1
4.6.2.2
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Volumen II - Muros y Obras Complementarias
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MURO.
4.6.3
4.6.3.1
4.6.3.2
4.6.4
108
LIMITE ENTRE LA ZONA ACTIVA Y LA ZONA RESISTENTE ......................... 109
DISEO CONTRA EL ARRANCAMIENTO DE LOS REFUERZOS ................. 111
4.6.4.1
GENERALIDADES ................................................................................................... 113
4.6.4.2
CONSIDERACIONES RELACIONADAS CON LA VIDA DE DISEO ............. 116
4.6.4.2.1 REFUERZO DE ACERO .................................................................................... 116
4.6.4.2.2 REFUERZO DE GEOSINTTICOS ................................................................. 118
4.6.4.3
RESISTENCIA A LA TRACCION DE DISEO .................................................... 121
4.6.4.3.1 REFUERZO DE ACERO .................................................................................... 121
4.6.4.3.2 REFUERZO DE GEOSINTTICOS ................................................................. 121
4.6.4.4
RESISTENCIA DE DISEO DE LAS CONEXIONES DE LOS REFUERZOS AL
REVESTIMIENTO ........................................................................................................................ 123
4.6.4.4.1 REFUERZO DE ACERO .................................................................................... 123
4.6.4.4.2 REFUERZO DE GEOSINTTICOS ................................................................. 123
4.7
DISEO SISMORESISTENTE ............................................................................... 126
4.7.1
ESTABILIDAD EXTERNA ............................................................................... 126
4.7.2
ESTABILIDAD INTERNA ................................................................................ 128
4.7.3
CONEXION DE LOS REFUERZOS AL REVESTIMIENTO ...................... 131
4.8
DRENAJE................................................................................................................... 133
4.9
EROSION SUBSUPERFICIAL ................................................................................ 134
4.10 CONDICIONES DE CARGAS ESPECIALES ....................................................... 134
4.10.1
CARGAS PERMANENTE CONCENTRADAS............................................. 134
4.10.2
CARGAS DEBIDAS AL TRAFICO Y BARRERAS ...................................... 136
4.10.3
PRESION HIDROSTATICAS ......................................................................... 138
4.10.4
OBSTRUCCION EN LA ZONA DE SUELO REFORZADO ....................... 138
4.11 ESTRIBOS SOBRE MUROS DE TIERRA ESTABILIZADA MECANICAMENTE
.140
CAPITULO 5 ......................................................................................................................... 143
5
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JUNIO 2014
6.2
CARGAS .................................................................................................................... 149
6.3
MOVIMIENTOS EN EL ESTADO LIMITE DE SERVICIO.................................... 149
6.4
SEGURIDAD CONTRA LAS FALLAS DEL SUELO ............................................. 149
6.4.1
GENERALIDADES........................................................................................... 149
6.4.2
RESBALAMIENTO........................................................................................... 149
6.4.3
CAPACIDAD DE CARGA ............................................................................... 150
6.4.4
VUELCO ............................................................................................................ 150
6.4.5
EROSION SUPERFICIAL ............................................................................... 150
6.4.6
ESTABILIDAD GLOBAL.................................................................................. 150
6.4.7
RESISTENCIA PASIVA Y RESBALAMINETO ............................................ 150
6.5
SEGURIDAD CONTRA FALLAS ESTRUCTURALES ......................................... 150
6.5.1
MODULOS ........................................................................................................ 150
6.6
DISEO SISMO RESISTENTE .............................................................................. 151
6.7
ESTRIBOS ................................................................................................................. 151
6.8
DRENAJE................................................................................................................... 152
CAPITULO 7 ......................................................................................................................... 153
7
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Volumen II - Muros y Obras Complementarias
JUNIO 2014
PRESENTACIN
El Ministerio de Transportes y Comunicaciones en su calidad de rgano rector a
nivel nacional en materia de transporte y trnsito terrestre, es la autoridad
competente para dictar las normas correspondientes a la gestin de la
infraestructura vial y fiscalizar su cumplimiento.
La Direccin General de Caminos y Ferrocarriles es el rgano de lnea de mbito
nacional encargada de normar sobre la gestin de la infraestructura de caminos,
puentes y ferrocarriles; as como de fiscalizar su cumplimiento.
El Manual de Tneles, Muros y Obras Complementarias en su volumen II
Muros y Obras Complementarias, forma parte de los Manuales de Carreteras
establecidos por el Reglamento Nacional de Gestin de Infraestructura Vial
aprobado por D.S. N 034-2008-MTC se propone como una gua y herramienta
para los Ingenieros relacionados al diseo de muros y las obras
complementarias, para darles a conocer los diversos tipos de muros y obras
complementarias ms utilizados en la gestin vial.
El Manual de Tneles, Muros y Obras Complementarias est formada por
dos volmenes, la primera conformada por el Volumen I: Tneles y el Volumen
II: Muros y Obras Complementarias, que es materia del presente volumen.
Esta primera versin del Manual de Tneles, Muros y Obras
Complementarias en su volumen II Muros y Obras Complementarias, tiene por
finalidad de proporcionar a los Ingenieros las directrices de clculo y mtodos
construccin de cada uno de ellos, indicando sus caractersticas para facilitar la
eleccin, ya sea como proteccin de estructuras o para el mejoramiento de
terrenos con topografa irregular, con el propsito de obtener un terreno
totalmente estable y que tenga las caractersticas para soportar cargas y/o
movimientos fuertes, dotndolas de estabilidad estructural para lograr su mejor
desempeo posible en trminos de eficiencia tcnico econmica, esperando
que esta obra pueda ser una herramienta idnea para el proyectista, constructor
y supervisor de obra
Teniendo en consideracin que como toda ciencia y tcnica, la ingeniera vial es
dinmica y est en permanente evolucin, este Manual de Muros y Obras
Complementarias deber ser revisado y actualizado peridicamente por el
rgano normativo de la gestin de la infraestructura vial del MTC.
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Tneles, Muros y Obras Complementarias
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PRIMERA PARTE
MUROS
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CAPITULO 1
GENERALIDADES
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GENERALIDADES
1.1
1.2
CAMPO DE APLICACIN.
tipo
pantalla,
muros
anclados,
muros
de
tierra
estabilizada
1.3
PRIMERA PARTE
Captulo 1 - - Introduccin
Manual de Carreteras
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Volumen II - Muros y Obras Complementarias
JUNIO 2014
10
SEGUNDA PARTE
Captulo 7 Obras complementarias
Captulo 8 Muros anclados
Captulo 9 Derecho de va.
Captulo 10 Demoliciones.
1.4
SIMBOLOGIA
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11
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12
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13
lenta
el
envejecimiento
qumico/biolgico
de
los
refuerzos
geosintticos (adimensional)
RFc = factor de reduccin de la resistencia combinado que considera la
degradacin a largo plazo de la conexin entre el revestimiento y los refuerzos
geosintticos (adimensional)
RFCR = factor de reduccin de la resistencia para evitar la rotura por fluencia
lenta a largo plazo de los refuerzos (adimensional)
RFD = factor de reduccin de la resistencia para evitar la rotura de los refuerzos
debido a la degradacin qumica y biolgica (adimensional)
RFID = factor de reduccin de la resistencia que considera los daos de los
refuerzos durante la instalacin (adimensional)
Sh = separacin horizontal de los refuerzos (mm)
St = separacin entre elementos transversales de la grilla (mm)
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JUNIO 2014
14
15
Z = profundidad debajo del coronamiento efectivo del muro o hasta los refuerzos
(mm)
Zp = profundidad de suelo en la capa de refuerzos al inicio de la zona resistente
para el clculo del arrancamiento (mm)
= factor de correccin que considera el efecto de la escala (adimensional)
= inclinacin de la superficie del relleno detrs del muro ()
EQ
(adimensional)
= factor de resistencia
f = ngulo de friccin interna del suelo de fundacin o relleno detrs del muro
()
16
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JUNIO 2014
17
1.5
DEFINICIONES.
ngulo: figura formada en una superficie por dos lneas que parten de un mismo
punto.
Arcillas: Roca sedimentaria formada a partir de depsitos de grano muy fino,
compuesta principalmente por silicatos de aluminio hidratados.
rea: Superficie comprendida dentro de un permetro.
Arista: Lneas que resulta de la interseccin de dos superficies, considerada por
la parte exterior del ngulo que forman.
18
19
20
su
extremo
superior
articulado,
empotrado
libre,
pero
21
de
secciones
transversales
macizas
separadas
22
1.6
GENERALIDADES.
23
cantidad
hasta
una
profundidad
suficiente
para
establecer
perfiles
24
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JUNIO 2014
25
1.7
MUROS
1.7.1 GENERALIDADES
Se define muro como: Toda estructura continua que de forma activa o pasiva
produce un efecto estabilizador sobre una masa de terreno natural o artificial.
Son estructuras destinadas a garantizar la estabilidad de la plataforma o a
protegerla de la accin erosiva de las aguas superficiales. Se utilizan para
contener los rellenos o para defender la va de eventuales derrumbes.
Los muros de sostenimiento rgidos de gravedad y semigravedad se pueden
utilizar para subestructuras de puente o separacin de taludes y generalmente
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26
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27
MUROS
CONTENCIN
SOSTENIMIENTO
Nota:
CONTENCIN: Se emplea para la estabilidad al terreno natural u otro material cuando se modifica su talud natural o terrenos inestables.
SOSTENIMIENTO: Se construye separado del terreno natural dejando un espacio vaco que posteriormente se rellena con un material seleccionado, con el objeto de sostener el terrapln con un
muro y ampliar la plataforma de la carretera.
RECUBRIMIENTO: Su funcin principal es proteger superficialmente al terreno natural de la accin del intemperismo (erosin y meteorizacin).
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28
MUROS
CONCRETO ARMADO
TIPO PANTALLA
CONCRETO SIMPLE
EMPOTRADOS
ESTABILIZADO
MECANICAMENTE
GEOTEXTILES
CANTILEVER
GRAVEDAD
GRAVEDAD
MODULARES
GAVIONES
CONTRAFUERTE
BANDEJA
BLOQUES
OTROS
TIERRA REFORZADA
SEMI GRAVEDAD
OTROS
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29
1.7.4 CARGAS
Los estribos y muros de sostenimiento se debern investigar para las siguientes
cargas:
Los empujes laterales del suelo y las presiones hidrostticas, incluyendo
cualquier sobrecarga de suelo;
El peso propio del estribo/muro de sostenimiento;
Las cargas aplicadas por la superestructura del puente;
Los efectos trmicos y la deformacin por contraccin; y
Las cargas ssmicas, de acuerdo con lo especificado en la capitulo 3 y en otros
captulos de este volumen.
Se debern aplicar los requisitos de los artculos 3.5 y 2.2.5. Para los clculos
de estabilidad las cargas del suelo se debern multiplicar por los factores de
carga mximos y/o mnimos indicados en la tabla 2.2.7-1, segn corresponda.
El diseo se deber investigar considerando cualquier combinacin de esfuerzos
que pudiera producir la condicin de carga ms desfavorable. Los estribos sobre
tierra estabilizada mecnicamente y los muros modulares prefabricados se
debern disear de acuerdo con los artculos 4.11 y 6.6.
Para el clculo de las solicitaciones en los estribos el peso del material de relleno
ubicado directamente sobre una cara posterior inclinada o escalonada o sobre la
base de una zapata de hormign armado se puede considerar parte del peso
efectivo del estribo.
Si se utilizan zapatas, a menos que se utilice un mtodo ms exacto, la
proyeccin posterior se deber disear como un voladizo soportado por el alma
del estribo y cargado con la totalidad del peso del material superpuesto.
30
1.7.7 ARMADURA
1.7.7.1 ESTRIBOS Y MUROS DE SOSTENIMIENTO
CONVENCIONALES.
La armadura para resistir la formacin de fisuras por temperatura y contraccin.
31
y el muro de ala se deber construir de modo que est "trabado" con el cuerpo
del estribo.
32
tomar como:
Si los parmetros geotcnicos estn bien definidos y el talud no soporta ni
contiene un elemento estructural: .. 0,75
Si los parmetros geotcnicos se basan en informacin limitada o si el talud
contiene o soporta un elemento estructural: . 0,65
GENERALIDADES
su
estabilidad
contralas
fallas
por
aplastamiento,
vuelco
deslizamiento.
1.7.10.2
CAPACIDAD DE CARGA
Donde:
V sumatoria de las fuerzas verticales y las dems variables son como se
define en la figura 1.7.10.2-1
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33
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34
1.7.10.3
VUELCO
1.7.10.4
EROSION SUBSUPERFICIAL
35
Si hay infiltracin de agua debajo del muro se debern considerar los efectos de
las fuerzas de levantamiento e infiltracin.
1.7.10.5
RESISTENCIA PASIVA
1.7.10.6
RESBALAMIENTO
36
1.7.13 DRENAJE
Se deber proveer drenaje para los rellenos detrs de los estribos y muros de
sostenimiento. Si no fuera posible proveer drenaje, el estribo o muro se deber
disear para las cargas debidas al empuje del suelo ms la presin hidrosttica
total debida al agua en el relleno.
Si el nivel fretico difiere a ambos lados del muro, se debern considerar los
efectos de la filtracin sobre la estabilidad del muro y el potencial de socavacin.
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37
Para determinar los empujes laterales totales que actan sobre el muro se
debern sumar las presiones del agua intersticial a las tensiones efectivas
horizontales.
En la Figura 17.14-1 se ilustra el efecto de la presin adicional provocada por el
nivel fretico.
FIGURA 17.14-1 EFECTO DEL NIVEL FRETICO
1.7.15 COMPACTACIN.
Si se anticipa que habr compactacin mecnica dentro de una distancia igual a
la mitad de la altura del muro, tomando esta altura como la diferencia de cotas
entre los puntos donde la superficie terminada interseca el respaldo del muro y la
base del muro, se deber tomar en cuenta el efecto del empuje adicional que
puede inducir la compactacin.
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38
1.8
FILOSOFIA DE DISEO.
1.8.1 GENERALIDADES
Los puentes se deben disear considerando los estados lmites especificados a
fin de lograr los objetivos de construibilidad, seguridad y serviciabilidad,
considerando debidamente los aspectos relacionados con la inspeccionabilidad,
economa y esttica, segn los objetivos de diseo.
Independientemente del tipo de anlisis utilizado, la ecuacin 1.8.1-1 se deber
satisfacer para todas las solicitaciones y combinaciones de de solicitaciones
especificadas.
1.8.2.1-1
Donde:
Para cargas para las cuales un valor mximo deLes apropiado:
'RQGH
L
IDFWRU GH FDUJD PXOWLSOLFDGRU GH EDVH HVWDGVWLFD TXH VH DSOLFD D ODV
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39
VROLFLWDFLRQHV
IDFWRU GH UHVLVWHQFLD PXOWLSOLFDGRU GH EDVH HVWDGVWLFD TXH VH DSOLFD D OD
UHVLVWHQFLDQRPLQDO
i
IDFWRU GH PRGLILFDFLQ GH ODV FDUJDV IDFWRU UHODFLRQDGR FRQ OD GXFWLOLGDG
UHGXQGDQFLDHLPSRUWDQFLDRSHUDWLYD
D IDFWRUUHODFLRQDGRFRQODGXFWLOLGDG
R IDFWRUUHODFLRQDGRFRQODUHGXQGDQFLD
I IDFWRUUHODFLRQDGRFRQODLPSRUWDQFLDRSHUDWLYD
Qi VROLFLWDFLQ
Rn UHVLVWHQFLDQRPLQDO
Rr UHVLVWHQFLDPD\RUDGDRn
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40
CAPITULO 2
ESTADOS LMITES Y
FACTORES DE RESISTENCIA
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41
2.1.1 GENERALIDADES
Los estados lmite debern ser como se especifica en el artculo 1.8.2. Esta
seccin contiene aclaraciones especfica correspondientes a las fundaciones y
muros.
contiene
un
elemento
estructural
....... 0,85
Cuando los parmetros geotcnicos se basan en informacin limitada, o
cuando el talud soporta o contiene un elemento estructural ...... 0,65
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42
2.2
2.2.1 GENERALIDADES
Los estribos, pilas y muros de sostenimiento se debern disear de manera que
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43
soporten los empujes laterales del suelo y las presiones hidrostticas, incluyendo
el peso de cualquier sobrecarga de suelo, el peso propio del muro, los efectos de
contraccin y temperatura y las cargas ssmicas.
Las estructuras de sostenimiento de tierra se debern disear para una vida de
servicio basada en la consideracin de los potenciales efectos a largo plazo
provocados por el deterioro de los materiales, infiltracin, corrientes elctricas
desviadas y otros factores ambientales potencialmente adversos sobre los
componentes materiales que constituyen la estructura.
TABLA 2.2.1 - 1 - VIDA MNIMA DE SERVICIO DE MUROS
DESCRIPCIN
MUROS DE SOSTENIMIENTO
PERMANENTES ESTRUCTURAS
ESPECIALES
100 AOS
(1)
MUROS DE SOSTENIMIENTO
75 AOS
PERMANENTES
MUROS DE SOSTENIMIENTO
36 MESES
TEMPORARIOS
(1) Para los muros de sostenimiento que soportan estribos de puentes, edificios, servicios pblicos
crticos u otras instalaciones en las cuales las consecuencias de un comportamiento inadecuado o la
falla seran inaceptables se puede utilizar un mayor nivel de seguridad y/o una vida de servicio ms
prolongada.
44
satisfaga el artculo 2.2.5. La resistencia mayorada, RR, calculada para cada uno
de los estados lmites aplicables deber ser igual a la resistencia nominal, Rn,
multiplicada por un factor de resistencia apropiado, , especificado en la
siguiente tabla.
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45
6HDSOLFDDODVWHQVLRQHVGHDGKHUHQFLDXQLWDULDVOWLPDVSUHVXQWDVSDUDHOGLVHRSUHOLPLQDU
6HDSOLFDFXDQGRVHUHDOL]DQHQVD\RVGHYHULILFDFLQKDVWDXQDFDUJDLJXDODRPVYHFHVODFDUJDGH
GLVHRPD\RUDGDHQHODQFODMH
6HDSOLFDDODP[LPDFDUJDGHOHQVD\RGHYHULILFDFLQSDUDHODQFODMH3DUDHODFHURGXOFHDSOLFDUHOIDFWRU
GHUHVLVWHQFLDDFy3DUDHODFHURGHDOWDUHVLVWHQFLDDSOLFDUHOIDFWRUGHUHVLVWHQFLDDODUHVLVWHQFLDDODWUDFFLQ
OWLPDJDUDQWL]DGD
6HDSOLFDDODVHFFLQWUDQVYHUVDOEUXWDPHQRVHOUHDVDFULILFDEOH(QHOFDVRGHODVVHFFLRQHVFRQRULILFLRV
UHGXFLUHOUHDEUXWD\DSOLFDUDODVHFFLQQHWDPHQRVHOUHDVDFULILFDEOH
6HDSOLFDDORVUHIXHU]RVHQIRUPDGHPDOODFRQHFWDGRVDXQHOHPHQWRGHUHYHVWLPLHQWRUJLGRSRUHMHPSOR
XQSDQHOREORTXHGHKRUPLJQ3DUDORVUHIXHU]RVHQIRUPDGHPDOODFRQHFWDGRVDXQUHYHVWLPLHQWRIOH[LEOHR
TXHVRQFRQWLQXRVFRQHOUHYHVWLPLHQWRXWLOL]DUHOIDFWRUGHUHVLVWHQFLDFRUUHVSRQGLHQWHDUHIXHU]RVHQIRUPDGH
IDMD
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CAPITULO 3
CARGAS Y FACTORES DE
CARGA
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GENERALIDADES.
CARGAS PERMANENTES
DD = friccin negativa (downdrag)
DW = peso propio de las superficies de rodamiento e instalaciones para servicios
pblicos.
EH = empuje horizontal del suelo
ES = sobrecarga de suelo
EV = empuje vertical del peso propio del suelo de Relleno
CARGAS TRANSITORIAS
EQ = sismo
FR = friccin
LL = sobrecarga vehicular
LS = sobrecarga viva
WA = carga hidrulica y presin del flujo de agua
3.2
'RQGH
L modificador de las cargas especificado en el artculo 1.8.2
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RESISTENCIA I Combinacin de cargas bsica que representa el uso
vehicular normal del puente, sin viento.
RESISTENCIA II Combinacin de cargas que representa el uso del puente por
parte de vehculos de diseo especiales especificados por el Propietario,
vehculos de circulacin restringida, o ambos, sin viento.
RESISTENCIA III Combinacin de cargas que representa el puente expuesto a
vientos de velocidades superiores a 90 km/h.
RESISTENCIA IV Combinacin de cargas que representa relaciones muy
elevadas entre las solicitaciones provocadas por las cargas permanentes y las
provocadas por las sobrecargas.
RESISTENCIA V Combinacin de cargas que representa el uso del puente por
parte de vehculos normales con una velocidad del viento de 90 km/h.
EVENTO EXTREMO I Combinacin de cargas que incluye sismos.
EVENTO EXTREMO II Combinacin de cargas que incluye carga de hielo,
colisin de embarcaciones y vehculos, y ciertos eventos hidrulicos con una
sobrecarga reducida diferente a la que forma parte de la carga de colisin de
vehculos, CT.
SERVICIO I Combinacin de cargas que representa la operacin normal del
puente con un viento de 90 km/h, tomando todas las cargas a sus valores
nominales. Tambin se relaciona con el control de las deflexiones de las
estructuras metlicas enterradas, revestimientos
de tneles y tuberas
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78 &5 \ 6+ se deber utilizar para las deformaciones, y el menor valor se
deber utilizar para todas las dems solicitaciones.
La evaluacin de la estabilidad global de los rellenos retenidos, as como de los
taludes de tierra con o sin unidad de fundacin poco o muy profunda, se debera
hacer utilizando la Combinacin de Cargas correspondiente al Estado Lmite de
Servicio I y un factor de resistencia adecuado segn lo especificado en los
artculo 2.2.6.
Los factores de carga para gradiente de temperatura, TGy asentamiento,SEse
deberan adoptar en base a las caractersticas especficas de cada proyecto. Si
no hay informacin especfica del proyecto que indique lo FRQWUDULRTGVHSXHGH
WRPDUFRPR
0,0 en los estados lmites de resistencia y evento extremo,
1,0 en el estado lmite de servicio cuando no se considera la
sobrecarga, y
0,50 en el estado lmite de servicio cuando se considera la
sobrecarga.
Para los puentes construidos por segmentos se deber investigar la siguiente
combinacin en el estado lmite de servicio:
'&':(+(9(6:$&56+7*(/
El factor de carga para sobrecarga en la combinacin correspondiente a Evento
Extremo I,EQse deber determinar en base a las caractersticas especficas de
cada proyecto.
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efectos dinmicos no deber ser menor que 1,5. El factor de carga para viento
no deber ser menor que 1,25. Todos los dems factores de carga se debern
tomar igual a 1,0.
3.3
CARGA PERMANETES:
3.4
EFECTOS SIMICOS : EQ
3.4.1 GENERALIDADES
3.5
3.5.1 GENERALIDADES.
La presin del terreno sobre el muro est fundamentalmente condicionada por la
deformabilidad de ste. Para la evaluacin del empuje de tierras deben tomarse
en cuenta diferentes factores como la configuracin y las caractersticas de
deformabilidad del muro, las propiedades del relleno, las condiciones de friccin
suelo-muro, de la compactacin del relleno, del drenaje as como la posicin del
nivel fretico.
La magnitud del empuje de tierras vara ampliamente entre el estado activo y el
pasivo dependiendo de la deformabilidad del muro. En todos los casos se debe
procurar que el material de relleno sea granular y de drenaje libre para evitar
empujes hidrostticos que pueden originar fuerzas adicionales no deseables.
Las presiones laterales se evaluarn tomando en cuenta los siguientes
componentes:
a) Presin esttica debida a cargas gravitatorias.
b) Presin forzada determinada por el desplazamiento del muro contra el relleno.
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H es la altura del muro, _ es el peso especfico del suelo contenido por el muro,
el coeficiente de empuje de tierra K, se define como la relacin entre el esfuerzo
efectivo horizontal y el esfuerzo efectivo vertical en cualquier punto dentro de la
masa de suelo.
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P = k s z g 10
-9
Donde:
P = empuje lateral del suelo (MPa)
Donde:
'f = ngulo efectivo de friccin del suelo
65
Donde:
(3.5.2.1.2-1)
Donde:
y adems:
= ngulo de friccin entre relleno y muro tomado como se especifica en la tabla
3.5.2.1.2-1 ()
= ngulo que forma la superficie del relleno respecto de la horizontal como se
indica en la figura 3.5.2.1.2-1
= ngulo que forma el respaldo del muro respecto de la horizontal como se
indica en la figura 3.5.2.1.2-1
'f = ngulo efectivo de friccin interna ()
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la cua usando el mtodo de Culmann (por ejemplo, ver Terzaghi et al. 1996).
FIGURA 3.5.2.1.2-1 SIMBOLOGIA PARA EL EMPUJE ACTIVO DE COULUMB
Tabla
3.5.2.1.2-1
()
NGULO
DE
FRICCIN
ENTRE
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DIFERENTES
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Donde:
Pp = empuje lateral pasivo del suelo (MPa)
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P = k eq z g 10
-9
Donde:
Se asumir que la carga lateral de suelo resultante debida al peso del relleno
acta a una altura igual a H/3 de la base del muro, siendo H la altura total del
muro medida desde la superficie del terreno hasta el fondo de la zapata.
Los valores tpicos para las densidades de fluido equivalente a utilizar en el
diseo de un muro de altura no mayor que 6000 mm se puede tomar de la tabla
3.5.2.1.4-1, donde:
= movimiento de la parte superior del muro requerido para llegar al mnimo
empuje activo o mximo empuje pasivo por rotacin o traslacin lateral (mm).
H = altura del muro (mm).
= ngulo del relleno respecto de la horizontal ().
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P h= 0.5 eq H g 10
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El empuje activo del suelo no deber ser menor que 0,25 veces la presin de
sobrecarga efectiva a cualquier profundidad, 5,5 106 MPa de la altura del
muro, cualquiera sea el valor que resulte mayor.
Para muros temporarios con elementos verticales discretos empotrados en suelo
granular o roca, para determinar la resistencia pasiva se pueden utilizar las
figuras 3.5.2.1.5 - 1 y 3.5.2.1.5 - 2 y para determinar el empuje activo del suelo
debido al suelo retenido se pueden utilizar las figuras 3.5.2.1.5 - 4 y 3.5.2.1.5 - 5.
Si se utilizan elementos verticales discretos como apoyo, el ancho b de cada
elemento vertical se deber suponer igual al ancho de ala o dimetro del
elemento para secciones hincadas, y al dimetro del pozo hormigonado para
secciones empotradas en hormign.
Para determinar Pa2 en la figura 3.5.2.1.5 - 4, la magnitud de la sobrecarga de
suelo de superficie inclinada sobre el muro se debera basar en la cua de suelo
sobre el muro dentro de la cua activa.
En la figura 3.5.2.1.5 - 5 se ignora una parte de la carga negativa en la parte
superior del muro debida a la cohesin y se debera considerar la presin
hidrosttica en una fisura por traccin, aunque sta no se ilustra en la figura.
FIGURA 3.5.2.1.5 -1 DISTRIBUCIONES SIMPLIFICADAS DE EMPUJES NO
MAYORADOS PARA MUROS PERMANENTES TIPO PANTALLA FORMADOS
POR ELEMENTOS VERTICALES DISCRETOS EMPOTRADOS EN SUELO
GRANULAR
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Donde:
+ SURIXQGLGDGWRWDOGHH[FDYDFLQPP
+ GLVWDQFLDHQWUHODVXSHUILFLHGHOWHUUHQR\HODQFODMHXELFDGRDPD\RUDOWXUD
PP
+Q GLVWDQFLD HQWUH OD EDVH GH OD H[FDYDFLQ \ HO DQFODMH XELFDGR D PHQRU
DOWXUDPP
J DFHOHUDFLQGHODJUDYHGDGPV2
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'RQGH
s GHQVLGDGWRWDOGHOVXHORNJP
+ SURIXQGLGDGWRWDOGHH[FDYDFLQPP
6X UHVLVWHQFLDPHGLDDOFRUWHGHOVXHORQRGUHQDGR03D
J DFHOHUDFLQGHODJUDYHGDGPV
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Donde:
Pa = mxima ordenada del diagrama de empuje (MPa)
s = densidad total del suelo (kg/m3)
H = profundidad total de excavacin (mm)
g = aceleracin de la gravedad (m/s2)
Para muros anclados permanentes en suelos cohesivos de rgidos a duros se
pueden utilizar las distribuciones de empuje aparente descritas en el artculo
3.5.2.1.6.2 basando ka en el ngulo de friccin del suelo cohesivo drenado. En el
caso de muros permanentes se deber utilizar la distribucin, permanente o
temporaria, que provoque la mxima fuerza total.
3.5.2.1.6.4-1)
Donde:
Pa = mxima ordenada del diagrama de empuje (MPa)
Ka = coeficiente de empuje activo del suelo de la ecuacin 3.5.2.1.6.4-2
s = densidad total del suelo (kg/m3)
H = profundidad total de excavacin (mm)
g = aceleracin de la gravedad (m/s2)
El coeficiente de empuje activo del suelo, ka, se puede determinar cmo:
3.5.2.1.6.4-2)
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Donde:
Su = resistencia del suelo retenido no drenado (MPa)
Sub = resistencia del suelo no drenado debajo de la base de la excavacin
(MPa).
s = densidad total del suelo retenido (kg/m3)
H = profundidad total de excavacin (mm)
d = profundidad de la superficie potencial de falla debajo de la base de la
excavacin (mm).
El valor de d se toma como el espesor de suelo cohesivo blando a
medianamente rgido debajo de la base de la excavacin, hasta un valor mximo
de Be / 2, siendo Be el ancho de la excavacin.
FIGURA 3.5.2.1.6.4-1 DISTRIBUCIN DEL EMPUJE APARENTE DEL
SUELO PARA MUROS ANCLADOS CONSTRUIDOS DE ARRIBA HACIA
ABAJO EN SUELOS COHESIVOS BLANDOS A MEDIANAMENTE RGIDOS.
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Donde:
Pa = fuerza resultante por unidad de ancho (N/mm)
s = peso unitario total del suelo (kg/m3)
h = altura del diagrama de empuje horizontal del suelo tomado como se indica en
las figuras 3.5.2.1.7.1-1, 3.5.2.1.7.1-2 y 3.5.2.1.7.1-3, (mm)
ka = coeficiente de empuje activo del suelo especificado en el artculo 3.5.2.1.2,
tomando el ngulo de la superficie del relleno como , como se especifica en la
figura 3.5.2.1.7.1-2, 3.5.2.1.7.1-3, y = en las figuras 3.5.2.1.7.1-2
3.5.2.1.7.1-3, respectivamente.
g = aceleracin de la gravedad (m/s2)
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modulares
prefabricados
se
pueden
determinar
utilizando
las
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3.6
SOBRECARGA: ES Y LS.
p = ks qs
(3.6.1-1)
Donde:
p = empuje horizontal constante debido a la sobrecarga uniforme (MPa)
ks = coeficiente de empuje del suelo debido a la sobrecarga
qs = sobrecarga uniforme aplicada sobre la superficie superior de la cua de
suelo activa (MPa)
Para condiciones de empuje activo ks se deber tomar como ka, y para
condiciones "en reposo" ks se deber tomar como ko. Alternativamente, se
pueden utilizar valores intermedios adecuados para el tipo de relleno y cantidad
de movimiento del muro.
85
(3.6.2-1)
Donde:
p = intensidad de la carga uniforme actuando en una faja paralela al muro (MPa)
= ngulo especificado en la figura 3.6.2-1 (radianes)
= ngulo especificado en la figura 3.6.2-1 (radianes)
FIGURA 3.6.2-1 EMPUJE HORIZONTAL SOBRE UN MURO PROVOCADO
POR UNA FAJA UNIFORMEMENTE CARGADA
El empuje horizontal que acta sobre un muro debido a una carga puntual, ph
en MPa, se puede tomar como:
(3.6.2-2)
Donde:
P = carga puntual (N)
R = distancia radial desde el punto de aplicacin de la carga hasta un punto en el
muro segn lo especificado en la figura 3.6.2- 2, donde
R = (x2 + y2 + z2)0,5 (mm)
X = distancia horizontal desde el paramento posterior del muro hasta el punto de
aplicacin de la carga (mm)
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El empuje horizontal que acta sobre un muro debido a una carga lineal
infinitamente larga paralela al muro, ph en MPa, se puede tomar como:
(3.6.2-3)
'RQGH
4 LQWHQVLGDGGHODFDUJDHQ1PP
<HOUHVWRGHODVLPERORJDFRUUHVSRQGHDORGHILQLGRDQWHULRUPHQWHHLOXVWUDGRHQ
ODfigura 3.6.2-
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El empuje horizontal que acta sobre un muro debido a una carga lineal de
longitud finita perpendicular a un muro, ph, en MPa, se puede tomar como:
(3.6.2-4)
Y donde:
X1 = distancia desde el paramento posterior del muro hasta el inicio de la carga
lineal como se especifica en la figura 3.6.2- (mm)
X2 = longitud de la carga lineal (mm)
Z = profundidad desde la superficie del terreno hasta un punto sobre el muro
considerado (mm)
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89
Donde:
90
91
sobrecarga es para una carretera su intensidad deber ser consistente con los
requisitos de la sobrecarga vehicular. Si la sobrecarga no es para una carretera
el Propietario deber
p NVJKHT-9
'RQGH
p HPSXMHKRUL]RQWDOFRQVWDQWHGHOVXHORGHELGRDODVREUHFDUJDYLYD03D
V GHQVLGDGWRWDOGHOVXHORNJP3
N FRHILFLHQWHGHHPSXMHODWHUDOGHOVXHOR
Keq DOWXUDGHVXHORHTXLYDOHQWHSDUDFDUJDYHKLFXODUPP
J
DFHOHUDFLQGHODJUDYHGDGPV2
Las alturas de suelo equivalente, heq, para cargas carreteras sobre estribos y
muros de sostenimiento se pueden tomar de las tablas 3.6.4-1 y 3.6.4-2. Para
alturas de muro intermedias se deber interpolar linealmente.
La altura del muro se deber tomar como la distancia entre la superficie del
relleno y el fondo de la zapata a lo largo de la superficie de contacto
considerada.
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CAPITULO 4
MUROS DE SUELO
ESTABILIZADO
MECANICAMENTE
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GENERALIDADES.
debern disear
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4.2
La figura 4.2-1 ilustra las dimensiones requeridas para disear los elementos de
los muros de tierra estabilizada mecnicamente.
El tamao y la profundidad embebida de la masa de suelo reforzado se deber
determinar en base a los siguientes factores:
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Tpicamente para los clculos de estabilidad interna y externa se ignoran el peso y las dimensiones de los
elementos que forman el revestimiento. Sin embargo, se pueden incluir las dimensiones y el peso del
revestimiento en los clculos de resbalamiento y capacidad de carga. Para el clculo de la estabilidad
interna se considera que las dimensiones del muro comienzan en la parte posterior de los elementos que
forman el revestimiento.
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4.2.3 REVESTIMIENTO
Los elementos del revestimiento se debern disear para resistir la fuerza
horizontal en los refuerzos en la unin entre los refuerzos y el revestimiento, tal
como se especifica en los artculos 4.6.2.2 y 4.7.3.
Adems de estas fuerzas horizontales, los elementos del revestimiento tambin
se debern disear para resistir las potenciales tensiones provocadas por las
operaciones de compactacin cerca de la cara del muro durante la construccin
del mismo.
Se puede asumir que la traccin en los refuerzos es resistida por un empuje del
suelo uniformemente distribuido en la parte posterior del revestimiento.
Se deber estabilizar el revestimiento de manera que no se deforme
lateralmente y que no se combe ms all de las tolerancias establecidas.
99
Si
un
revestimiento
geosintticos
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100
ha
de
permanecer
4.3
CARGAS
Se debern aplicar los requisitos del artculo 1.7.4, excepto que no ser
necesario considerar que los efectos de contraccin y temperatura entran en
contacto con los elementos de muro de acero.
4.4
4.4.1 ASENTAMIENTO
Se debern aplicar los requisitos del artculo 1.7.9 segn corresponda.
El asentamiento admisible de los muros de tierra estabilizada mecnicamente se
deber basar en la capacidad de deformacin longitudinal del revestimiento y el
propsito final de la estructura.
Si las condiciones de fundacin indican que en una distancia horizontal corta
habr grandes asentamientos diferenciales se debern proveer juntas de
deslizamiento en toda la altura del muro.
Tambin se deber evaluar el asentamiento diferencial entre el frente y la parte
posterior del muro, particularmente considerando su efecto sobre la deformacin,
la alineacin y las tensiones en las conexiones del revestimiento.
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FIGURA
4.4.3-1
ESTABILIDAD
GLOBAL Y COMPUESTA DE UN
SISTEMA DE MUROS DE TIERRA
ESTABILIZADA MECNICAMENTE DE
GEOMETRA COMPLEJA
4.5
4.5.1 GENERALIDADES
Las estructuras de tierra estabilizada mecnicamente se debern dimensionar de
manera que satisfagan los criterios
de excentricidad y resbalamiento
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4.5.2 CARGAS
Para el estudio de la estabilidad externa e interna las cargas se debern aplicar
como se especifica en los artculos 4.5 y 4.6, respectivamente. Las sobrecargas
se debern aplicar como se especifica en el artculo 4.11. Para estas cargas se
debern aplicar los factores de carga especificados en el artculo 2.2.5.
Solamente para el clculo de la estabilidad externa, los coeficientes de empuje
activo del suelo para el suelo retenido, es decir para el relleno detrs de la masa
de suelo reforzado con = .
Las sobrecargas permanentes, si corresponde, se debern tomar en cuenta de
acuerdo con el artculo 4.10.
Para investigar la estabilidad frente al resbalamiento y la excentricidad se deber
considerar que las sobrecargas continuas debidas al trfico actan ms all del
extremo de la zona reforzada como se ilustra en la figura 4.5.2-1. Para estas
cargas se debern aplicar los factores de carga especificados en el artculo
2.2.5.
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4.5.3 RESBALAMIENTO
El coeficiente de friccin por deslizamiento en la base de la masa de suelo
reforzado se deber determinar utilizando el ngulo de friccin del suelo de
fundacin. Si los refuerzos del suelo son discontinuos, como por ejemplo en
forma de fajas, el ngulo de friccin por deslizamiento se deber tomar como el
menor valor entre el r del suelo reforzado y el f del suelo de fundacin. Si los
refuerzos del suelo son continuos, por ejemplo en forma de mallas o lminas, el
ngulo de friccin de resbalamiento se deber tomar como el menor valor entre
r, f y , siendo el ngulo de friccin en la interfase entre el suelo y los
refuerzos. En ausencia de datos especficos estar permitido utilizar un ngulo
de friccin mximo, f, igual a 30 y un ngulo de friccin mximo en la interfase
suelo refuerzos, , igual a 2/3f.
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4.5.5 VUELCO
Se debern aplicar los requisitos del artculo 1.7.10.3
4.6
FALLAS
ESTRUCTURALES
4.6.1 GENERALIDADES
La seguridad contra las fallas estructurales se deber evaluar considerando el
arrancamiento y la rotura de los refuerzos.
Se puede realizar una estimacin preliminar del tamao estructural de la masa
de suelo estabilizado en base al arrancamiento de los refuerzos ms all de la
zona de falla, para lo cual la resistencia se especifica en el artculo 4.6.3.
4.6.2 CARGAS
La carga en los refuerzos se deber determinar en dos ubicaciones crticas: en la
zona de mxima tensin y en la conexin con la cara del muro. El potencial de
rotura y arrancamiento de los refuerzos se deber evaluar en la zona de mxima
tensin, la cual se supone ubicada en el lmite entre la zona activa y la zona
resistente ilustrada en la figura 4.2-1. Tambin se deber evaluar el potencial de
rotura y arrancamiento de los refuerzos en la conexin entre los refuerzos y el
revestimiento del muro.
El mximo ngulo de friccin utilizado para calcular la fuerza horizontal dentro de
la masa de suelo reforzado se deber considerar igual a 34, a menos que se
realicen ensayos de corte triaxial o directo de acuerdo con las normas AASHTO
T 234-74 y T 236-72, respectivamente, sobre el relleno seleccionado
especficamente para el proyecto en cuestin a fin de determinar su resistencia
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.
Donde:
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FIGURA
4.6.2.1-2
CLCULO DEL EMPUJE
VERTICAL
PARA
EL
CASO DE RELLENO DE
SUPERFICIE INCLINADA,
INCLUYENDO
LAS
SOBRECARGAS,
PARA
EL ANLISIS DE LA
ESTABILIDAD INTERNA
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'RQGH
H WHQVLQKRUL]RQWDOPD\RUDGDGHOVXHORHQORVUHIXHU]RV03D
Sv VHSDUDFLQYHUWLFDOGHORVUHIXHU]RVPP
No se debera utilizar una separacin vertical, Sv, mayor que 810 mm si no se
cuenta con datos de ensayos a escala real (por ejemplo cargas y deformaciones
unitarias en los refuerzos y deformaciones totales) que confirmen que es
aceptable utilizar separaciones verticales mayores.
FIGURA4.6.2.1-3 VARIACIN DE LA RELACIN ENTRE LOS
COEFICIENTES DE EMPUJE LATERAL KR/KA EN FUNCIN DE LA
PROFUNDIDAD EN UN MURO DE TIERRA ESTABILIZADA
MECNICAMENTE
.
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'RQGH
Le longitud de los refuerzos en la zona resistente (mm)
Tmx carga mayorada aplicada en el refuerzo, determinada mediante la
ecuacin 4.6.2.1-2 (N/mm)
factor de resistencia correspondiente al arrancamiento de los refuerzos,
obtenido de la tabla 2.2.6-1 (adimensional)
F
factor de friccin para el arrancamiento de los refuerzos (adimensional)
factor de correccin que considera los efectos de la escala (adimensional)
v tensin vertical no mayorada al nivel de los refuerzos en la zona resistente
(MPa)
C factor que considera la geometra del rea superficial de los refuerzos en
base al permetro bruto de los refuerzos; para los refuerzos en forma de faja,
malla y lmina (es decir para los refuerzos de dos lados) este factor es igual a 2
(adimensional)
Rc relacin de cobertura de los refuerzos, especificada en el artculo 4.6.4.1
(adimensional)
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En el caso de las grillas, la separacin entre los elementos transversales de las
grillas, St, deber ser uniforme en toda la longitud del refuerzo; no se deben
concentrar elementos transversales slo en la zona resistente.
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'RQGH
Tmx
'RQGH
T0
HVSHFLILFDGDHQHODUWFXOR1PP
IDFWRUGHUHVLVWHQFLDSDUDWUDFFLQGHORVUHIXHU]RVHVSHFLILFDGRHQODWDEOD
DGLPHQVLRQDO
Tac
UHIXHU]RUHYHVWLPLHQWR1PP
Rc UHODFLQ GH FREHUWXUD GH ORV UHIXHU]RV HVSHFLILFDGD HQ HO DUWFXOR
DGLPHQVLRQDO
Tac se deber determinar en la conexin a la cara del muro tal como se
especifica en el Artculo 4.6.4.4a si se trata de refuerzos de acero y como se
especifica en el Artculo 4.6.4.4b si se trata de refuerzos geosintticos.
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'RQGH
Ec HVSHVRUGHOUHIXHU]RPHWOLFRDOILQDOGHVXYLGDGHVHUYLFLRFRPRVHLOXVWUD
HQODILJXUDPP
En HVSHVRU QRPLQDO GHO UHIXHU]R GH DFHUR HQ HO PRPHQWR GH OD FRQVWUXFFLQ
PP
Es
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de reduccin por
defecto se
debern emplear
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polmeros que
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'RQGH
Tal resistencia nominal de diseo a largo plazo de los refuerzos (N/mm)
Fy mnima tensin de fluencia del acero (MPa)
Ac rea de los refuerzos corregida para considerar las prdidas por corrosin
(figura 4.6.4.1-1)PP2
b ancho unitario de los refuerzos (figura 4.6.4.1- 1)PP
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largo plazo de la
conexin
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'RQGH
Hu = altura de una unidad (bloque) del revestimiento (mm)
Wu = ancho total de una unidad (bloque) del revestimiento (mm)
Gu = distancia hasta el centro de gravedad de una unidad (bloque) horizontal,
incluyendo el material de relleno, medida a partir del frente de la unidad (mm)
= inclinacin del muro debida al retroceso por hilada (grados)
H = altura total del muro (mm)
Hh = altura contribuyente
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4.7
DISEO SISMORESISTENTE
'RQGH
A P[LPRFRHILFLHQWHGHDFHOHUDFLQVVPLFD$UWFXORDGLPHQVLRQDO
Para las estructuras con relleno de superficie horizontal PAE y PIR se podrn
determinar usando las siguientes expresiones simplificadas:
'RQGH
EQ
IDFWRU GH FDUJD SDUD ODV FDUJDV EQ REWHQLGR GH OD WDEOD
DGLPHQVLRQDO
Am mximo coeficiente de aceleracin del muro en el baricentro (adimensional)
s GHQVLGDGGHOVXHORNJP
H DOWXUDGHOPXURPP
g DFHOHUDFLQGHODJUDYHGDGPVHJ
Para las estructuras con relleno de superficie inclinada la fuerza inercial, PIR, se
deber basar en una masa efectiva que tenga una altura igual a H2 y un ancho
de base igual a 0,5H2 determinada de la siguiente manera:
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'RQGH
LQFOLQDFLQGHOUHOOHQRGHWUVGHOPXUR
Para los rellenos de superficie inclinada PIR se deber determinar cmo:
Donde:
Siendo:
Pir = fuerza inercial provocada por la aceleracin del relleno reforzado (N/mm)
Pis = fuerza inercial provocada por la aceleracin de la sobrecarga de suelo de
superficie inclinada sobre el relleno reforzado (N/mm)
El ancho de la masa que contribuye a PIR deber ser igual a 0,5H2. PIR deber
actuar en el baricentro combinado de Pir y Pis.
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'RQGH
Tmd fuerza de inercia dinmica incremental mayorada en la Capai 1PP
= factor de carga para las cargas EQ de la tabla 2.2.7-1
Pi fuerza inercial interna debida al peso del relleno dentro de la zona activa, es
decir el rea sombreada en la figura 4.7.2-1 (N/mm)
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Am Wa
Donde
Wa es el peso de la zona activa y Am se determina mediante la ecuacin
11.10.7.1-1
Lei longitud efectiva de los refuerzos para la capa i (mm)
La carga total mayorada aplicada a los refuerzos, expresada como carga por
unidad de ancho de muro como se ilustra en la figura 4.7.2-1, se determina de la
siguiente manera:
'RQGH
Tmx carga esttica mayorada aplicada a los refuerzos, determinada mediante la
ecuacin 4.6.2.1-1
FIGURA 4.7.2-1 ESTABILIDAD INTERNA DE UN MURO DE TIERRA
ESTABILIZADA MECNICAMENTE BAJO CARGA SSMICA
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Donde:
factor de resistencia correspondiente a carga combinada esttica/ssmica, de
la tabla 2.2.6-1 (adimensional)
Srs resistencia ltima a la traccin de los refuerzos requerida para resistir la
componente esttica de carga (N/mm)
Srt resistencia ltima a la traccin de los refuerzos requerida para resistir la
componente dinmica de la carga (N/mm)
Rc relacin de cobertura de los refuerzos, especificada en el artculo 4.6.4.1
(adimensional)
RF factor de reduccin de la resistencia combinado que considera la potencial
degradacin a largo plazo originada por los daos durante la instalacin, la
fluencia lenta y el envejecimiento qumico, especificado en el artculo 4.6.4.3b
(adimensional)
RFID factor de reduccin de la resistencia que considera los daos de los
refuerzos durante la instalacin, especificado en el artculo 4.6.4.3b
(adimensional)
RFD factor de reduccin de la resistencia para impedir la rotura de los refuerzos
debido a la degradacin qumica y biolgica, especificado en el artculo 4.6.4.3b
(adimensional)
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La resistencia ltima a la traccin requerida de los refuerzos geosintticos se
deber determinar de la siguiente manera:
Para evitar el arrancamiento de los refuerzos, ya sean de acero o geosintticos:
'RQGH
Le longitud de los refuerzos en la zona resistente (mm)
Ttotal mxima traccin mayorada en los refuerzos, de la ecuacin 2 (N/mm)
factor de resistencia correspondiente al arrancamiento de los refuerzos, de la
tabla 2.2.6-1 (adimensional).
F
factor de friccin para el arrancamiento de los refuerzos (adimensional).
factor de correccin que considera el efecto de la escala (adimensional).
Y tensin vertical no mayorada al nivel de los refuerzos en la zona resistente
(MPa).
C factor que considera la geometra del rea superficial de los refuerzos
(adimensional).
Rc relacin de cobertura de los refuerzos, especificada en el artculo 4.6.4.1
(adimensional)
Bajo condiciones de carga ssmica, el valor de F* (el factor utilizado para la
resistencia al arrancamiento) se deber reducir al 80 por ciento del valor utilizado
bajo condiciones de carga esttica, excepto si se realizan ensayos de
arrancamiento bajo carga dinmica para determinar el valor de F* en forma
directa.
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'RQGH
Srs = resistencia ltima a la traccin de los refuerzos requerida para resistir la
componente esttica de carga (N/mm)
Tmx = carga aplicada a los refuerzos (N/mm)
RFD = factor de reduccin de la resistencia para impedir la rotura de los
refuerzos debido a la degradacin qumica y biolgica, especificado en el
Artculo 11.10.6.4.4b (adimensional)
= factor de resistencia, de la tabla 2.2.6-1 (adimensional)
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4.8
DRENAJE
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4.9
EROSION SUBSUPERFICIAL
6HGHEHUQDSOLFDUORVUHTXLVLWRVGHODUWFXOR
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resbalamiento.
Si esto no se puede lograr, los refuerzos del suelo entre la obstruccin y la cara
del muro se pueden conectar estructuralmente a la obstruccin de manera tal
que la cara del muro no se desmorone, o bien los elementos del revestimiento se
pueden conectar estructuralmente a otros elementos del revestimiento
adyacentes para evitar as este tipo de fallas.
Para la segunda alternativa el marco y las conexiones se debern disear de
acuerdo con la Seccin 6 para marcos de acero.
Para la tercera alternativa el ngulo de desviacin, medido a partir de una lnea
perpendicular a la cara del muro, deber ser lo suficientemente pequeo para
que la desviacin no genere momentos en los refuerzos ni en la conexin de los
refuerzos a la cara del muro. La resistencia a la traccin de los refuerzos
desviados se deber reducir multiplicando por el coseno del ngulo de
desviacin.
Si la obstruccin debe penetrar la cara del muro los elementos del revestimiento
del muro se debern disear para que se ajusten a la geometra de la
obstruccin y sean estables (es decir, se deberan evitar las cargas puntuales) y
de manera tal que el suelo de relleno detrs del muro no pueda salir por las
juntas. Para esto puede ser necesario colocar un collar alrededor de la
obstruccin junto a la cara del muro.
Si es necesario instalar pilotes hincados o perforados que atraviesen la zona
reforzada se debern respetar las recomendaciones indicadas en el artculo
4.11.
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140
Donde:
Hmx = tensin horizontal mayorada en la capa i, definida por la ecuacin 2
(MPa).
Sv = separacin vertical de los refuerzos (mm)
Las tensiones horizontales en las zonas reforzadas del estribo se debern
determinar por superposicin de la siguiente manera, y como se especifica en el
artculo 4.10.1:
'RQGH
p = factor de carga para el empuje vertical del suelo indicado en la tabla 3.4.1-2
H = magnitud del empuje lateral debido a la sobrecarga (MPa)
v = empuje vertical del suelo sobre el ancho de base efectivo (B 2e) (MPa)
v = empuje vertical del suelo debido a la carga de la zapata (MPa)
kr = coeficiente de empuje del suelo que vara en funcin de ka como se
especifica en el artculo 4.6.2.1
ka = coeficiente de empuje activo del suelo especificado en el artculo 3.11.5.8
La longitud efectiva utilizada para calcular la estabilidad interna debajo de la
zapata del estribo deber ser como se describe en el artculo 4.10.1 y la figura
4.10.1-2.
La mnima distancia desde el eje del apoyo sobre el estribo hasta el borde
exterior del revestimiento deber ser de 1070 mm. La mnima distancia entre la
cara posterior del panel y la zapata deber ser de 150 mm.
Si se anticipa una penetracin significativa de las heladas, la zapata del estribo
se deber colocar sobre un lecho de agregados gruesos compactados de 900
mm de espesor como se describe en el artculo 4.2.2.
La densidad, longitud y seccin transversal de los refuerzos del suelo diseados
para soportar el estribo se debern continuar sobre los muros de ala una
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CAPITULO 5
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GENERALIDADES.
5.2
CARGAS
Se debern aplicar los requisitos del artculo 4.1.2. Para el diseo de los muros
tipo pantalla a los empujes laterales se les deber aplicar el factor de carga
correspondiente al empuje lateral del suelo (EH).
5.3
5.3.1 MOVIMIENTO
Para seleccionar los empujes del suelo de diseo de acuerdo con los efectos de
los movimientos del muro sobre las instalaciones adyacentes.
5.4
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144
5.5
5.5.2 REVESTIMIENTO
La mxima separacin entre elementos de muro verticales discretos se deber
determinar en base a la rigidez relativa de los elementos verticales y el
revestimiento, el tipo y estado del suelo a soportar, y el tipo y estado del suelo en
el cual estn embebidos los elementos de muro verticales. El revestimiento se
puede disear suponiendo apoyo simple entre los elementos, considerando o no
la accin de arco del suelo.
5.6
DISEO SISMORESISTENTE
5.7
5.8
DRENAJE
145
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146
CAPITULO 6
MUROS MODULARES
PREFABRICADOS
GAVIONES, ETC
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GENERALIDADES.
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6.2
CARGAS
Se debern aplicar los requisitos de los artculos 1.7.4 y 1.7.9, excepto que no
ser necesario considerar los efectos de la contraccin y la temperatura.
6.3
6.4
6.4.1 GENERALIDADES
A los fines del clculo de la estabilidad frente al acta como un cuerpo rgido. Se
deber determinar la estabilidad en cada nivel de mdulos.
Para el clculo de la estabilidad se debern ignorar los empujes pasivos, a
menos que la base del muro se extienda por debajo de la mxima profundidad
de socavacin, influencia de los ciclos e congelamiento y deshielo u otras
perturbaciones. Exclusivamente en estos casos, la profundidad embebida debajo
de la mayor de estas profundidades se puede considerar efectiva para proveer
resistencia pasiva.
6.4.2 RESBALAMIENTO
Para los clculos de la estabilidad frente al resbalamiento se puede considerar
que la friccin entre el suelo utilizado como relleno y el suelo de fundacin y la
friccin entre los mdulos inferiores o la zapata y el suelo de fundacin son
efectivos para resistir resbalamiento. El coeficiente de friccin por deslizamiento
entre el suelo utilizado como relleno y el suelo de fundacin en la base del muro
deber ser igual al menor valor entre el f del suelo utilizado como relleno y el f
del suelo de fundacin.
El coeficiente de friccin por deslizamiento entre los mdulos inferiores o la
zapata y el suelo de fundacin en la base del muro se debern reducir, segn
corresponda, para tomar en cuenta cualquier posible rea de contacto lisa.
En ausencia de datos especficos, para f de los suelos granulares se deber
utilizar un ngulo de friccin mximo igual a 30. Para determinar el ngulo de
friccin de los suelos cohesivos se deberan realizar ensayos que consideren
tanto condiciones drenadas como no drenadas.
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6.4.4 VUELCO
Se debern aplicar los requisitos del artculo 1.7.10.3.
Como mximo el 80 por ciento del suelo utilizado como relleno dentro de los
mdulos es efectivo para resistir los momentos de vuelco.
6.5
Los mdulos prefabricados se debern disear para los empujes mayorados del
suelo detrs del muro y para los empujes mayorados que se desarrollan dentro
de los mdulos. Las superficies de las caras posteriores se debern disear
tanto para los empujes mayorados del suelo que se desarrollan dentro de los
mdulos durante la construccin como para la diferencia entre los empujes
mayorados del suelo detrs y dentro de los mdulos una vez finalizada la
construccin.
La resistencia de los mdulos de acero deber satisfacer los requisitos
especificados en la Seccin 6. La seccin neta utilizada para el diseo se deber
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150
Donde:
Pb = presin mayorada dentro del mdulo tipo cajn (MPa)
s = densidad del suelo (kg/m3)
Las armaduras de acero debern ser simtricas en ambas caras, a menos que
las caras se identifiquen positivamente de modo que se asegure la correcta
ubicacin de los mdulos en obra. Las esquinas debern estar adecuadamente
armadas.
6.6
6.7
ESTRIBOS
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151
prefabricado superior. El asiento de la viga del estribo deber ser soportado por
el mdulo superior y hormigonado en forma integral con el mismo.
El espesor de la cara frontal del mdulo superior se deber disear considerando
los esfuerzos de flexin desarrollados por los empujes del suelo suplementarios.
Las cargas del asiento de la viga del estribo se debern transferir al nivel de las
fundaciones y se debern considerar en el diseo de las zapatas.
Se
debern
aplicar
los
requisitos
sobre
asentamientos
diferenciales
6.8
DRENAJE
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CAPITULO 7
OBRAS COMPLEMENTARIAS
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OBRAS COMPLEMENTARIAS
7.1
GENERALIDADES.
De acuerdo con el Glosario de partidas frecuentes son elemento
600.00 OBRAS COMPLEMENTARIAS
7.2
601.00 Mampostera m3
602.00 Muros de concreto ciclpeo m3
603.00 Muros de concreto armado m3
604.00 Gaviones m3
605.00 Defensas ribereas m
606.00 Demoliciones m3
607.00 Instalaciones para fibra ptica m
608.00 Delimitacin y sealizacin del Derecho de Va km
609.00 Reubicacin de instalaciones elctricas, sanitarias y otras.
601.00 Mampostera m3
Construccin de estructuras de diversos tipos, de piedra labrada, ladrillo u otros
materiales, generalmente asentados con mortero de cemento.
602.00 Muros de concreto ciclpeo m3
Construccin de estructuras de sostenimiento o contencin de concreto
estructural con adicin de un porcentaje de piedra grande debidamente
aprobada. Incluye el uso de aditivos, ejecucin de juntas y acabados en general.
503
603.00 Muros de concreto armado m3 Construccin de estructuras de
sostenimiento o contencin de concreto estructural con acero de refuerzo.
Incluye el uso de aditivos, ejecucin de juntas y acabados en general. 503 y 504
604.00 Gaviones m3
Construccin de estructuras de sostenimiento o contencin, mediante enmallado
metlico tipo canasta y relleno con materiales ptreos debidamente aprobados.
Incluye el aprovisionamiento de los materiales de manera integral. 602
605.00 Defensas ribereas m
Construccin de estructuras en taludes, plataformas, puentes y otros elementos
de la carretera, para evitar los efectos de erosin de las aguas, por lo general
utilizando rocas, gaviones y otros materiales debidamente aprobados. 603
606.00 Demoliciones m3
Actividad de demoler y remover total o parcialmente estructuras o edificaciones
existentes, de acuerdo a las necesidades de la obra. Incluye segn corresponda,
uso de explosivos, medidas de seguridad y autorizaciones. 604
607.00 Instalaciones para fibra ptica m
Construccin de ductos y cmaras para la futura instalacin de fibra ptica, de
acuerdo a la normativa vigente sobre la materia. Las instalaciones deben
ubicarse dentro del derecho de va de la carretera. 503 y 505
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CAPITULO 8
MUROS ANCLADOS
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MUROS ANCLADOS
8.1
GENERALIDADES.
Los muros anclados, cuyos elementos pueden ser propietarios, utilizan anclajes
cementados, elementos de muro verticales y un revestimiento.
El uso de muros anclados, ilustrados en la figura 8.1-1, se puede considerar para
proveer apoyo temporario o permanente para masas de suelo y roca estables e
inestables. La factibilidad de utilizar un muro anclado en una ubicacin determinada
se deber determinar analizando si las condiciones del suelo y la roca dentro de la
zona de tesado de los anclajes adherentes son adecuadas. Si se coloca relleno
detrs del muro, ya sea alrededor de la longitud no adherente o por encima de la
misma, se debern proveer diseos y especificaciones constructivas especiales
para evitar daar los anclajes.
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8.2
CARGAS
Se debern aplicar los requisitos del artculo 1.7.4, excepto que no ser necesario
considerar los efectos de la contraccin y temperatura.
8.3
8.3.1 MOVIMIENTO
En el desarrollo del diseo del muro se debern considerar los efectos de los
movimientos del muro sobre las instalaciones adyacentes.
8.4
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Donde:
= factor de resistencia para el arrancamiento de los anclajes (adimensional)
Qn = resistencia nominal contra el arrancamiento de los anclajes (N)
d = dimetro del orificio para el anclaje (mm)
n = tensin nominal de adherencia del anclaje (MPa)
Lb = longitud de adherencia del anclaje (mm)
Para el diseo preliminar la resistencia de los anclajes se puede basar en los
resultados de ensayos de carga de arrancamiento; se puede estimar en base a la
revisin de datos geolgicos, perforaciones, muestras de suelo y roca, ensayos en
laboratorio y experiencias previas; o bien se puede estimar utilizando informacin
publicada sobre la adherencia suelo/roca-mortero. Para el diseo final la
documentacin tcnica deber exigir que se realicen ensayos de verificacin o
ensayos de arrancamiento utilizando anclajes sacrificables en cada unidad de suelo
para establecer longitudes de anclaje y capacidades que sean consistentes con el
mtodo de instalacin elegido por el contratista. La documentacin tcnica tambin
deber establecer que posteriormente se deben realizar ensayos de comprobacin
en cada anclaje producido hasta 1,0 veces la carga de diseo mayorada para
verificar su capacidad.
La carga de los anclajes deber ser anclada mediante una longitud embebida
adecuada fuera de la superficie de falla crtica en la masa de suelo retenido.
Al determinar la longitud no adherente, la inclinacin y el recubrimiento de los
anclajes se deber considerar lo siguiente:
La ubicacin de la superficie de falla crtica ms alejada del muro,
La mnima longitud requerida para asegurar la mnima prdida de pretensado de
los anclajes debido a los movimientos a largo plazo del terreno,
La profundidad hasta estratos adecuados para los anclajes, tal como se indica en
la figura 8.1-1, y
El mtodo de instalacin e inyeccin de mortero en los anclajes.
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La mnima separacin horizontal de los anclajes debera ser igual al mayor valor
entre tres veces el dimetro de la zona adherente o 1500 mm. Si para anclar la
carga requerida se requieren separaciones menores se podra considerar variar las
inclinaciones de los anclajes entre anclajes alternados.
8.5
8.5.1 ANCLAJES
La componente horizontal de la fuerza de diseo del anclaje se deber calcular
utilizando los requisitos del artculo 8.2 y cualquier otra componente de empuje
horizontal. La fuerza de diseo total del anclaje se deber determinar en base a la
inclinacin del anclaje. La separacin horizontal de los anclajes y la capacidad de
los anclajes se deber seleccionar de manera de proveer la fuerza de diseo total
requerida.
8.5.3 REVESTIMIENTO.
Se debern aplicar los requisitos del artculo 5.5.2.
8.6
8.7
Los anclajes pretensados y las cabezas de los anclajes se debern proteger contra
la corrosin de manera consistente con las condiciones del suelo y el agua
subterrnea en el sitio de emplazamiento. El nivel y la importancia de la proteccin
contra la corrosin debern determinarse en funcin de las condiciones del terreno
y de las potenciales consecuencias de la falla de los anclajes.
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JUNIO 2014
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8.8
CONSTRUCCIN E INSTALACIONES
8.8.1 TENSADO Y ENSAYO DE ANCLAJES
8.9
DRENAJE.
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