Análise Estática em Túneis

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