metodos de excavacion de tuneles perforacion y voladura.pdf

8/20/2019 Metodos de Excavacion de Tuneles Perforacion y Voladura.pdf

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Ing. VICTOR TOLENTINO YPARRAGUIRRE Msc.

METODOS DE EXCAVACION DETUNELESPERFORACION Y VOLADURA

CURSO METODOS DEEXCAVACION DE TUNELES


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¡El arte deexcavar túneles

radica en ser capaz decolocar el sostenimiento

adecuado a la distancia delfrente adecuada¡


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EXCAVACIONES SUBTERRANEAS

EL OBJETIVO DELA OBRA

SUBTERRANEA

EL SISTEMACONSTRUCTIVO

TRAZADO

LA ESTRUCTURARESISTENTE:

EL CALCULO

SECCION TIPICA

LA GEOMETRIADEL PROYECTO

LA GEOLOGIA YGEOTECNIA DEL

MACIZO ROCOSO

LASINSTALACIONES

PARA LA

EXCAVACION

TEMAS BASICOS


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ESCAVACIONES SUBTERRANEAS

RIESGOS AASUMIR

FINANCIACIONDEL PROYECTO

•CONCEPTOS EQUIVOCADOS EN ELPLANEAMIENTO DE LA OBRA.•INADECUADA ESPECIFICACIONES TECNICAS.•ERRADA ELECCION DE EQUIPOS.•SOBREDIMENSIONAMIENTO DE LOS

ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO.•MALA DISPOSICION DE CARGAS EXPLOSIVASEN LAS VOLADURAS.•ACCIDENTES GEOLOGICOS INESPERADOS.FACTORES QUE

INCREMENTAN ELPRESUPUESTO

VARIABLES DERIESGO

CRONOGRAMACALIDAD

COSTOS


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OBJETIVOS DE LAS EXCAVACIONES SUBTERRANEAS

OBJETIVOSFUNCIONALES

FORMAR PARTE DEL TRAZADODE UNA VIA DE COMUNICACIÓN(CARRETERA, FERROCARRIL)

IMPACTO MEDIOAMBIENTAL DELDISEÑO.

Preservar el valor Medioambiental delpaisaje.Limitación de ruidos en la zona.

Reducción de volúmenes de tierra aremover.

Reducción de terrenos a adquirir.

OBJETIVOSCOMPLEMENTARIOS

TUNEL DE CONDUCCIONHIDRAULICA, ACUEDUCTOS,

GASODUCTOS, OLEODUCTOS,ETC.

EXPLOTACION MINERA O DECARACTER INDUSTRIAL (C.H.,GEOTERMICAS, NUCLEARES.

INSTALACIONES MILITARES

(ANGARES, MUELLES, ETC.)

PREVENCION DE DAÑOS FISICOSEn la Explotación: Prevención de

incendios, salidas de emergencia, etc.En la Construcción: Seguridad e

higiene laboral


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LA GEOMETRIA DEL PROYECTO: TRAZADO – ENPLANTA

• LA GEOTECNIA LOCAL DELMACIZO A ATRAVEZAR

Hay que disponer de unainformación de tipo generalsobre las condicionesgeotécnicas del macizo aatravesar, aunque luego sevuelva sobre el tema.Permitirá establecer

alternativas de trazado, másadecuadas desde el punto devista geotécnico.


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LA GEOMETRIA DEL PROYECTO: TRAZADO – EN PLANTA


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LA GEOMETRIA DEL PROYECTO: TRAZADO

• LA AFECCION A OBRASSUBTERRANEAS EXISTENTES

Se puede decir, sinexageración alguna, que lainformación sobre losservicios existentes en elsubsuelo de la zona de futuraobra subterránea es tan

importante, por no decirmás, que la relativa a lageotecnia del macizo.


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LA GEOMETRIA DEL PROYECTO: TRAZADO

• LA AFECCION A OBRASEXTERIORES EXISTENTES

El fenómeno de lasubsidencia del terreno

superficial, debida a laejecución de un túnel bajoel mismo, existe siempre,aunque, naturalmente,depende muy

esencialmente de lascaracterísticas geotécnicasdel macizo rocoso.


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LA GEOMETRIA DEL PROYECTO: TRAZADO -PENDIENTE

CARRETERAS ORDINARIAS(LIMITE MAXIMO 5% )

CONTRAPENDIENTES YDESAGUES

REALIZAR EXCAVACONES AFAVOR DE LA PENDIENTEPARA EVACUAR EL AGUA

AUTOPISTAS(2% TUNELES ASCENDENTES

4% TRAMOS CORTOS)

FERROCARRILES2.5% TRAMOS LARGOS

5% TRAMOS MUY CORTOS

EN PROYECTOS DE ALTAVELOCIDAD DEBE SER

MAX. 1%


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GEOMETRIA DEL PROYECTO: SECCION TIPOHIDRAULICOS Y VIALES

HERRADURA

CIRCULARES

DOS NIVELES


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GEOMETRIA DEL PROYECTO: SECCION TIPO


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TIPO DOBLE CIRCULO – VIALIDAD E HIDRAULICO


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TIPO HERRADURA – HIDRAULICO


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TIPO CIRCULAR – VIALIDAD E HIDRAULICO


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TIPO DOBLE CIRCULO TIPO BOCA – VIALIDAD


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TIPO HERRADURA CONCAVA – HIDRAULICO


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TIPO TRAPEZOIDAL - MINERIA


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CONSIDERACIONES GEOLOGICAS PARA ELEGIR EL


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CONSIDERACIONES GEOLOGICAS PARA ELEGIR ELSISTEMA CONSTRUCTIVO


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DEFINICION DE ESFUERZO

PLANTEAMIENTO GENERAL DEL DISEÑO DE


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PLANTEAMIENTO GENERAL DEL DISEÑO DEEXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS

La estabilidad de un hueco está relacionado con el comportamiento del medioen que se practica, pues si una excavación está excavada en:

un medio elástico sólo aparecerán grandes deformaciones elásticaspara niveles de tensión muy grandes;

un medio elastoplástico (perfecto o con reblandecimiento) puedenaparecer deformaciones muy grandes (y permanentes) a niveles de

tensión relativamente moderados.

un medio fisurado puede haber deslizamiento y separación debloques.

ANALISIS TENSIONAL : NORMA OPCIONAL PARA EL


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Para el diseño de galería y túneles en macizos rocosos asimilables a medioscontinuos y elásticos, pueden utilizarse las teorías deducidas del la mecánica

elástica, que se presentan a continuación:

•La distribución de tensiones en el borde del hueco es independiente deltamaño del agujero pero no de su forma, y lo mismo sucede con lastensiones críticas.

•La distribución de tensiones tangenciales y radiales (y críticas) esindependiente de las constantes elásticas de la roca.

•Las concentraciones de tensiones críticas aumentan al disminuir el radiode curvatura del borde del agujero, por lo que no es aconsejable realizarcavidades con esquinas agudas.

•La concentración de tensiones tangenciales en el eje horizontal de unacavidad de cualquier forma tiene su máximo en el borde y disminuyerápidamente con la distancia a éste. Cuanto mayor sea el máximo más

rápidamente decrecerá con la distancia al borde.

ANALISIS TENSIONAL : NORMA OPCIONAL PARA ELDISEÑO DE LA EXCAVACION SUBTERRANEA

ANALISIS TENSIONAL : NORMA OPCIONAL PARA EL


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• La distribución de tensiones en una excavación subterránea no es

influenciada apreciablemente por la presencia de otra excavación siéste se halla separado del primero por una distancia del orden decuatro o más radios, por lo que cuando se satisface esta condiciónel hueco puede considerarse aislado.

•El hecho de que la distribución de tensiones sea independiente del

tamaño de la excavación subterránea no debe interpretarseerróneamente suponiendo que la inestabilidad es independiente deltamaño de la excavación, lo que está en fuerte contradicción con laexperiencia. Este aumento de la inestabilidad con el tamaño vaasociada al hecho de que al incrementar sus dimensionesexiste un mayor número de probabilidades de cortardiscontinuidades en la roca, lo que disminuye la resistencia delterreno, dando lugar al denominado efecto de escala.

ANALISIS TENSIONAL : NORMA OPCIONAL PARA ELDISEÑO DE LA EXCAVACION SUBTERRANEA


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COMPUTO DE ESFUERZOS POR ELEMENTOS FINITOS

PROCESO MECANICO DE FALLAMIENTO DE LA ROCA


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PROCESO MECANICO DE FALLAMIENTO DE LA ROCAALREDEDOR DE UNA EXCAVACION

• Según la teoría de Rabcewicz, el proceso de reacomodo de esfuerzos alrededorde una excavación subterránea es mecánico, progresivo y generalmente ocurre

en cuatro fases.• Este fenómeno tiene ocurrencias en el último tramo excavado (L), y se inicia

tempranamente, cuando la zona no alcanza a disturbarse por el avance de laexcavación.



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FASE 0 : Inicio de las deformaciones.

En las paredes, techo y piso del túnel, previo a la rotura del perfil deexcavación.

FASE I : Inicio del Movimiento.

Formación de cuerpos en forma de cuña, que tienden a introducirse en el túnelpor las partes laterales, originando esfuerzos de corte en toda la superficie deMohr. La dirección del movimiento inicial es normal a la dirección de la presiónprincipal.

FASE II : Inicio de la Convergencia.

Al crecimiento de la longitud (L), y proseguir el incremento de losmovimientos, se produce roturas en el piso y techo del túnel.

FASE III : Formación de las Presiones de Estrangulamiento.

Al continuar la intensidad de los movimientos, bajo permanente presión lateralsobre la zona de protección, se produce el empuje o derrumbe dentro deltúnel.



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FASE 0 FASE I FASE II FASE III

ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION A LA MORFOLOGIA


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ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION A LA MORFOLOGIADEL TERRENO

EN TODO MACIZO ROCOSO INALTERADO, EXISTE UN CAMPO DE ESFUERZOSORIGINADOS POR EL PESO DELA ROCA SUPRAYACENTE; ESTE CAMPO SUFRE

MODIFICACIONES AL PRODUCIRSE LA EXCAVACION SUBTERRANEA. EN EL CURSO DE LAS DIFERENTES ETAPAS DE LA EXCAVACION, ESTOS ESFUERZOS

MODIFICADOS QUE PODEMOS LLAMAR “EMPUJES DE ROCA” SON MUY VARIABLESCON EL TIEMPO Y POSICION, POR TANTO, ES CASI IMPOSIBLE LA MEDICION DE SUSDIMENSIONES E INTENSIDADES.

EN LA ZONA DEL MACIZO ROCOSO QUE CIRCUNDA AL LIMITE DE LA EXCAVACION,SE PUEDE CREAR CONTRACCIONES QUE SOBREPASAN A LAS TENSIONES ADMITIDASPOR LA ROCA, ENTONCES LA EXCAVACION ES INESTABLE, POR LO QUE ESTA ROCACIRCUNDANTE NECESITA SER SOPORTADA CON EL FIN DE CONSEGUIR EQUILIBRIO YESTABILIZACION.

SOLAMENTE SE PUEDE ESTIMAR EL ESTADO DE LOS ESFUERZOS PREEXISTENTES Y

SE EFECTUAN DENTRO DEL TERMINO “ELASTICO”, UTILIZADO PARA DESCRIBIRMATERIALES EN LOS QUE EL TRABAJO QUE SE APLICA SOBRE SU CUERPO ESTOTALMENTE RECUPERABLE, UNA VEZ QUE LAS FUERZAS QUE ORIGINARON LASDEFORMACIONES HAN TERMINADO.

ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION A LA


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MORFOLOGIA DEL TERRENO • LOS ESFUERZOS QUE EXISTEN EN UN MACIZO ROCOSO

INALTERADO ESTAN EN RELACION CON EL PESO DE LOSESTRATOS SOBREYACENTE Y CON LA HISTORIA GEOLOGICADEL MACIZO.

• IMAGINEMOS UN PEQUEÑO ELEMENTO DE VOLUMEN

INTEGRANTE DE UNA MASA ROCOSA, DONDE LOSESFUERZOS ACTÚAN EN TERMINOS DE FUERZASGENERADAS POR EL PESO DE LA ROCA SUPERYACENTE.

• CONSIDERAREMOS CUATRO CONDICIONES DE ESFUERZOS

PARA SUS CORRESPONDIENTE SITUACIONES, EN RELACIONCON LA MORFOLOGÍA DE SUPERFICIE



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ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION A LAMORFOLOGIA DEL TERRENO

v = h1 X

v > h2 X

max = h3 X v max

v = h4 X v = 0.9 X X h4

v = ESFUERZO

VERTICAL

DONDE:

= PESO DE LAROCA

h4 = ALTURA DEPROFUNDIDA


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ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LA


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ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LAESTRUCTURA GEOLOGICA

• Las rocas masivas presentanpocas discontinuidades,generalmente son rocas debuena calidad, pueden estarasociados a cuerpos

mineralizados en especialcuando han sufridosilicificación hidrotermal.Estas rocas ofrecen

aberturas rocosas establessin necesidad desostenimiento, solo un buendesatado.

EN ROCA MASIVA



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• La roca fracturada presenta

familias de discontinuidadesconformadas principalmentepor diaclasas que constituyenplanos de debilidad. El factorclave que determina la

estabilidad de la excavación esla intersección de estasdiscontinuidades que formanpiezas y bloques.

• Las cuñas bipolares están

formadas por la intersección dedos diaclasas cuyo rumbo esparalelo o subparalelo al eje dela excavación.

CUÑAS BIPLANARES



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• Es otro modo de falla queconsidera la intersección detres diaclasas o sistemas dediaclasas en general tresdiscontinuidades paraformar una cuña tetrahedral

que podría caer o deslizarsepor su propio peso, ya seadesde el techo o desde lasparedes de la excavación.Pueden persistir en la

bóveda o hastíales. Podríanecesitar sostenimientosistemático.

CUÑAS TETRAHEDRALES



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• Estos se forman cuando

hay sistemas principalesde discontinuidadesaprox. Paralelos al techoo hastíales de laexcavación y además

deben existir otros dossistemas que liberen elbloque. Estos tipos deestructuras se aprecianen la explotación deminas subterráneasdonde se extrae elmineral en forma devetas.

BLOQUES TABULARES



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• La roca de los contornos dela excavación está formadacomo un edificio de bloquesque se auto sostienen. Losbloques liberados por las

intersecciones de lasdiaclasas presentan formascomplejas. La falla puedeocurrir por caída odeslizamiento de los bloquesdebido al efecto de lagravedad.

BLOQUES IRREGULARES



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• Las rocas intensamente

fracturadas presentan muchossistemas de diaclasas yfracturas, las cuales generanpequeñas piezas o fragmentosrocosos, constituyendo masas

rocosas de mala calidad. Lasfallas ocurren pordeslizamiento y caída de estaspequeñas piezas y fragmentosrocosos o por

desmoronamiento de losmismos.

• La falla del macizo puede iragrandando la excavación yllevarla al colapso.

ROCA INTENSAMENTE FRACTURADA



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• Las fallas y las zonas de corteestán relacionadas a rocasdébiles que pueden estarmuy fracturados y la fallamisma puede contener

arcilla o panizo. Las zonas deinfluencia de las fallaspueden ser de varios metrosde ancho pudiendoinfluenciar en la estabilidadde la excavacion.

FALLA AISLADA



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• Las fallas de corte puedenpresentarse comoestructuras aisladas o comoestructuras múltiples, eneste ultimo caso, la situación

de la estabilidad de unaexcavación es fuertementecomplicada, por la influenciaadversa de las fallas.

• Depende mucho de lascantidades de fallas enfunción al área de laexcavación a realizar.

FALLAS MULTIPLES



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ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LAESTRATIFICACION DEL M.R.

• El macizo esta conestratificación inclinada,formando un ángulo () conla horizontal, se originan dostipos de esfuerzos, el

primero en dirección de losestratos (

st ), debido a laspresiones de cabecera, y unsegundo (

a),en las zonas deaflojamiento en la periferia

de la excavación, debido alas presiones deesponjamiento.

max = X hmax st

st X sen = X hst X sen

Se tiene:

Luego:

ESFUERZO INDUCIDO POR PLEGAMIENTO


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ESFUERZO INDUCIDO POR PLEGAMIENTO

ESFUERZOS INDUCIDOS POR PLEGAMIENTO


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ESFUERZOS INDUCIDOS POR PLEGAMIENTO



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ESTADO DE ESFUERZO EN RELACION CON LAESTRATIFICACION DEL M.R.

• La principales características

de los planos deestratificación son sugeometría planar y su altapersistencia, las cuales hacenque estos planos constituyan

debilidades de la masarocosa, es decir planos debaja resistencia. Losproblemas que se generantienen relación con laseparación de los bloques

tabulares del techoinmediato y su cargado ydeflexión hacia el vacíominado por efecto de lagravedad.

ROCAS ESTRATIFICADASHORIZONTALES



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• Cuando los estratos tienen

buzamientos casi verticales,estos serian la caja piso ytecho de la excavación. Losestratos constituyen falsascajas, formando bloques

tabulares que puedensepararse o despegarse de lacajas techo por efecto de lagravedad.

• Las discontinuidades que se

presentan en estos tipos deestratificación puedenintersectarse formando variascombinaciones deinestabilidad.

ROCAS ESTRATIFICADASCASI VERTICALES

PRESENCIA DE AGUA EN LAS EXCAVACIONES


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S C GU S C C O S• La presencia de agua en la roca alterada y débil puede acelerar el

aflojamiento y actuar como lubricante para producir deslizamientos debloques.

• También dañan los sistemas de sostenimiento, produciendo corrosión alos elementos de fierro, acero y deterioro de concreto.• En rocas estratificadas y/o fracturadas la presencia de agua puede

ejercer presión, lavar el relleno de las fracturas y actuar comolubricante.

• Es importante la observación de cambios de humedad en el techo yparedes de la excavación, ya que ayuda al reconocimiento de posiblesfallas en el macizo rocoso, como resultado de las variaciones de losesfuerzos.

• Si el agua empieza a filtrarse a través de la roca dentro de un área quees normalmente seca, es un signo de que la roca esta pasando por

cambios de esfuerzo, estos cambios harán que las fracturas se abran ose extiendan, empezando a manifestarse la humedad. Similarmente, siun área normalmente con presencia de agua empieza a secarse tambiéndeberá tomarse como una indicación de que la roca esta ganandoesfuerzos o se esta equilibrando a la excavación.


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METODOS DE EXCAVACIONES SUBTERRANEAS

EXCAVACION CONPERFORACION Y

VOLADURA

UTILIZACION DEEXPLOSIVOS

TUNELADORAS(TBM), ROZADORAS,

MARTILLOS DEIMPACTO

EXCAVACIONMECANICA

ENERGIA: EN PUNTA DEMAQUINA, SUPERANDO

RESISTENCIA DE ROCA

MATERIAL A EXCAVAR

(ROCA O SUELO)

ENERGIA: PRESIONDE GASES YENERGIA DE

VIBRCION

EXCAVACIONES MECÂNICAS CON ESCUDO


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Se usageneralmente, enterrenos blandos, nocohesivos,compuestos dearena suelta, grava

o limo y todo tipo dearcilla.

Es un cilindroformado porplanchas de acerosoldadas entre sí.


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EXCAVACIONESMECÁNICAS CONMÁQUINA


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EXCAVACIÓNMECÁNICA CONMÁQUINASINTEGRALES NOPRESURIZADAS

EXCAVACIÓNMECÁNICA CONMÁQUINASINTEGRALESPRESURIZADAS

METODOS DE EXCAVACION MEDIANTE


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Perforación

Topografía

Sostenimiento

Saneo

Carga de Explosivos

Voladura

Ventilación

Carga

PERFORACION Y VOLADURA

CICLO DE EXCAVACION


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CICLO DE EXCAVACION

TRAZADO DELDIAGRAMA DEDISPAROS

PERFORACION

AVANCE DELEQUIPO DELIMPIEZA AL

FRENTE YELIMINACION DE

ESCOMBROS

CARGA DEEXPLOSIVOS

INSTALACION DEL

EQUIPO DEPERFORACION

DISPARO YVENTILACION

PERFILADO DE LASECCION YSOSTENIMIENTO

OPCIONAL

COLOCACION DELINEAS

GRADIENTES YALINEAMIENTO

TRAZADO DELDIAGRAMA DE UNNUEVO DISPARO

SISTEMA DE AVANCE CON PERFORACION Y VOLADURA


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SISTEMA DE AVANCE CON PERFORACION Y VOLADURA

Es el sistema clásico, que comprende La Perforación – Voladura y

Limpieza de escombros, obteniéndose con un trabajo cíclico elavance del frente o frontón de ataque.

La velocidad de avance estará relacionado con las caracteristicas deoposición que ofrezca el Macizo Rocoso, la implementación yacondicionamiento de los equipos que se emplean, la destreza y

experiencia de la cuadrilla de trabajadores, y, por último, lascondiciones de seguridad o instalaciones que se faciliten para el logrodel avance esperado.

El nivel tecnlógico actual ha permitido conseguir avaces

espectaculares, como producto de ajustes o condicionamiento de losequipos e instalaciones, pero más bién la calidad del productoterminado DEPENDE FUNDAMENTALMENTE DE LA EXPERIENCIA DELA CUADRILLA.

PERFORACION


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VOLADURA

LIMPIEZA

SECCION TUNEL Y DURACION CICLO DE


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EXCAVACIONTamaño Nominal(anchura por altura)

3.2 x 3.2 5.0 x 5.0 6.75 x 8.75

Sinrefuerzo Conrefuerzo Sinrefuerzo Conrefuerzo Sinrefuerzo Conrefuerzo

Número deperforaciones 41 41 52 52 81 77

Profundidad (m) 3.0 1.8 3.4 3.0 3.6 3.0

Avance por disparo (m) 2.8 1.7 3.2 2.8 3.4 2.8

Perforación (minutos) 90 60 120 90 150 120

Cargío y disparo(minutos) 60 60 60 60 60 60

Ventilación (minutos) 30 30 30 30 30 30

Limpieza (minutos) 90 75 120 90 140 110

Reforzamiento(Minutos) 90 120 150

Otros Trabajos (min) 30 30 30 30 30 30

Duración del ciclo(minutos) 300 340 360 420 410 500

CICLO DE TRABAJO EN LA EXCAVACION


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CICLO DE TRABAJO EN LA EXCAVACION

PERFORACION(0.00-0.16T)

SOSTENIMIENTO(0.52T)SHOT-MALLA-PERNOS

SOSTENIMIENTO (0.57T)

SHOT+MALLA+PERNOS+CERCHA

PERFORACION(0.00-0. 16T)

VENT.- LIMPIEZA(0.23-0.30T)

CARGA-

VOLADURA(0.09-0.09T)

16% 9 % 23%

52%

57%

16%

DURACION CICLO DE EXCAVACION METODO NATM


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(SECCION 10x13m)Tamaño Nominal(anchura por altura)

ROCA TIPO III ROCA TIPO II ROCA TIPO I

MINIMO MAXIMO MINIMO MAXIMO MINIMO MAXIMO

Número deperforaciones 100 100 140

Profundidad (m) 0.8 1.5 1.5 2.4 2.4 3.0

Avance por disparo (m) 0.6 1.3 1.3 2.2 2.2 2.8

Perforación (minutos) 150 210 150 200 150 180Cargío y disparo(minutos) 90 100 90 100 90 100

Ventilación (minutos) 30 40 30 40 30 40

Limpieza (minutos) 150 200 200 240 240 300

Reforzamiento(Minutos) 600 690 420 540 400 450

Otros Trabajos (min) 30 30 30 30 30 30

Duración del ciclo(minutos)

1050

17h30’

1270

21h10’

920

15h20’

1150

19h10’

940

15h40’

1100

18h20’


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MÉTODOS CONSTRUCTIVOS

http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/SAN%20EDUARDO%2020%20062.avi


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MÉTODOS CONSTRUCTIVOS

• Excavación con

explosivos: Perforación Carga de explosivo

Disparo de la carga

Evacuación de humos yventilación

Saneo de los hastiales ybóveda

Carga y transporte deescombroReplanteo de la nuevatronadura.

METODOS DE EXCAVACION MEDIANTE PERFORACION


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Y VOLADURA

ESQUEMA DE DISPARO O MALLA DE PERFORACION FRENTE COMPLETO

TAMAÑO DE

EL CORTE

B

4

B

2

B

3

B

2 2

3

3

3

3

5

9

7

5

4

4

4



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Perforación y voladura forman unconjunto.

El hueco perforado correctamente no sirvede nada, si en la fase de voladura este se

carga con explosivos de potencia ycantidad equivocadas.

Lo mismo ocurre cuando la carga del

explosivo es adecuada pero el taladro ensu profundidad, paralelismo y densidad noes el correcto.

FACTORES PARA EFECTUAR LA VOLADURA


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FACTORES PARA EFECTUAR LA VOLADURA

GEOMECANICA

VOLADURA

FACTOR DEENERGIA

METODOS DETRABAJO

PLANEAMIENTO

NOSI SI

NO

SI SI

CALIDAD DE LA PERFORACION


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INFLUYE EN UN 75 % EN LAVOLADURA

HECHO UN DISEÑO DEPERFORACION, SE COMETE

ALGUNOS ERRORES COMO:

Error de Replanteo.

Error de Inclinación y Dirección.

Error de Desviación.

Error de Profundidad.Taladros Estrechos, Perdidos uOmitidos.

54

3

2

1



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RESULTADOS DE UNA MALA CALIDAD DEPERFORACION

MALA FRAGMENTACIÓN.

INADECUADO RENDIMIENTO DEL EXPLOSIVO.

SOBRE EXCAVACIONES.

VOLADURA FALLADA.

FORMACION DE CALLOS O PECHOS


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1.3 m

1.3 m

Envolvente de Daño (10-15 cm)

Sobreexcavacion

Arranque

0,99

0,71

0,69

1,14

0,79

PRE - DISPARO 1 ROCA1


73/112

0,79

0,79

,

0,88

0,84

0,77

0,74

0,81

0,59 0,57

0,72

0,81

0,77

0,57

0,15

0,20

0,50

CALLO

Sobrexcavacion

POS - DISPARO 1 ROCA 1

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Collar Perforación Fondo Perforación Desviación

CALIDAD DE LAPERFORACION

PRE - DISPARO 2 ROCA1

0,52

0,7

1

0,88

0 76

0,79

10

10

10

10

10

10 7

7 10


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POS - DISPARO 2 ROCA 1

CALIDAD DE LAPERFORACION

1

1

2

3

3

3 3

4 4

4

4

2

0,74

0,64 0,76

0,54

0,61 4

10

10

10

10

10

7

7

7

7

7

10

7

6

6

5

11 11

11

11 11 12 12

8

8

8

8 5 5

0,49

0,58

0,81

0,86 0,82

0,93

0,47

0,63

0,93

0,22

0,12

0,10

0,13

0,18

0,65

Callos

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Collar Perforación Fondo Perforación Desviación

FACTORES QUE INFLUYEN EL


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FACTORES QUE INFLUYEN ELRENDIMIENTO DE VOLADURAS

CONTROL DE CALIDAD.

COMUNICACIÓN.

RENDIMIENTO OPTIMO DE LOSEXPLOSIVOS.

INDICES DE VOLADURA.

CALIDAD DE LAS ROCAS. SEGURIDAD.

EVALUACIÓN DE RESULTADOS.


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DISEÑO GENERALDE UN CORTE


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DE UN CORTEQUEMADO

Criterios de acción:

Arranque: Soplar yformar la

cavidadinicial.

Núcleo: Triturar yextraer elmáximo

material.Contorno: Despegar y

formar ellímite de lavoladura.

MÉTODO DE TÚNEL Y BANCO


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El método de túnel y banco es una combinación de voladurasubterránea de túnel y una voladura de banco a cielo abiertopara excavaciones de grandes dimensiones.



La sección del túnelse excava por

delante del bancopara mantener unpiso de trabajo.Cualquiera de loscortes y trazo de

voladuras de túnel sepueden utilizar paraexcavar la secciónsuperior.

ATAQUE A TODA LA CARA (FRENTE)


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Cuando son pequeños túneles se perfora todo el frente o cara,se cargan los agujeros, y se hacen detonar los explosivos.

Con el desarrollo de los taladros de carretilla y de plataforma,aumenta la perforación de grandes túneles con este método.

METODO DE TERRAZAS


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Implica la perforación de la porción superior deltúnel antes de perforar la parte inferior

METODO DE DERIVADORES


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Puede ser ventajoso perforar un túnel pequeño, llamadoderivador, a través de toda o una porción de la longitud del

túnel, antes de excavar todo con el taladro.

NUEVO MÉTODO AUSTRIACO DE DISEÑO YÓ Ú


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CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES (NATM)

Se basa en la integración del terreno que rodea a la excavación

en el anillo estructural autoportante formado entorno a la cavidad,de forma que el terreno forma parte integrante en él.Dicho método pretende relajar el estado tensional del macizorocoso entorno al túnel, permitiendo su deformación hasta un

punto de equilibrio en que el sostenimiento controla dichadeformación, anclando éste al propio terreno.Esto se consigue mediante técnicas de auscultación y medida deconvergencias, para controlar las deformaciones en todomomento y evitar que estas sean excesivas, por lo que se puederealizar el túnel con un costo mínimo y una máxima seguridad.

Se debe dejar al macizo rocoso deformarse de manera queforme su propio soporte estructural reduciendo así, los costesde excavación y sostenimiento.

¿CÓMO SE ORIGINÓ EL MÉTODO NATM?En 1964 L Rabcewicz por primera vez empleó el termino NATM refiriéndose a


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En 1964 L. Rabcewicz por primera vez empleó el termino NATM, refiriéndose aconceptos básicos de la práctica de construcción de túneles, con ideas obtenidas de sutrabajo como ingeniero militar en el Ejercito Alemán, construyendo bunkers en el frenteruso (Patente austriaca 165.573).

Declaración Oficial del Término NATMEn 1980 el Comité Nacional Austríaco de Túneles proclamó oficialmenteuna “Definición del NATM”.

NATM según RABCEVICZ: Aplicación inmediata de un “sostenimiento primario” (revestimiento delgado – semirígido de HP y pernos) después de la excavación, para que el macizo sufra pocadescompresión.El “sostenimiento primario o inmediato” se diseña para alcanzar el equilibrio

permanente, alcanzándose un estado secundario de tensiones en el macizo que es“estable”. El “sostenimiento primario” se compone básicamente de una combinación óptima y

ajustada a las condiciones imperantes de los siguientes elementos de fortificación:“pernos”, “hormigón proyectado”, “malla metálica”, “marcos metálicos”, “elementos de fortificación anticipados en el frente”, etc. Para garantizar la seguridad de la cavidad y el buen funcionamiento de loselementos de fortificación se requiere de un monitoreo sistemático.Se impone, como primer paso en este sentido, el monitoreo de deformaciones oconvergencias de la cavidad.

¿CONTROVERSIAS DEL MÉTODO NATM?


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Para muchos (contratistas) cualquier túnel en el que se utilizan

hormigón proyectado y bulones, dimensionados a la baja• Para otros (eruditos) un sistema de ecuaciones que relacionalas tensiones y deformaciones de sostenimiento y terreno,ecuaciones “fáciles”, que pueden resumirse en dos curvas

“características”. • Para otros (austriacos y asimilados) un método específico quesolo pueden usar con éxito ciertos conocedores con muchaexperiencia (ellos).• Para otros (ignorantes) un sistema basado en la simple cuenta

de la clasificación geomecánica RMR.En la práctica, el Nuevo Método Austriaco de Construcciónde Túneles fue caracterizado básicamente por el empleo delhormigón proyectado como soporte primario

¿CONTROVERSIAS DEL MÉTODO NATM?Consolidación de las ideas y conceptos iniciales (Müller y


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Consolidación de las ideas y conceptos iniciales (Müller yotros):Utilización de la propia roca como elemento resistente.

Reducción de los daños en el macizo a través del empleo de unsistema de voladura controlada.Instalación de un sostenimiento primario flexible, que sea capazde otorgar el confinamiento necesario y proteger a la roca de la

meteorización, descomposición y descohesión.Instalación del sostenimiento en cantidad y oportunidadadecuadas para cada tipo de macizo – surge el concepto de“clasificación geotécnica del macizo”. Necesidad de control sistemático del comportamiento del macizo

y del sostenimiento para comprobar su eficacia y la necesidad derefuerzo (ajuste) – monitoreo de convergencias.Instalación de un revestimiento secundario o definitivo para lograrestabilidad y durabilidad a largo plazo; instalación diferida,

cuando las deformaciones están estabilizadas.

NUEVO MÉTODO AUSTRIACO DEDISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES


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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES(NATM)

Los principios generales del método son:• Excavación cuidadosa del terreno• Elección de la sección según características geomecánicas • Sistema de ejecución adaptado a las condiciones del terreno • Auscultación

NUEVO MÉTODO AUSTRIACO DE DISEÑO YCONSTRUCCIÓN DE TÚNELES (NATM)


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Justificación de la bases del Método:En la Figura se observa la curva característica del túnelcorrespondiente a una determinada litología (CC), así comola curva correspondiente al sostenimiento (también conocidacomo curva de confinamiento). Ambas curvas se intersecanen el punto de equilibrio entre túnel y sostenimiento, cuandose alcancen la presión y desplazamientos (Peq, Ueq)comunes a las dos curvas CC y CF.

La distancia ud, hace referencia a la distancia al frente de laexcavación del sostenimiento colocado, e indirectamente, a

la deformación transcurrida antes de colocar el mencionado

sostenimiento.



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Justificación de la bases del Método:

Luego se deberá de ir controlando la convergencia del túnel a medida que avanza laexcavación, representando la curva de los desplazamientos en función del tiempo(convergencia) y controlando si tiende al equilibrio (asíntota). En el momentoadecuado, colocaremos nuestro sostenimiento, cuyo comportamiento será conocidode antemano, y por tanto sabremos hasta dónde se deformará como máximo el túnel.Si durante las tareas de seguimiento de la convergencia observamos anomalías en las

tendencias que cabía esperar (deterioro del arco autoportante), habría que actuar enconsecuencia.Por ejemplo, si el túnel se cierra rápidamente, es decir, si los desplazamientos se hacenmuy grandes, indicando altas deformaciones, entonces debemos colocar elsostenimiento lo antes posible para evitar el colapso del túnel.Debemos tener en cuenta, que todo este proceso vendrá determinado por las

características geomecánicas del macizo, esto quiere decir, que en rocas de muymala calidad, por ejemplo, los avances serán muy cortos y el sostenimiento habráde colocarse lo más rápidamente posible; mientras que en rocas con índices decalidad medios, los avances serán más espaciados y se nos permitirá colocar elsostenimiento más tarde (dejaremos que la roca entorno al túnel se deforme hasta uncierto punto).



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Justificación de la bases del Método:

Por este motivo, el nuevo método austriaco, aprovecha elcomportamiento del macizo rocoso, haciendo que la propiaroca contribuya a la estabilidad del túnel, al dejar que ésta sedeforme hasta un punto adecuado, en que el

sostenimiento que requerirá no habrá de soportartensiones tan elevadas y hará que éste resulte máseconómico. Además, podremos colocar los diferentessistemas de sostenimiento a una cierta distancia del frente conlo que se mejorará la seguridad de los operarios que allítrabajen.Los distintos tipos de sostenimiento actúan conjuntamente al iralcanzando las deformaciones establecidas, lo que nos permite

jugar con el punto de equilibrio y con la presión de

confinamiento que deberá soportar el sostenimiento.



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Diversos Nombres denomados NATM

• NATM Nuevo Método Austriaco de construcciónde Túneles (New Austrian Tunneling Method)L. Von Rabcewicz, Salzburgo, 1962)• Método convergencia-confinamiento (Francia)

• SCL Túneles construidos con gunita(Sprayed Concrete Lined Tunnels) (ICE, 1996)• SEM Túneles con excavación secuencial(Sequencial Excavation Method)

• NMT Método noruego de túneles(Norwegian Method of Tunneling)• Diversos nombres en Japón (CDM, UHVS)

EL ANTERIOR MÉTODO AUSTRIACO DE CONSTRUCCIÓNDE TÚNELES


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CONCEPTOS INHERENTES DEL MÉTODO


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Los conceptos inherentes al método nacieron en forma empírico analítica durante

la construcción de túneles en macizos rocosos de los Alpes.

La resistencia mecánica del subsuelo alrededor de la cavidad debe ser movilizada

deliberadamente hasta el máximo grado posible o admisible

El subsuelo puede/debe ser partícipe

en la función portante de la cavidad

La participación se logra permitiendoque el subsuelo se deformeSe activa la resistencia al corte

Para aumentar la función portantedel suelo, debe proveerse a ésteun confinamiento radial

Surge la necesidad de instalación de soporte: Hormigón lanzado + pernos

CONCEPTO DE METODOLOGÍA DE ESTABILIZACIÓN


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Junto con la excavación se instala el soporte primario – hormigón lanzado + marcos+ pernos - que es flexible para permitir la deformación del macizo y que, a medidaque se deforma, confiere confinamiento a éste, logrando la estabilización conparticipación prioritaria en la acción portante por parte del macizo.

La movilización de la resistencia mecánica del subsuelo se logra permitiendoque el subsuelo se deforme.

FACTORES GEOLOGICOS GEOTECNICOSDEFINEN NATM ?


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DEFINEN NATM ?

DIFERENCIAS ENTRE EL NUEVO METODOAUSTRIACO UTILIZADO EN EXCAVACION DE


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• En suelos la deformación del (Romero, 2002) terreno es grandey difícil de controlar.• Se observa cuando se excava un túnel en suelos

secuencialmente y se sostiene con gunita y revestimientos

flexibles. – Se está utilizando el NATM como método de construcción. – No se está aplicando realmente la filosofía de diseño delNATM.• En rocas la deformación es menor y puede controlarse. • En un túnel excavado en roca (aunque sea relativamenteblanda) es más fácil aplicar el NATM. – Como filosofía de diseño – Como método de construcción

AUSTRIACO UTILIZADO EN EXCAVACION DESUELOS Y ROCAS


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CARACTERÍSTICAS DELMÉTODO NATM


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Los túneles son excavados y fortificadosalternada y sucesivamente, en forma cíclica; lasetapas y áreas de excavación pueden servariadas en función de las condiciones ynecesidades del proyecto.

Ventajas – Posibilidades

Posibilidad de Subdivisión de Excavación enfrentes ParcialesControl de los esfuerzos en el subsuelo.Control de las tensiones y esfuerzos en loselementos de sostenimiento.Limitación/control de las deformaciones yasentamientos del terreno.Mejora de las condiciones de trabajo.

MÉTODO NATM

CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO NATM


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Posibilidad de Subdivisión de Excavación en frentes Parciales



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METODO UTILIZADO EN SAN EDUARDO



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Túneles Cerro San Eduardo, Guayaquil - Ecuador

METODO UTILIZADO EN SAN EDUARDO

B

AA

A

C

D A = CUELE AA = CONTRACUELE B = DESTROZA C = ZAPATERA C = CONTORNO

CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODONATM


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VENTAJAS

Aplicable en amplios campos de condiciones de suelos,

como así su posibilidad de manejo.Simple y flexible adaptación a diferentes seccionestransversales.Posibilidad de ajuste durante la excavación.Flexibilidad en instalación de medidas auxiliares.Gran economía con la optimización del soporte.

Fácil combinación con excavaciones con TBM.Poca inversión relativa con rápida amortización.

DESVENTAJAS

Aplicación en suelos con presencia de agua solamente con

medidas adicionales de soporte.Tasa de avance relativamente pequeña.Gran educación, entrenamiento y práctica del personal.Gran calidad de ejecución y material requerido.Posibilidad limitada de automatización.


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SOSTENIMIENTO PRIMARIO


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El “sostenimiento primario” consiste de un revestimiento

delgado de hormigón proyectado, combinado con

alguno o todos los siguientes elementos de soporte:

Pernos de anclajeMalla de acero soldada

Fibras de acero o sintéticasMarcos de alma llena o reticuladosSoportes especiales – ParaguasInyecciones de Consolidación

SOSTENIMIENTO DEFINITIVO


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El “sostenimiento definitivo o permanente”usualmente se compone de una cáscara dehormigón moldeado simple o armado - el quenormalmente se diseña en función de losrequerimientos específicos del proyecto, a saber:

Resistencia estructural

Durabilidad, ante incendio, si es necesarioEstabilidad ante acciones diferidasImpermeabilidad

Aptitud para la ventilación Aspectos constructivos - EquipamientoProtección ante acciones externas agresivasResistencia a la abrasión,(túneles hidráulicos, por ejemplo)

MONITOREOPARTE INTEGRANTE DEL NATM


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Deformaciones del soporte primario y cargas

actuantes sobre él son monitoreadas a través deinstrumentación, cuyos resultados son usadospara efectuar ajustes en el soporte y la secuenciade excavación

MONITOREO – PARTE INTEGRANTE DEL NATM


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MONITOREOGEOTECNICO PARTE INTEGRANTE DEL

NATM


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NATM

Extensometros: Monitoreo de Deformaciones

dentro del MacizoPernos Convergencia: Esfuerzos de TracciónCeldas de Presión: Monitoreo de tensiones de lacáscara y de presiones sobre el HormigónProyectado

EXCAVACIONES UTILIZANDO EL MÉTODO NATM QUECOLAPSARON


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METRO BOBOS, BARCELOA



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TUNEL METRO MUNICH 1993

TUNEL METRO LOS ANGELES,1996

TUNEL CARRETERA SAO PAULO, 1993



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Limitación/control de las deformaciones y asentamientos del terreno EN SECCIONESCOMPLETAS

COLAPSO TUNEL EL CARMENBARCELONA

Limitación/control de las deformaciones y asentamientos del terreno



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Limitación/control de las deformaciones y asentamientos del terreno

LAUSANAFRANCIA


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metodos de excavacion de tuneles perforacion y voladura.pdf

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