Héctor Salazar Bonilla Ingeniero Civil, M.Sc., Ph.D. Diseño y

Héctor Salazar Bonilla
Ingeniero Civil, M.Sc., Ph.D.
Diseño y Cálculo Estructural de Túneles
GENERALIDADES PARA DISEÑO DE
TUNELES
CLASIFICACION DE TUNELES
1. TUNELES DE TRANSPORTE
• CARRETERA
• FERREOS
• METRO
• PEATONALES
2. HIDRAULICOS
• CENTRALES HIDROELECTRICAS
• SISTEMAS DE RIEGO
• ACUEDUCTO
• ALCANTARILLADO
TUNEL CARRETERO DE LAERDAL
TUNEL CARRETERO SAN GOTTARD
TUNEL FERREO DE LA MANCHA
Era Ambiental: Tren Urbano
TUNEL FERREO AEROPUERTO DE ZURICH
TUNEL DE EMERGENCIA SAN GOTTARD
Centrales
hidroeléctricas
Servicio de Redes:
Mini-Túnel (Tubo
Guiado)
CLASIFICACION DE TUNELES
1. DE SERVICIOS
• CABLES
• TUBERIA DE GAS
• CORREO
• TUBERIA DE CALEFACCION
2. MINEROS
3. ESPECIALES
• GARAGES
• INVESTIGACIONES NUCLEARES
• DEPOSITO DE HIDROCARBUROS
• MILITARES
• DEPOSITO DE RESIDUOS
Túneles de servicios
Túnel sistema de calefacción
central en Estocolmo
TUNEL DE MINERIA
MINA ANDINA - CHILE
TUNEL DE MINERIA
MINA ANDINA - CHILE
DEPOSITO DE COMBUSTIBLES EN
SUECIA
TUNEL CANAL MILITAR
TUNEL GARAGE MILITAR
CLASIFICACION DE TUNELES
CARRETEROS
1. Por longitud
• 500 – 1000, 1000 - 3000, >3000 m
2. Nivel de trafico
• + o - 2.000 vehículos por carril/día
3. Cantidad de carriles
• 1, 2, 3
4. Túneles urbanos e interurbanos
5. Inter y subacuaticos
6. Nivel de servicio
• AA, A, B, C, D
Avenida Central de Boston, USA
Túnel de Somport
(España – Francia)
Proyecto
Bahía de
Tokyo
Nueva Tecnología: Túnel Flotante
NIVELES DE ESTUDIOS Y
DISEÑOS
1. DISEÑO CONCEPTUAL
• El alcance del diseño conceptual es seleccionar
o confirmar el alineamiento del túnel y proveer al
cliente la información para la toma de
decisiones.
• Los aspectos relacionados con el alineamiento
del túnel son resaltados e investigados en
detalle.
NIVELES DE ESTUDIOS Y
DISEÑOS
2. PREFACTIBILIDAD (DISEÑO PRELIMINAR)
• Se refina el alineamiento del túnel, se elabora
el Estudio de Impacto Ambiental. Se focaliza el
estudio en los aspectos legales de los
recursos de agua, forestales, sociales,
ambientales.
• El objetivo es la aprobación de las autoridades
competentes para construir el túnel.
NIVELES DE ESTUDIOS Y
DISEÑOS
3. FACTIBILIDAD O DISEÑO DE LICITACION
• El objetivo de este diseño es detallar los
trabajos con el fin de que sea factible tener el
precio de cada actividad.
• Se elaboran los documentos contractuales,
planos, especificaciones, cantidades de obra y
presupuesto.
NIVELES DE ESTUDIOS Y
DISEÑOS
4. DISEÑO FINAL
• El objetivo es detallar los trabajos descritos en
los documentos de licitación de tal forma que
puedan ser construidos de una manera
económica, estructuralmente segura, bien
dimensionada y funcional.
• Se elaboran planos de construcción y planos
de taller. Se ajustan los presupuestos y
cantidades finales.
ESTUDIOS DE TRANSITO
METODOLOGIA
1. RECOPILACION DE LA INFORMACION
EXISTENTE
2. TOMA DE INFORMACION DE CAMPO
•
•
•
Aforos vehiculares
Observaciones de origen y destino
Encuestas de origen y destino
3. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION DE
CAMPO
4. PROYECCIONES DE TRAFICO Y MODELO DE
ASIGNACION
5. ANALISIS DE CAPACIDAD Y NIVELES DE
SERVICIO
ESTUDIOS DE TRANSITO
METODOLOGIA
• AFOROS VEHICULARES
– Revisión preliminar de los formatos de campo.
– Digitalización de la información.
– Elaboración de cuadros y resúmenes.
• OBSERVACIONES DE ORIGEN Y DESTINO
– Revisión preliminar de los formatos de campo.
– Digitalización de la información.
– Determinación de pares de origen y destino y velocidad media de operación.
• ENCUESTAS DE ORIGEN Y DESTINO
–
–
–
–
Revisión preliminar de los formatos de campo.
Asignación de códigos DANE.
Digitalización de la información.
Elaboración de matrices de origen y destino
ESTUDIOS DE TRANSITO
PROYECCIONES Y MODELO DE ASIGNACION
1. Análisis de regresión de las series históricas de los
volúmenes de tránsito
2. Análisis de regresión múltiple de las series
históricas en función de variables socioeconómicas
• Producto Interno Bruto
• Parque Automotor
• Área de influencia
• Combinado
3. Análisis de todo el corredor
4. Análisis de la zona de influencia
ESTUDIOS DE TRANSITO
PROYECCIONES Y MODELO DE ASIGNACION
1. Proyecciones de tránsito
• Pronóstico de tránsito normal
• Pronóstico de tránsito atraído
• Pronóstico de tránsito generado
• Pronóstico de tránsito consolidado
2. Modelo de asignación
ESTUDIOS DE TRANSITO
PROYECCIONES Y MODELO DE ASIGNACION
SAN ANTONIO DE PRADO
ESTRELLA
Nè
SAN CRISTOBAL
SABANETA
SAN JAVIER
ITAGUI
SIMON BOLIVAR
AMERICA
CALAZANS
BELEN_MED
LAURELES
ENVIGADO
GUAYABAL
ZUÑIGA
PILARICA
CARLOS E
OVIEDO
LOMA BALSOS
EXITO
MANILA
CENTRO_MED
CARIBE
CASTILLA
CASTROPOL
TRANS INFERIOR
LAS LOMAS
PRADO
SALVADOR
TESORO LA 10
BUENOS AIRES
PALMAS_MED
ARANJUEZ
CAMPO VALDES
BOYACA
BRISAS
BELLO
POPULAR ZAMORA
VILLA HERMOSA
SANTA CRUZ
SANTA ELENA_POB
Peaje Envigado
ROBLEDO
ESTADIO
FATIMA
CONQUISTADORES
Peaje Las Palmas
SANTO DOMINGO
RETIRO
MN
Peaje Variante Las Palmas
Peaje Guarne
SANTA ELENA_MED
TUNEL
PALMAS_RIO
Futuro
Túnel de Aburrá Oriente
PIEDRAS BLANCAS
SANTA ELENA_RIO
Peaje Santa Elena
ALTO SIERRA
LLANOGRANDE
SAJONIA
TABLAZO
JUAN DEL CORRAL
AEROPUERTO
SAN ISIDRO
ZONA FRANCA
GUARNE
HIPODROMO
COLPAPEL
SAN ANTONIO
RIONEGRO
BELEN
CUATRO ESQUINAS
LA MOSCA
CARMEN
ESTUDIOS DE TRANSITO
PROYECCIONES Y MODELO DE ASIGNACION
BASE NETW
ORK
LI NKS:
! t ype=99
COL- I ND: @
col or
W
I NDOWT:
- 877/ - 22180
40257/ 8670. 92
EM
M
E/ 2 PROJECT: CONEXI ON VI AL ABURRA ORI ENTE
SCENARI O 999: At r i but os basi cos de l a r ed vi al
00- 01- 17 23: 42
M
ODULE:
2. 13
I NECO. . . . .. UW
M
PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO PROMEDIO DIARIO
SECTOR CALARCÁ - CAJAMARCA
TRÁNSITO PROMEDIO DIARIO [Vehículos por día]
12.000
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
2005
2007
2009
2011
2013
2015
2017
2019
2021
2023
2025
AÑO
PROYECCIÓN PESIMISTA
PROYECCIÓN OPTIMISTA
2027
2029
TUNEL LA LINEA
ESTUDIOS Y DISEÑOS
ESTUDIO DE TRAFICO
OFERTA Y DEMANDA DE TRÁNSITO PARA UN TÚNEL BIDIRECCIONAL
4.000
3.000
2.500
2 . 2 8 1 v ph
2.000
1.500
1.
2 0 3 v ph
1.000
500
-
A ÑO
A ÑO
AÑO
2044
2076
2094
A ÑO
2 17 4
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
2040
2045
2050
2055
2060
2065
2070
2075
2080
2085
2090
2095
2100
2105
2110
2115
2120
2125
2130
2135
2140
2145
2150
2155
2160
2165
2170
2175
2180
2185
2190
2195
2200
VOLUMEN HORARIO EN AMBOS
SENTIDOS
3.500
AÑO
HIP ÓTESIS OP TIMIS TA
HIP ÓTES IS P ES IM ISTA
C AP AC IDAD SEC CIÓN 1
C AP AC IDAD S ECC IÓN 2
TUNEL LA LINEA
ESTUDIOS Y DISEÑOS
ESTUDIO DE TRAFICO
OFERTA Y DEMANDA DE TRÁNSITO PARA LA OPERACIÓN PARA DOS TÚNELES
UNIDIRECCIONALES
3.500
3 . 1 0 0 v ph
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
A
Ñ
500
O
A ÑO
A ÑO
A ÑO
2 2 62
2277
2500
-
2
5
2
2000
2010
2020
2030
2040
2050
2060
2070
2080
2090
2100
2110
2120
2130
2140
2150
2160
2170
2180
2190
2200
2210
2220
2230
2240
2250
2260
2270
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
2390
2400
2410
2420
2430
2440
2450
2460
2470
2480
2490
2500
2510
2520
VOLUMEN HORARIO POR
SENTIDO
2 . 9 4 5 v ph
5
AÑO
HIP ÓTES IS OP TIM IS TA
HIP ÓTES IS P ES IMIS TA
CAP AC IDAD S ECC IONES 3 Y 5
CAP AC IDAD S ECC IONES 4 Y 6
ESTUDIOS DE TRANSITO
PROYECCIONES Y MODELO DE ASIGNACION
1. Características especiales para túneles viales
• Encuestas sobre origen y destino
• Tipo de combustible
• Tipo de vehículo, país y año de fabricación
• Marca del automotor y peso total de los
vehículos.
• Medición de las emisiones de los vehículos
potenciales usuarios del túnel
• Disminución de estas emisiones entre la fecha
de entrada en operación del proyecto y 10 años
mas
ESTUDIOS TOPOGRAFICOS
Para la elaboración de los diseños y construcción
de túneles se requiere de un buen nivel de detalle
y exactitud en la información topográfica.
Los estudios topográficos se realizan en todas
las etapas desde las actividades de prefactibilidad,
factibilidad, diseño definitivo, construcción y operación
del proyecto
ESTUDIOS TOPOGRAFICOS
En las etapas de prefactibilidad y factibilidad
normalmente se elaboran planos sobre información
topográfica a escalas 1:10.000 y 1:5.000 y para los
planos de diseño definitivo en escalas 1:1.000 y 1:500.
Se recomienda que para la etapa de estudios
geológicos preliminares se usen planos topográficos
en escala 1:25.000 a 1:10.000 y para los estudios
geológicos finales la interpretación se realice en
escalas de 1:5.000 a 1:1.000 según la importancia del
proyecto.
ESTUDIOS TOPOGRAFICOS
• LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
IMAGENES SATELITALES
FOTOGRAFIAS AEREAS ESCALA 1:50.000
FOTOGRAFIAS AEREAS ESCALA 1:20.000
AEROFOTOGRAFIA DE BAJA ALTURA
ESCALA 1:5.000
RESTITUCION AEROFOTOGRAMETRICA
ESCALAS 1:5.000 Y 1:1.000
CONTROL CON TOPOGRAFIA DE CAMPO
MODELO DIGITAL DEL TERRENO (DTM)
DEFINICION DE PORTALES
DEFINICION DEL ALINEAMIENTO
DEFINICION DE LA (S) PENDIENTE (S)
DISEÑO DEL TRAZADO
1. PLANTA
• Diseño de las vías de acceso
• Diseño de acceso interno a portales (L=4.17 V)
• Radios mínimos
• Tramos rectos máximos (1 a 4 km)
• Condiciones geológicas y geotécnicas
• Sistema de ventilación
2. PERFIL (PENDIENTE)
• Pendiente mínima (0.2% – 0.4%)
• Pendiente máxima,(2% - 6%)
(longitud, tipo de vehículos, volumen de tráfico)
• Pendiente variable
• Radios verticales mínimos (1500 – 3000 m)
TUNEL DE ORIENTE
PLANTA Y PERFIL
46
TUNEL DE BUENAVISTA
47
TUNEL SAN GOTTARD (16.9 KM)
TUNEL LAERDAL (24.5 KM)
DISEÑO DE LA SECCION
TRANSVERSAL
1. ANCHO DE CALZADA
2. GÁLIBO
3. ANDENES
4. ESPACIO PARA SEÑALIZACIÓN
5. ESPACIO PARA ILUMINACIÓN
6. ESPACIO PARA VENTILACIÓN
7. SECCIÓN EN NICHOS DE PARQUEO
8. CAVERNAS
9. GALERÍAS
10.TÚNEL DE EMERGENCIA
DISEÑO DE LA SECCION
TRANSVERSAL
1. ANCHO DE CALZADA
• Túneles interurbanos
• Unidireccionales: 6.50 m, 7.00 m, 7.50 m
• Bidireccionales: 7.00 m, 7.50 m, 8.00 m
• Túneles urbanos
• Unidireccionales: 7.50 m, 8.00 m, 8.50 m
2. GÁLIBO
• 5.00 m (España), 5.0 m (Rusia)
• 4.70 m (Austria, Suiza)
• 4.60 m (Francia, Colombia)
3. ANDENES
• 1.50 para peatones usuales
• 0.70 de emergencia, 1.0 m a 1.0 m de altura
Túnel de Oriente
Sección típica
Túnel de San Jerónimo
Sección típica
Túnel de Oriente
Detalle de Andenes
Túnel de San Jerónimo
Detalle de Andenes
TUNEL DE BUENAVISTA
60
TUNEL DE BOQUERON
CL TÚNEL
LÍNEA TEÓRICA
DE EXCAVACIÓN
MEMBRANA
IMPERMEABILIZANTE
Y GEOTEXTIL
+7.530
CONCRETO
NEUMÁTICO
e=0.15
CONCRETO DE
REVESTIMIENTO
e=0.40
R=5.
38
+5.032
ARCO METÁLICO
TIPO TH-21
4.00
MALLA
ELECTROSOLDADA
4.00
+2.150
29°45'16"
R=
5.3
8
2%
TUBERIA PRINCIPAL DE
DRENAJE EN FIBROCEMENTO
3% Bombeo
+0.000
-1.220
0.25
PERNOS Ø 1" EN ROCA
L=4.00, SL=2.00
61
TUNEL DE BOQUERON
62
TUNEL DE LA POLVORA
63
TUNEL DE LA POLVORA
64
TUNEL DE LA POLVORA
65
DISEÑO DE LA SECCION
TRANSVERSAL
1. SECCION EN BAHIAS DE PARQUEO
• Cada 800 – 1000 m
• 25 a 40 m de longitud
• 3.0 m de ancho
• Enfrentados o alternados?
2. Nichos de seguridad (cada 200 – 250 m)
3. Nichos contra incendio (cada 100 – 150 m)
4. Nichos eléctricos
5. Salidas de emergencia máximo cada 500 m
6. CAVERNAS
• Ventilación
• Retorno
Túnel de Oriente
Bahía de parqueo
TUNEL DE BOQUERON
BAHIA DE PARQUEO
DISEÑO DE LA SECCION
TRANSVERSAL
1. CAVERNAS
• Ventilación
• Retorno
2. GALERIAS PEATONALES (cada 250 – 500 m)
• Sección mínima de 1.40 X 2.60 m
3. GALERIAS VEHICULARES
• Sección mínima según vehículos
4. GALERIA O TUNEL DE EMERGENCIA
• Sección mínima para usuarios y/o
vehículos de rescate
Túnel de emergencia (San Gottard)
DISEÑO DE LA SECCION
TRANSVERSAL
1. VIAS DE ACCESO
2. VISIBILIDAD
3. ILUMINACION DE FONDO, ATENUACION
DE LUMINANCIA NATURAL
TUNEL DE ORIENTE
ACCESO A PORTALES
92
Túnel de San Jerónimo
Excavación Portal Oriental
Túnel de San Jerónimo
Portal Oriental
Túnel de San Jerónimo
Plazoleta portal occidental
Túnel de San Jerónimo
Portal Occidental
TUNEL DE BUENAVISTA
MISAEL PASTRANA BORRERO
Túneles Bogotá - Villavicencio
Túnel de Boquerón
Túneles El Salvador
Túneles El Salvador
Portal Airolo - Túnel San Gottard
Túnel de Laerdal
Diseño de los túneles para la
seguridad de sus usuarios