BROX
DEAN BROX CONSULTING
UNDERGROUND DESIGN AND CONSTRUCTION
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.
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
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