Guía Práctica para Túneles en Roca

Un mapa de ruta práctica para la planificación, diseño, construcción, operaciones y inspección de túneles en roca, particularmente para jóvenes profesionales.

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Disponible en la Tienda Kindle

26 de noviembre de 2020, incluido el libro electrónico (eBook) y versión impresa

21    Capítulos
386  Páginas
127  Imágenes

182  Referencias

18    Publicidades

Información y recomendaciones del autor con 35 años de experiencia en la industria para 1500 km de túneles

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Tabla de Contenido

1             Introducción

2             Usos Funcionales de Túneles en Roca

2.1          General              

2.2          Usos Funcionales

3             Ejecución de Proyectos de Túneles

3.1          General              

3.2          Método de Entrega del Proyecto

3.3          Etapas de Ejecución

3.4          Planificación Temprana del Mandante

3.5          Ingeniería de Proyectos por Consultores

3.6          Nivel de Trabajo y Documentos durante la Ejecución

3.7          Requisitos Funcionales para Diseño-Construcción

3.8          Contratación Temprana del Contratista

3.9          Revisiones de Constructibilidad

3.10       Evaluación Independiente de Riesgos de TBM

4             Investigaciones de Terreno

4.1          General              

4.2          Potenciales Consecuencias de Escasas Investigaciones de Terreno

4.3          Revisión de la Información Existente y Experiencia Previa

4.4          Planificación y Presupuesto de las Investigaciones del Terreno

4.5          Recopilación de Información Relevante y Plano Base

4.6          Identificación de Riesgos Geológicos Importantes y Posibles Hallazgos

4.7          Planificación por Etapas de las Investigaciones

4.8          Mapeo de Terreno y Comprobación In Situ de las Fallas Geológicas Inferidas

4.9          Mediciones Geofísicas

4.10       Perforaciones Exploratorias

4.11       Pruebas in situ

4.12       Selección y Preparación de Muestras

4.13       Ensayos de Laboratorio y Aseguramiento de la Calidad

4.14       Instrumentación de Terreno y Monitoreo antes de la Construcción

4.15       Galerías de Exploración/Túneles Piloto

4.16       Informes

4.17       Fotografías de Testigos

4.18       Almacenamiento de Largo de Plazo de los Testigos

5             Caracterización de Rocas

5.1          Geología Regional y Local

5.2          Geología del Trazado del Túnel

5.3          Zonas de Fallas y de Fracturas

5.4          Fracturas del Macizo Rocoso

5.5          Resistencia

5.6          Mineralogía

5.7          Alteración

5.8          Abrasividad

5.9          Durabilidad y Potencial de Hinchamiento

5.10       Condiciones de Agua Subterránea, Predicción de Infiltraciones y Calidad de Agua

5.11       Esfuerzos In Situ

5.12       Calidad de Macizo Rocoso

5.13       Trazado del Túnel y Caracterización de Tramos

6             Diseño de Túneles en Roc

6.1          Bases y Criterios de Diseño

6.2          Normas Técnicas y Códigos de Mejores Prácticas

6.3          Sección Transversal del Túnel y Requisitos Geométricos Internos

6.4          Forma y Dimensiones del Túnel

6.5          Ubicación de los Portales y Diseño del Soporte

6.6          Trazado en Planta y Separación

6.7          Trazado en Elevación

6.8          Inclinación Práctica

6.9          Requerimientos de Accesos Temporales e Intermedios

6.10       Requerimientos de Drenaje

6.11       Requerimientos para la Losa del Túnel

6.12       Requerimientos para el Diseño Operacional

6.13       Requerimientos para el Acceso

6.14       Diseño de Túneles Hidráulicos a Presión

6.15       Consideraciones para el diseño sísmico de túneles en roca

6.16       Tapones para Túneles en Roca

6.17       Constructibilidad de diseño

7             Estabilidad de Túneles

7.1          General              

7.2          Modos Probables de Inestabilidad

7.3          Análisis de estabilidad y selección de parámetros

7.4          Evaluacion Empírica de la Estabilidad

7.5          Evaluación Cinemática de la Estabilidad

7.6          Evaluación de la Estabilidad del Macizo Rocoso

7.7          Evaluación de la Estabilidad de la Macizo Rocoso mediante Elementos Discretos

7.8          Evaluación y Caracterización del Sobreesfuerzo

7.9          Estabilidad del Túnel en Zonas de Falla

7.10       Convergencia Extremas

7.11       Estabilidad de túneles hidroeléctricos antiguos

7.12       Revisión de la Estabilidad de Túneles Existentes en Geologías Similares

8             Excavación de Túneles

8.1          Consideraciones Prácticas

8.2          Dimensiones Mínimas para Construcción

8.3          Consideraciones para Sobreexcavaciones

8.4          Excavación con Perforación y Tronadura

8.5          Diseño de la Tronadura

8.6          Fragmentación Química de Rocas sin Vibraciones

8.7          Acuñadura

8.8          Alta Productividad con Perforación y Tronadura               

8.9          Método de Excavación Secuencial (SEM) para Roca Débil

8.10       Excavación mediante Tuneladora (TBM)

8.11       Evaluación de la Aplicabilidad de la Uso de TBM                102

8.12       Uso de TBM en Condiciones Adversas o Difíciles

8.13       El Uso de TBMs en Proyectos Minero

8.14       Especificaciones Técnicas Mínimas para TBMs  

8.15       Excavación con Fresadoras        

8.16       Métodos para Excavaciones Inclinadas

8.17       Excavación de Piques    

8.18       Excavación de Cavernas

8.19       Nuevas Tecnologías y Desarrollos para Excavaciones en Roca

8.20       Evaluación de los Métodos de Construcción y sus Riesgos

9             Soporte del túnel

9.1          Principios generales de diseño

9.2          Soporte de Roca Inicial

9.3          Soporte de Roca Final

9.4          Instalación Práctica del Soporte

9.5          Soporte de los Portales

9.6          Elementos de Soporte y Productos Típicos          

9.6.1      Pernos

9.6.2      Cables 

9.6.3      Malla    

9.6.4      Hormigón Proyectado (Shotcrete)

9.6.5      Marcos Reticulados y Perfiles Metálicos              

9.7          Soporte de Túneles en Excavaciones con TBM

9.8          Soporte del Túneles para Condiciones Severas de Sobreesfuerzos y Estallidos de Roca

9.9          Soporte para convergencias extrema (Squeezing)           

9.10       Evaluación del Potencial de Corrosión

9.11       Requisitos para la Instalación de Pre-Soporte

9.12       Congelamiento del Terreno

9.13       Verificación de la Estabilidad del Túnel y Diseño de Soporte

10           Requerimientos para Revestimientos de Túneles

10.1       Objetivo de Revestimientos de Túneles en Roca              

10.2       Aceptabilidad de Túneles en Roca sin Revestimiento

10.3       Revestimiento Final con Hormigón Proyectad

10.4       Revestimiento Final de con Hormigón Proyectado para Túneles Hidráulicos

10.5       Revestimiento Final con Hormigón In Situ

10.6       Revestimientos de Hormigón en Fallas Geológicas Importantes en Túneles Hidroeléctricos

10.7       Revestimiento de Anillos Prefabricados de Hormigón en Excavación con TBM

10.8       Requerimientos y Aplicaciones de Impermeabilización

10.9       Requerimientos de Protección contra Incendios              

11           Consideraciones de Construcción

11.1       Movilización a Faena

11.2       Preparación del Terreno para Campamentos y Áreas de Suministro

11.3       Accesos a Portales y Piques

11.4       Ventilación

11.5       Suministro de Agua para Construcción

11.6       Suministro de Electricidad

11.7       Bombeo y Pozos para Construcción

11.8       Tratamiento de Aguas de Infiltración y de Construcción

11.9       Requisitos Ambientales para el Muestreo y Ensayos

11.10     Disposición de Materiales Excavados

11.11     Implementación del Soporte de Diseño

11.12     Requisitos para el Mapeo Geológico y Geotécnico

11.13     Inspecciones para el Aseguramiento de la Calidad

11.14     Instrumentación geotécnica

12           Riesgos de Construcción y Medidas de Mitigación

12.1       Peligros en Portales

12.2       Peligros en la Construcción de Túneles

12.3       Influencia en la Estabilidad debido a Túneles Existentes y Cercano

12.4       Control y Gestión de las Aguas Subterráneas

12.5       Impactos a la Communidad debido a la Construcción de Túneles

12.6       Atrapamiento y Liberación de TBM

12.7       Problemas y Características de Diseño Especiales de las TB

12.8       Generación de Materiales Finos Durante la Excavación con TBM

12.9       Perforación Exploratoria Durante la Excavació

12.10     Pre-drenaj

12.11     Inyecciónes Delante de la Frente de Excavación

12.12     Inyecciónes detrás de la Frente

12.13     Túneles piloto

12.14     Técnicas de Investigación durante la Construcción

12.15     Equipo y Recursos Adicionales durante la Construcción

13           Estimación de los Costos de Construcción para Túneles en Roca

13.1       General              

13.2       Estándares para la estimación de costos y recomendación de procedimientos

13.3       Supuestos Clave para la Estimación de Costos de Construcción

13.4       Costos directos de Construcción

13.5       Costos Indirectos de Construcción

13.6       Contingencias para los Costos de Construcción y Ganancia

13.7       Costos del Mandante

13.8       Costo Total Esperado del Proyecto de Túnel

13.9       Análisis Probabilístico de Costos de Construcción e Incertidumbre Geológica

13.10     Análisis Integrado de Riesgos para los Costos y Programa

13.11     Comparaciones de Costos con Proyectos Similares

14           Programa de Construcción para Túneles en Roc

14.1       Identificación de Actividades Clave de Construcción y Representación Gráfica

14.2       Plazos críticos para la adquisición de equipos clav

14.3       Evaluación de tasas realistas de Producción y Jornadas de Trabaj

14.4       Contingencias en el Programa debido a Eventos de Riesgo

14.5       Actividades de la ruta crítica

15           Estrategia e Implementación del Contrato del Proyecto

15.1       General

15.2       Documentación del Contrato y Tipos de Contrato

15.3       Precalificación

15.4       Forma de Pag

15.5       Asignación de Riesgos y Compensación por Condiciones de Terreno Diferente

15.6       Informes Geotécnicos de Línea Base y su Implementación

15.7       Gestión del Contrato y del Programa de Construcción

15.8       Alianza

15.9       Resolución de Disputa

15.10     Gestión de Reclamo

16           Gestión de Riesgo

16.1       Gestión de Riesgos y Ejecución

16.2       Evaluaciones Cualitativas de Riesgos y Registro de Riesgo

16.3       Asignación de Riesgos

16.4       Evaluaciones Cuantitativas de Riesgos

17           Inspección de Túneles en Roca

17.1       General              

17.2       Inspecciones Manuales, Documentación de Datos y Prácticas de Segurida

17.3       Inspección de túneles históricos utilizando drones

17.4       Inspecciones Subacuáticas de Túneles Hidráulicos Utilizando ROV

18           Renovación, Reparaciones y Decomisionamient

18.1       Renovación de Túneles en Roca

18.2       Reparaciones de Túneles en Roc

18.3       Descomisionamiento de Túneles en Roc

19           Casos Historicos y Lecciones Aprendida

19.1       General

19.2       Proyecto Lesotho Highlands, Fase 1, Lesotho

19.3       Túnel Peatonal Pacific Place, Hong Kon

19.4       Túneles de la Carretera Ring Taipei, Taiwá

19.5       Túnel de la Carretera Bolu Mountain, Turquía

19.6       Túnel Ferroviario de Base San Gotardo, Suiz

19.7       Túneles Gemelos para Agua Potable Seymour Capilano, Canadá

19.8       Túnel Hidroeléctrico Niágara, Canad

19.9       Túneles de Transferencia y Alimentación de agua de Arrowhead, EE. UU.

19.10     Túneles Canada Line Transit, Canadá

19.11     Túnel Hidroeléctrico Ashlu, Canadá

19.12     Proyecto Hidroeléctrico Forrest Kerr, Canadá

19.13     Túnel Hidroeléctrico Río Esti, Panamá

19.14     Túnel Hidroeléctrico Chacayes, Chile

19.15     Túneles Hidroeléctricos Los Arandanos, Chile

19.16     Túnel Tranvía de Alta Velocidad en Red Lake Gold Mine, Canadá

19.17     Túnel Correa Mina Pascua Lama, Chile/Argentina

19.18     Túnel Hidroeléctrico Los Cóndores, Chile

19.19     Proyecto Hidroeléctrico Pando y Monte Lirio, Panamá

19.20     Proyecto Hidroeléctrico Alto Maipo, Chile

19.21     Túnel de Desagüe de Efluentes, Mid-Halton, Canadá

19.22     Túnel de Desvío del Proyecto Hidroeléctrico Ituango, Colombi

20           Contratación, Roles y Responsabilidades de los Profesionales

20.1       Contratación de Profesionales

20.2       Roles de los Profesionales

20.2.1    General              

20.2.2    Geólogos

20.2.3    Ingenieros Geotécnicos

20.2.4    Ingenieros Civiles

20.2.5    Ingenieros de Túneles

20.2.6    Expertos Técnicos Independientes

20.3       Responsabilidades y Deberes de los Profesionales

21           Salud y Seguridad

22           Referencias

23           Glosario

24           Acerca del Autor y del Traductor

25           Dedicaciones y Recomendaciones

26           Patrocinio para estudiar Masters en Túneles

27           Descargo de Responsabilidad

28           Agradecimientos

Prólogo del libro

La “Guía Práctica para Túneles en Roca” es exactamente eso, una guía y herramienta útiles para los profesionales en la industria de túneles. Este libro provee información acerca de casi cada tema y pasos para un proyecto de túneles en roca, desde la planificación hasta su construcción, operaciones, e inspección. Este libro es una referencia valiosa para mandantes/clientes, pues incluye la discusión de temas como: planificación del proyecto, costos, programación, y evaluación de riesgos, nunca antes analizados en los libros técnicos clásicos. A través del libro se incluyen fotografías y gráficos excelentes, ilustrando claramente el mensaje del autor en cuanto a su experiencia práctica en una multitud de temas.

Este libro provee guías acerca del estado de la práctica actual de túneles en roca al discutir las innovaciones de la década pasada a partir de registros de visualización en pozos, levantamientos aéreos LiDAR para el mapeo de fallas geológicas, fotografías adecuadas para testigos de roca y consideraciones sísmicas para túneles en roca. Se presentan nuevas evaluaciones técnicas y métodos gráficos para convergencias extremas y sobreesfuezos en túneles profundos como parte de los estudios de constructibilidad. Se provee una buena discusión, ilustrada con fotografías, acerca de la importancia de la durabilidad de la roca. Se discuten además los criterios de aceptabilidad para túneles no revestidos para el transporte de agua.

Este libro se basa en 35 años de experiencia práctica en investigación, diseño, construcción y operación de túneles en roca junto con una revisión exhaustiva de la literatura. La “Guía Práctica para Túneles en Roca” debe ser parte de todas las bibliotecas de los profesionales de túneles; esto incluye ingenieros, geólogos, gerentes de proyecto y mandantes.

Acerca del autor

El ingeniero Dean Brox tiene 35 años de experiencia en planificación, diseño, construcción, operaciones e inspecciones para más de 1500 km de grandes proyectos de túneles e infraestructura subterránea en todo el mundo, incluidos 575 km para túneles mineros y 525 km para túneles hidroeléctricos. Dean Brox es un graduado de la Universidad de British Columbia en Vancouver, Canadá en Ingeniería Geológica y de Imperial College, Universidad de Londres, Reino Unido, con una Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica de Rocas con Distinción. Ha trabajado en proyectos de túneles en Angola, Argentina, Australia, Bolivia, Canadá, Chile, Colombia, Ecuador, EE. UU., Escocia, Filipinas, Grecia, Groenlandia, Guatemala, Hong Kong, India, Indonesia, Lesotho, Malasia, México, Nepal, Panamá, Perú, Portugal, Reino Unido, Sudáfrica, Suiza, Taiwán, y Turquía.

 

Dean ha publicado más de 40 artículos técnicos para conferencias internacionales y ha actuado como docente en universidades para presentaciones de proyectos históricos y lecciones aprendidas. Dean es el líder de tareas del Grupo de trabajo 14 - Túneles mecanizados, de la Asociación Internacional de Túneles. Dean es un reconocido experto internacional en túneles y ha apoyado tanto a clientes como a contratistas en disputas con contratos de construcción. Dean es actualmente asesor técnico del Banco de Desarrollo de Asia y miembro del Panel de Expertos de la Fase 2 del Proyecto de Lesotho Highlands Water, que incluye un túnel de conducción de agua de 38 km y una presa de 165 m de altura.

 

La experiencia especializada del ingeniero Dean Brox incluye lo siguiente:

 

  • Planificación y ejecución de investigaciones geotécnicas;

  • Caracterización de rocas con pruebas de esfuerzos in situ y pruebas de laboratorio especializadas;

  • Evaluación de tuneladoras para proyectos mineros;

  • Evaluación de riesgos y aceptabilidad de sin revestimiento / revestimiento con hormigón proyectado de túneles de presión;

  • Evaluación y predicción de sobreesfuerzos, incluida estallidos de rocas (rockbursting) para túneles largos y profundos;

  • Investigaciones forenses de colapsos de túneles y;

  • Evaluación de las condiciones estructurales de túneles hidroeléctricos mediante vehículos de control remoto.

Acerca del traductor

El ingeniero Giorgio Piaggio tiene 15 años de experiencia en proyectos subterráneos para minería, energía e infraestructura. Su experiencia incluye el diseño, construcción y operación de túneles construidos con tuneladoras y métodos convencionales. Giorgio es ingeniero civil de la Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chile y posee una Maestría en Túneles por la École Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suiza. Es el expresidente del Comité de Túneles y Espacios Subterráneos de Chile. Es uno de los docentes del Programa de Túneles del Diploma de la Universidad de Chile en Santiago. Ha publicado documentos técnicos sobre  diseño y ensayos de laboratorio de durabilidad de rocas en los Andes. Giorgio es actualmente el Gerente de Ingeniería y Construcción del proyecto hidroeléctrico Alto Maipo en Chile con 75 km de túneles y dos cavernas.

Revisión independiente del libro

Es sabido en la industria minera y en proyectos civiles, que los túneles generan en la mayoría de las veces, fuertes controversias entre los mandantes y los constructores, que a menudo terminan en largos y costosos litigios para las partes involucradas. Por ello este libro de Dean Brox llega en un momento muy adecuado y que debiera contribuir a que estas obras de ingeniería se desarrollen en forma normal, en la medida de que se sigan los pasos recomendados. El libro trata de todos los temas de mayor relevancia en el desarrollo de túneles, desde la etapa de investigación de terreno, clave para el éxito del proyecto, hasta la asignación de los contratos de construcción, en sus variadas formas.

 

El libro incluye todos aquellos temas necesarios para el desarrollo de un proyecto de túneles y eso ya es un gran mérito, ya que permite contar en un solo documento, con todo lo relevante para el desarrollo exitoso de un proyecto. Pero además incluye temas que es difícil encontrar en la literatura técnica de tunelería, como los tipos de contratos o los roles de diferentes profesionales en proyectos de túneles, lo cual le da un valor agregado a este texto al permitir que los profesionales técnicos entiendan también el contexto contractual de sus decisiones.

 

Además de lo anterior, creo que uno de los méritos del libro es que está escrito por un profesional de extensa experiencia en el tema, lo que le permite distinguir y destacar los temas de mayor relevancia. El libro entrega una serie de casos de gran interés, algunos exitosos y otros que han mostrado serias dificultades, lo que resulta igualmente de gran valor al poder visualizar el lector las problemáticas encontradas.

 

Este libro será de gran utilidad para aquellos ingenieros y técnicos que se desempeñan en la actividad tunelera, para quienes debiera ser un libro de cabecera, pero también para gerentes de las empresas mandantes y especialmente para estudiantes de Geología, Ingeniería Civil e Ingeniería de Minas.

 

 

Luis Merino

Ingeniero Civil de Minas U de Chile, MSc, DIC

Consultor INGEROC SpA, Santiago, Chile 

21 de diciembre de 2020