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FACULTAD DE ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES

INGENIERÍA EN GEOLOGÍA AMBIENTAL Y ORDENAMIENTO TERRITORIAL

EXPLOTACIÓN DE YACIMIENTOS 9NO MÓDULO – PARALELO “A” Fecha de entrega: Viernes, 10 de enero del 2020 AUTORES: Gabriela Macancela

Cristofer Burneo

Jessenia Armijos

Jean Darío Pardo

Michelle Jara DOCENTE: Ing. Hernán Castillo OCTUBRE - MARZO LOJA – ECUADOR

Tabla de Contenido 1. TEMA: ..................................................................................................................... 7 2. OBJETIVOS ............................................................................................................ 8 3. General ..................................................................................................................... 8 3.1 Específicos ......................................................................................................... 8 4. INTRODUCCION ................................................................................................... 9 5. MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 10 5.1 Túneles en terrenos blandos ............................................................................. 10 5.2 Factores relacionados con la función de cada túnel ......................................... 11 5.3 Túneles de carretera (características) ............................................................... 12 5.4 Explosivos, iniciadores y accesorios ................................................................ 14 6. OBJETO Y SITUACIÓN DEL PROYECTO ....................................................... 16 6.1 Objeto del estudio ............................................................................................ 16 6.2 Consideraciones generales ............................................................................... 16 6.3 Metodología de trabajo .................................................................................... 16 6.4 Recopilación de la información ....................................................................... 16 7. INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO ................................................. 17 7.1 Ubicación y acceso ........................................................................................... 17 7.1 Geomorfología ................................................................................................. 18 7.2 Hidrografía ....................................................................................................... 18 7.2.1 Loja ............................................................................................................ 18 7.2.1 Catamayo ................................................................................................... 19

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7.3 Geología ........................................................................................................... 19 7.3.1 Geología Regional ..................................................................................... 19 7.3.2 Geología Local .......................................................................................... 20 8. GENERALIDADES DE TUNELES ..................................................................... 22 8.1 Estudios Preliminares ....................................................................................... 23 8.1.1 Estudios geológicos ................................................................................... 23 8.1.2 Sondeos...................................................................................................... 23 8.1.3 Túneles de reconocimiento ........................................................................ 24 8.2 Instalación de Servicios y Equipos para la construcción del Túnel ................. 24 8.3 Descripción del Trazado .................................................................................. 25 8.3.1 Corte Geológico A – A’ ............................................................................ 25 9. DISEÑO GEOMÉTRICO DEL TUNEL ............................................................... 26 9.1 Forma del Túnel ............................................................................................... 26 9.2 Ancho del Túnel (B): ....................................................................................... 26 9.3 Altura de Túnel (H) .......................................................................................... 26 9.4 Altura de semi bóveda (h1) .............................................................................. 27 9.5 Sección útil (Su) ............................................................................................... 27 9.6 Sección Vertical ............................................................................................... 28 10. METODOS DE CONSTRUCCIÓN .................................................................... 29 10.1 Métodos de Construcción de Túneles ............................................................ 29 10.1.1 Excavación con fresadora ........................................................................ 29 10.1.2 Perforación y Voladura............................................................................ 30 3|Página

10.2 Maquinaria y equipos ..................................................................................... 31 10.2.1 Explosivos ............................................................................................... 33 11. EXCAVACIÓN ................................................................................................... 34 11.1 Ciclo de Excavación ....................................................................................... 34 11.2 Perforación ..................................................................................................... 35 11.2.1 Diseño de Malla de Perforación .............................................................. 36 11.2.2 Malla de perforación................................................................................ 39 11.3 Carga y Disparo.............................................................................................. 39 11.4 Ventilación ..................................................................................................... 40 11.5 Rezaga ............................................................................................................ 41 11.6 Colocación de Soportes .................................................................................. 41 11.6.1 Cerchas IPN 100 ...................................................................................... 41 11.6.2 Hormigón Lanzado f´c=250kg/cm2 ........................................................ 42 11.6.3 Malla electrosoldada R-126 10*10*4mm ............................................... 42 11.6.4 Pernos L = 2.15 m ................................................................................... 42 11.7 Control de avance en excavación de túnel. .................................................... 42 11.7.1 Tiempo de perforación ............................................................................ 42 11.7.2 Tiempo de construcción del túnel............................................................ 43 12. HORMIGONADO DEL TUNEL ........................................................................ 43 12.1 Sistemas para el Hormigonado....................................................................... 44 12.1.1 Solera ....................................................................................................... 44 12.1.2 Paredes ..................................................................................................... 45 4|Página

12.2 Encofrados...................................................................................................... 45 12.3 Tipo de Acabado ............................................................................................ 46 12.4 Hormigón Lanzado......................................................................................... 46 13. INSTALACIONES DE SERVICIOS .................................................................. 47 13.1 Instalación de Energía Eléctrica ..................................................................... 47 13.2 Instalación de Ventilación .............................................................................. 48 13.3 Instalación de Aire Comprimido .................................................................... 48 13.4 Instalación de Agua ........................................................................................ 48 14. PRESUPUESTO TOTAL .................................................................................... 49 15. CONCLUSIONES ............................................................................................... 50 16. RECOMENDACIONES ...................................................................................... 51 17. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 52 18. ANEXOS ............................................................................................................. 52

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Lista de Ilustraciones Ilustración 1. Sección transversal de un túnel de carretera: ........................................... 13 Ilustración 2. Ubicación de los cantones del área de estudio ......................................... 17 Ilustración 3. Ubicación Túnel Loja – Catamayo ........................................................... 18 Ilustración 4. Ruta del Tunel Loja – Catamayo .............................................................. 25 Ilustración 5. Perfil Geológico del área de estudio ......................................................... 25 Ilustración 6. Seccion Vertical........................................................................................ 27 Ilustración 7 Sección útil ................................................................................................ 27 Ilustración 8. Diseño Túnel 1 ......................................................................................... 28 Ilustración 9. Diseño Túnel 2 ......................................................................................... 28 Ilustración 10. Fresadora en brazo de excavadora .......................................................... 32 Ilustración 11. Diseño de Malla de Perforación ............................................................. 39

Lista de Tablas Tabla 1. Geología Local ................................................................................................. 20 Tabla 2. Parámetros técnicos de la perforadora .............................................................. 31 Tabla 3. Características técnicas de la fresadora ............................................................ 33 Tabla 4. Características del Explosivo ........................................................................... 34

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1. TEMA:

PROYECTO DE EJECUCIÓN DEL TUNEL TRAMO LOJA - CATAMAYO

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2. OBJETIVOS 3. General 

Plantear una propuesta para la construcción de un túnel víal tramo Loja Catamayo

3.1 Específicos 

Caracterizar el área de estudio para el trazo óptimo de la ruta



Investigar la metodología utilizada para la construcción del túnel LojaCatamayo.



Realizar el trazado de la ruta, tomando en cuenta factores como geología, topografía e hidrogeología,



Realizar el diseño de malla de perforación.



Calcular el tiempo de construcción del túnel



Calcular el posible presupuesto que se utilizará en el proyecto de construcción.

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4. INTRODUCCION Los túneles carreteros en el mundo, son una de las alternativas de construcción que ha tenido más impulso en los últimos años en países con miras al desarrollo comercial y económico, para salvar las dificultades de tipo topográfico y geológico encontrados en los diferentes proyectos En obras públicas se plantea frecuentemente el problema de la construcción de túneles, ya que nuestro país tiene una accidentada geografía a causa de grandes sistemas montañosos, lo que ha dado origen a este tipo de construcciones, para poder enlazar en forma más expedita ciudades o lugares de importancia y facilitar los transportes más diversos. Además, dado al notable crecimiento en la última década de la actividad económica de nuestro país ha sido necesario estudiar nuevas alternativas de tránsito a las ya existentes, mejorando así los niveles de servicios de nuestros caminos. Las técnicas de construcción de túneles se mejoran y perfeccionan continuamente, tanto en el aspecto de seguridad como en el de rendimiento, es así como surge la necesidad de investigar las nuevas técnicas de construcción para el aprovechamiento de los recursos disponibles a un costo de operación y mantención más bajo. Actualmente se conocen varios métodos actualizados y sistematizados con el uso de equipos con una eficiencia muy elevada, pero, en el presente informe se va a centrar en el método de perforación y voladura, utilizando una perforadora Shenyang yt27 y como explosivo, de fabricación nacional, Explogel III 11/8´´x7´´.

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5. MARCO TEÓRICO 5.1 Túneles en terrenos blandos Se realizan en terrenos blandos cuando el terreno está formado por arcilla, limos, arenas, aluviales, rellenos y todas sus mezclas. Este tipo de túneles suele realizarse en ciudades y zonas aluviales de los ríos. Se suelen presentar los siguientes problemas: -

Problemas en los edificios por ir próximo o por debajo de ellos.

-

Existencia de capas perforadas por el hombre.

-

Conducciones y servicios afectados.

-

Peligro para las personas en el caso de hundimientos.

Las fases que encontramos en la construcción de un túnel en este tipo de terreno son las siguientes: 1. Sistemas de ataque: Se puede hacer por medio de: 

Pozos.



Rampas, con gran pendiente (hasta 40%) o pequeña (hasta un 15%).

2. Métodos clásicos de excavación: Excavación en zanja: Se corta el terreno en zanja por medio de excavadoras. Es el que se utiliza en los falsos túneles. 3. Métodos clásicos con galerías: Dependen del tipo de terreno. Si es malo, las galerías suelen ser de 1,5 x 2 m. con forma de ejecución en mina (puntales y tablas). Si el terreno es mejor se llega hasta galerías de 2 x 5 m. que permite la utilización de máquinas excavadoras con una rozadora al frente y cinta transportadora para extraer la tierra. (Momentos de Mohr, 2017) Los métodos utilizados según el terreno sean de mejor a peor calidad son los siguientes:

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Método inglés: Para terrenos muy buenos. Ataque a plena sección, sección hasta 50m2. Método belga o de la galería en la clave. Método austriaco o de las dos galerías. Método alemán o de las tres galerías. Métodos especiales: Se suele recurrir al alguno de estos métodos cuando son terrenos sueltos que además pueden llevar agua con posibles edificaciones cerca o encima. Los más importantes son: Métodos mecanizados. Escudos. Son máquinas complejas para excavación de túneles en terrenos blandos que además de su función esencial de corte y extracción de las tierras, sirve de protección y entibación del equipo y coloca el revestimiento definitivo. 5.2 Factores relacionados con la función de cada túnel Estos factores que se enumeran por separado son, sin embargo, dependientes entre sí, de manera que la acción de unos condicionará la de otros. La ubicación del túnel, que podrá ir a través de una montaña, ser subacuático o urbano. El terreno puede ser desde un limo blando hasta una roca dura; la selección que se haga del terreno implicará cambios en la geometría, en la forma de la estructura y por supuesto en el método de construcción. Las dimensiones del túnel acabado (ancho, altura y longitud), así como los parámetros que definan la planta (curvas circulares, de transición) y el calzado (pendientes máximas);

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estos límites podrán ser muy reducidos en unos casos, y se podrá disponer de un amplio campo de posibilidades en otros. La forma estructural, que podrá ser un círculo, rectangular, de herradura, etc. el material utilizado será el hormigón con mayor o menor espesor y el acero. La forma estructural deberá soportar las presiones de los terrenos. Tanto el tipo de terreno como el método de construcción influirán decisivamente sobre la forma estructural. El sistema de construcción que presenta numerosas posibilidades, desde, la excavación por explosivos hasta las máquinas tuneladoras a sección completa, pasando por los procedimientos de corte del terreno y posterior relleno para los túneles más superficiales. La elección del método vendrá determinada por las condiciones del terreno, pero también por los medios económicos de que se disponga. El equipamiento del túnel ya terminado, las calzadas o las vías de ferrocarril, la iluminación, los sistemas de control, los acabados decorativos en su caso. Todos estos factores se tienen en cuenta en la planificación y diseño del proyecto de un túnel. 5.3 Túneles de carretera (características) También los túneles para carreteras pueden ser, al igual que para el ferrocarril, cortos y largos; su definición en planta también tiende a ser en recta por ser el camino más corto y por lo tanto el más económico, aunque al igual que para el ferrocarril se construyen en curva si las condiciones del terreno a atravesar lo recomiendan o por otras causas. Las curvas pueden ser más cerradas (son normales radios de 400 m). La diferencia más importante, comparándolos con los de ferrocarril es en la pendiente permitida: son pendientes normales las de 35 y 45 milésimas, e incluso se pueden utilizar en un tramo corto rampas de 65 milésimas, como en el caso de túneles subacuáticos en

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los que duplicando la pendiente se consigue reducir a la mitad la longitud del descenso hasta el nivel obligado.

Ilustración 1. Sección transversal de un túnel de carretera:

La sección tipo de los túneles de carreteras es un poco mayor que la del ferrocarril de vía doble. El ancho para dos carriles ronda los 9 m, y la altura libre es alrededor de los 5 m. Lo normal es que se construyan túneles de dos carriles únicamente ya que en todos los túneles el aumento del ancho repercute de manera desproporcionada en el costo, al tenerse no sólo que excavar un mayor volumen sino también aumentar el espesor del revestimiento. Por ello es preferible excavar dos túneles paralelos con dos carriles cada uno cuando las necesidades sean de cuatro vías (dos para cada sentido). Un túnel excepcional en lo que se refiere a la anchura es el de Saint-Cloud en la autopista del Oeste a la salida de París que dispone de cinco vías de circulación. En cuanto al equipamiento del túnel es necesaria una iluminación que debe ser potente en la entrada, sobre todo de día, y disminuir progresivamente hacia el interior cuando ya el ojo humano se ha adaptado al cambio de luminosidad exterior-interior. La ventilación debe prever hasta las situaciones de emergencia, como colapsos de transito e incendios. El proyecto de ventilación tiene gran influencia en el proyecto y la construcción del túnel, 13 | P á g i n a

pues el paso de los conductos de aire ocasiona problemas de espacio, y los futuros pozos de ventilación del túnel se pueden utilizar durante la construcción para multiplicar los frentes de excavación del túnel y también como ventilación. 5.4 Explosivos, iniciadores y accesorios Los tipos de explosivo que se utilizan en túneles dependen de las características de la roca, principalmente de su densidad, resistencia a compresión y velocidad de propagación sónica de la roca. Además, los explosivos, durante la detonación, deben generar gases no tóxicos, lo que limita el tipo de explosivos en interior. El tipo de explosivo también depende del grado de humedad existente en la roca. Los explosivos industriales han evolucionado desde un inicio extremadamente rudimentario hasta llegar a ser sofisticados, basados en la investigación y orientados en los métodos de su aplicación. Proveedora de poderosos instrumentos para extraer materias primas de la tierra y construir nuestro mundo moderno. Los componentes que forman los explosivos y que al ser detonados generan una gran cantidad de energía y poder, y que se multiplican varias veces en una voladura de mina de superficie o en construcción, sin embargo, para el usuario una voladura bien diseñada se distingue no solo por la violencia de la detonación, sino por la progresión ordenada del movimiento de la roca y el sonido sordo de ésta. Cuando el explosivo se retarda y se confina apropiadamente en el macizo rocoso, la mayor parte de la fuerza demoledora de éste, se absorbe y la energía se puede controlar, pero tal control puede llevar al usuario a una sensación falsa de seguridad, por lo cual sin importar cuán bien controladas hayan estado las voladuras anteriores o que tanta confianza tenga el usuario en su experiencia, siempre debe preparar cada voladura de modo que, tanto la vida, como la infraestructura que se encuentren en él área, queden debidamente protegidas en caso que se pierda el control de dicha energía. La SEDENA 14 | P á g i n a

(Secretaria de la Defensa Nacional) clasifica todos los productos explosivos de la siguiente manera: • Altos explosivos

• Cordón detonante

• Agentes explosivos

• Conductores

• Iniciadores

Los productos que se utilizan comúnmente en la construcción de túneles, son los siguientes: 

Altos explosivos: hidrogeles, emulsiones y booster´s (PETN y TNT)



Medidas: 2” x 16“para excavación de portales 1” x 8”; 1” x 16”; 1 ¼”x 8”, 16”; 1 ½” x 16” para barrenos de producción 1” x 39” con densidad de 0.85 g/cc para barrenos de perfilamiento y precorte



Agentes explosivos (ANFO): Mezcla de nitrato de amonio y diésel, en el mercado nacional se producen 2 tipos, Anfo normal (0.85 g/cc) y de baja densidad (0.65 g/cc); éstos producto se inyecta en las frentes mediante una olla de presión que deberá trabajar entre 70 y 100 lbs.



Cordón detonante: Son 3 tipos, de 4, 5 y 10 granos de PETN, tela trenzada y otros materiales, con un núcleo de Tetranitrato de Pentaeritritol (PETN); solo los cordones reforzados (10 granos) se utilizarán para iniciar un alto explosivo.



Conductores: Mecha de seguridad; ésta mecha consiste en un corazón de pólvora negra fina, envuelta en yute acordonado fuertemente y sumergido en barniz caliente; tiene una velocidad de 135 seg/m.



Iniciadores: El tipo de iniciadores que se encuentran en el mercado son eléctricos con y sin retardo, no eléctricos con retardo y electrónicos.



Fulminantes: Cápsulas de aluminio con una carga primaria de azida de plomo y estibnato de plomo, así como una carga base en la punta del fulminante de PETN.

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6. OBJETO Y SITUACIÓN DEL PROYECTO 6.1 Objeto del estudio Geológicamente el área en donde se tiene previsto la construcción de un Túnel se ha determinado la presencia de roca que aflora en gran parte del Cerro Villonaco. 6.2 Consideraciones generales El área de estudio comprende la vía Loja Catamayo y un sector de la carretera antigua, las alturas están entre las cotas 2000 msnm que es la parte más baja de la cuenca, aumentando progresivamente hasta los 2640 msnm hacia el Este en las partes bajas del cerro Villonaco y al Este hacia la Cordillera de Yanacocha. El acceso hasta la provincia de Loja es bueno porque existe vías de primer orden, a través de carreteras como la Panamericana que conduce desde Quito hacia Cuenca y Loja, GuayaquilLa Avanzada-Loja, además la carretera actual que conduce hasta Catamayo es de primer orden a excepción de varios tramos que existen inconvenientes en su vía sean estos asentamientos o deslizamientos de sus taludes. 6.3 Metodología de trabajo La metodología de trabajo utilizada en la presente investigación, se resume en las siguientes actividades: 

Recopilación de información afín



Reconocimiento geológico de campo

6.4 Recopilación de la información 

Previo a la ejecución de los trabajos de campo, se efectuó la recopilación y análisis de varios documentos referentes a las características de la zona:



Hoja Geológica de Nacional, Edición, Esc. 1: 1’000.000



Mapa Hidrogeológico del Ecuador, Esc. 1: 1’000.000 16 | P á g i n a



Mapa topográfico de Loja. Esc. 1:50000



Mapa geológico de Loja, Esc. 1: 100.000



Mapa geológico de Gonzanamá, Esc. 1:100.000

7. INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO 7.1 Ubicación y acceso El área de estudio se encuentra ubicada en la provincia de Loja, entre los cantones Loja y Catamayo. Para acceder al mismo se ingresa por el barrio Los Eucaliptos y se desplaza hasta la vía de segundo orden a 380 metros de la Planta de Distribución de Energía de CELEC, en donde se ubicaría la entrada del túnel en las siguientes coordenadas: X=694058; Y=9558340 y Z=2400msnm. Y finaliza pasando el cerro Villonaco al 20 Km de la ciudad de Loja, ubicado en las siguientes coordenadas: X=690617; Y=9558177 y Z=2352 msnm.

Ilustración 2. Ubicación de los cantones del área de estudio Fuente: Google Earth

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Ilustración 3. Ubicación Túnel Loja – Catamayo Fuente: Grupo de Trabajo

7.1 Geomorfología Desde la ciudad de Loja hacia Catamayo existen zonas morfológicas de pie de monte y de Montaña, presentan lomas alargadas y redondeadas con pequeños valles pasando paulatinamente a un relieve con pendientes abruptas, hay deslizamientos rotacionales y trasnacionales en las laderas, se presenta un cambio morfológico importante, ocurre en el contacto geológico entre rocas sedimentarias y rocas metamórficas resultando zonas con pendientes fuertes. Desde las faldas del Cerro Villonaco nacen una serie de drenajes tipo dendrítico que ha dado lugar a la formación de una morfología de ladera. 7.2 Hidrografía 7.2.1 Loja Al extremo Este de la provincia se encuentra la cuenca alta del río Santiago, en la que está ubicada la ciudad de Loja. Esta cuenca que cubre una superficie de 634 km2, forma parte de la vertiente del Atlántico, y limita con la Provincia de Zamora-Chinchipe. Finalmente en el centro y Sur de la provincia, ocupando el 65 % de su área, se encuentra el sistema Chira-Catamayo (7.086 km2) conformado por tres grandes cuencas: en el centro la 18 | P á g i n a

cuenca del río Catamayo, al Sur la cuenca del río Macará, que limita con el Perú y al Noroeste la cuenca del río Alamor. A partir de la unión de los ríos Catamayo y Macará se inicia la Cuenca Baja (Inferior) o cono de deyección del sistema Catamayo-Chira, que constituye la franja de Zapotillo. Todas las cuencas, subcuencas y microcuencas generan agua que escurre a través de un sistema de drenaje "dendrítico", característico de ríos de "alta montaña", genéticamente en estado "juvenil", y de "valle" en las partes bajas y planas donde el río ha llegado a su estado de semimadurez. 7.2.1 Catamayo La mayor parte de la red hídrica de la zona de estudio se centra hacia el eje noroccidental del polígono, el tipo de hidrografía es dendrítica, destacando las quebradas de Trapichillo, la misma que corre en dirección Este – Oeste, a esta quebrada desembocan pequeñas quebradas de menor caudal como la Shiyuyacu, Moyetingo, el Limón. Hacia la parte occidental del polígono la principal fuente hidrográfica lo constituye el rio Guayabal que junto al rio Boquerón forman el gran rio Catamayo. Del lado oriental del área la red hidrográfica lo conforman las quebradas Seca y San Miguel. Es de mencionar que la mayor parte de drenajes naturales aportan con caudal únicamente cuando las precipitaciones aumentan en la zona, es decir en época de invierno. 7.3 Geología 7.3.1 Geología Regional La geología regional que tiene relación al área de estudio, se refiere fundamentalmente a la provincia de Loja, la cual, desde el punto de vista geológico, es una parte de los Andes, la cual se encuentra conformada por rocas metamórficas del Paleozoico al Este y rocas volcánicas y sedimentarias del Cretácico y Terciario que ocupa el resto de la provincia.

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Las formaciones geológicas de la provincia de Loja son de tipo volcánico, metamórfico y sedimentario, de acuerdo a esto, donde se encuentra ubicado el lugar de estudio está constituido por varias formaciones geológicas, entre las cuales se puede destacar las siguientes: Estratigrafía La cuenca de Loja en su totalidad está conformada por rocas sedimentarias de tipo lacustre ya que en tiempos geológicos fue una laguna y esta al trascurrir los años geológicos se secó depositando los sedimentos y formando los diferentes estratos o formaciones. Formación Chiguinda (conocida anteriormente como Serie Zamora). Está constituida fundamentalmente por rocas metamórficas como filitas, pizarras, esquistos, gneiss y cuarcitas que afloran una gran extensión que incluye las provincias de Loja y Zamora Chinchipe. Algunos estudios han determinado que la Formación Chiguinda tiene una edad paleozoica porque un granito semejante situado dentro de esta formación metamórfica ha proporcionado una edad radiométrica de 168millones de años. 7.3.2 Geología Local El área de estudio forma parte del sistema montañoso Austral Andino del Ecuador, caracterizado por la ausencia de estrato-volcanes y poca glaciación de las montañas. Tabla 1. Geología Local

FORMACION

LITOLOGIA

PERIODO

Formacion Trigal

Conglomerados, arcillas, lutitas.

Mioceno

Unidad Tres Lagunas

Granitoides

Paleozoico

Rocas Intrusivas

Granodiorita, granito, pórfido

Cenozoico

Unidad Chiguinda

Pizarras, cuarcitas

Paleozoico

Fuente: ODEPLAN, 2008. Formación Trigal (Mioceno): Esta formación aflora en la base de la secuencia sedimentaria en el lado Oeste de la Cuenca de Loja, está constituida por conglomerados, arcillas, lutitas en su mayor parte, localmente está finamente laminada y puede contener 20 | P á g i n a

delgadas capas de yeso. La naturaleza arcillosa de la formación también contribuye a la inestabilidad, especialmente cuando está saturada de agua. La Formación Trigal buza suavemente al Este debajo de la Formación San Cayetano con la cual se encuentra en relación concordante, al Oeste yace discordantemente sobre los metamórficos y hacia el Sur esta fallada contra las rocas metamórficas. Unidad Agoyán: Esta unidad de esquistos pelíticos y gneises tiene pequeños afloramientos al norte de Loja. Los afloramientos de esta unidad son angostos y desordenados por plegamientos y fallamiento; los contactos con las unidades adyacentes son tectónicos y su potencia total no es conocida. La unidad está asociada cercanamente con el granito de Tres Lagunas y esencialmente remplaza en el Norte de la cordillera a la unidad Chiguinda Unidad Chiguinda.- Las rocas que constituyen esta serie geológica, se localizan al Este de la cuenca en los alrededores del Parque Nacional Podocarpus, y se correlacionan con el Grupo Salas en el Perú que aflora al sureste de la cuenca catamayo chira, constituyendo el basamento rocoso de estos sectores. Al sur de la ciudad de Loja, a lo largo del camino de Loja a Yangana existe un predominio de esquistos alternados con pizarras, estas últimas aumentan de porcentaje en el sector entre Vilcabamba y Yangana. hasta el Nudo de Sabanilla, en cambio existe un predominio de gneis biotíticos y cuarcitas. La dirección general de la foliación de las rocas está entre NNE-SSW. Y NNW-SSE., y están plegadas isoclinalmente siguiendo ejes de dirección igual. Estas rocas se presentan de fracturadas a muy fracturadas, siendo las cuarcitas y los gneis las que han resistido de mejor manera a la actividad tectónica. A la serie Zamora se la denomina actualmente Unidad Chiguinda.

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8. GENERALIDADES DE TUNELES Las razones fundamentales para desarrollar la construcción de un túnel varían: a) Topografía: la topografía del terreno puede limitar la implantación de una obra civil cuyas especificaciones obligan a tener pendientes límite y trazado del eje. b) Económicas: en muchas ocasiones resulta más conveniente atravesar montículo o un obstáculo mediante un túnel que rodearlo; por lo cual el tiempo también puede disminuir considerablemente al ejecutar esta construcción. c) De Ordenación urbanística y de tráfico: la implantación de metros subterráneos facilita la movilidad en las grandes urbes. d) Estéticas y salud: para la circulación de aguas residuales y saneamiento en las ciudades. e) En Minería: aunque se suelen denominar galerías o pozos, dependiendo de la orientación, su fin es unir dos puntos, en el caso, para acceder a la explotación de una mina. Características de un Túnel: 

El diseño en planta del túnel se desarrollará en función de los puntos de entrada y salida, así como del estudio geotécnico que determinará la estabilidad del terreno.



La rasante dependerá de los parámetros determinantes de la obra a realizar, la pendiente máxima admitida, del mejor drenaje del agua motivo por el cual es normal diseñar túneles convexos o con cierta pendiente en la calzada.



La sección está directamente relacionado con el estudio geomecánica del terreno para construirlo y de las características de la obra. El túnel debe mantener la pendiente del canal o la rasante de la vía, y seguir la distancia más corta la cual se verá alterada por las condiciones topográficas, geológicas y geomorfológicas del terreno.

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

La forma de la sección del túnel debe ser tal que su área permita la circulación del caudal máximo como del tráfico y resista las presiones, las cuales determinan la forma de sección y el tipo de revestimiento del túnel

8.1 Estudios Preliminares Todas las construcciones subterráneas necesitan de una detallada y extensa investigación antes de su proyecto, para que se pueda hacer la mejor elección de su trazado y diseño. Esta necesidad es, sin duda, mayor que para otro tipo de construcciones e implicará el estudio geológico del terreno, de sondeos y de túneles de reconocimiento. No obstante, no hay que olvidar que la investigación continuará realizándose también durante la construcción. 8.1.1 Estudios geológicos El estudio de la zona por donde va a atravesar el túnel, comprende el conocimiento del Mapa Geológico afectado a la totalidad del trazado proyectado y sus posibles variantes para decidir con pleno conocimiento de causa. Este estudio determinara con aproximación la naturaleza de los terrenos encontrados, su repartición a lo largo del trazado, poniéndose la atención máxima en los sitios donde posiblemente existan accidentes geológicos como fallas y regiones de dislocación. Mediante este estudio se intenta además determinar las posibles zonas de afloramiento de agua subterránea así como terrenos muy malos, mediante este estudio se puede rechazar o modificar un trazado. Todos estos datos son de carácter general y pueden ser insuficientes en determinadas zonas, por lo que se deben complementar con sondeos y galerías de reconocimiento. 8.1.2 Sondeos La perforación con barrenos es el método más utilizado por razones de flexibilidad, rapidez y economía. El diámetro de los agujeros varía de 100 a 400 mm. y la profundidad puede superar 23 | P á g i n a

ampliamente los 100 m. Se hace el agujero por métodos de percusión, alzando y dejando caer la herramienta adecuada según el tipo de terreno, o haciendo girar por medio de una varilla una broca de perforar o un barrenador. Se entiba con tubos de acero que se hacen bajar por el agujero. Aunque la barrena haya fragmentado la roca, ésta se puede identificar. Las muestras inalteradas requieren el uso de una broca anular con la que se extrae un núcleo. Los pozos de sondeo tienen la ventaja de que se pueden diseñar para su posterior utilización, bien durante la construcción del propio túnel con la finalidad de multiplicar los frentes de excavación o como tiros de ventilación provisionales o definitivos. 8.1.3 Túneles de reconocimiento Los túneles de reconocimiento son sin duda el método de exploración que da más información para la construcción del túnel. Se pueden excavar partiendo de las bocas del túnel o del fondo de los pozos de sondeo; pueden llevar la dirección del eje como túnel piloto que posteriormente será ampliado, o pueden ir en una dirección paralela y a la distancia conveniente para su posterior utilización como galería de servicios o como túnel de drenaje o de ventilación. 8.2 Instalación de Servicios y Equipos para la construcción del Túnel Para la construcción del túnel es fundamental la correcta instalación de equipos y maquinaria de acuerdo con el avance de la obra refiriéndose previamente las instalaciones básicas. Entre las principales tenemos: 

Instalaciones de Energía Eléctrica



Instalaciones de Ventilación



Instalaciones de Aire Comprimido



Instalaciones de Agua a Presión



Instalaciones para los Equipos de Perforación



Instalaciones para Agregados y Producción de Hormigones

24 | P á g i n a



Instalaciones para Evacuación de Agua Subterránea



Instalaciones para Talleres de Ventilación

8.3 Descripción del Trazado La ruta trazada consta de las siguientes medidas: 

Longitud del túnel = 3.47 km



Diferencia de altura= 48m



Pendiente= 1.39%

Ilustración 4. Ruta del Tunel Loja – Catamayo Fuente: Google Earth

8.3.1 Corte Geológico A – A’ )

Ilustración 5. Perfil Geológico del área de estudio Fuente: Grupo de Trabajo

25 | P á g i n a

9. DISEÑO GEOMÉTRICO DEL TUNEL 9.1 Forma del Túnel También conocida como sección tipo dependerán básicamente de dos factores, del gálibo (dimensiones) y de la forma óptima desde el punto de vista geotécnico. El gálibo dependerá de la funcionalidad que se dará al túnel, y mientras que geotécnicamente la forma circular es la que más se adecua a lo óptimo, dentro de las formas comunes se utiliza la forma en herradura, la cual usaremos en nuestra galería. 9.2 Ancho del Túnel (B): Las dimensiones de las galerías dependen de muchos factores entre los principales y más importantes se encuentran: 

Uso que va a tener la excavación.



Dimensiones de los equipos que se van a utilizar en la etapa de explotación.

Para una excavación de sección arqueada el ancho a nivel de la altura de los equipos se obtiene por la fórmula: Dónde:

B0 = m+ KA+ p + n

m: Distancia entre pared y medida de trasporte K: Numero de vías A: Ancho mayor del medio de trasporte P: Espacio entre medios de trasporte n: Espacio de seguridad o uso de mantenimiento 𝑩𝒐 = 𝒎 + 𝑲𝑨 + 𝒑 + 𝒏 𝑩𝒐 = 1 + (2 ∗ 3.5) + 1 + 2 𝑩𝒐 = 11.3 𝑚 9.3 Altura de Túnel (H) 𝑩𝒐 𝑯 = ( ) + 𝟏. 𝟑 𝟐 11.3 𝑯=( ) + 1.3 2 26 | P á g i n a

𝑯 = 6.95 𝑚

Ilustración 6. Seccion Vertical Fuente: Grupo de Trabajo

9.4 Altura de semi bóveda (h1) 𝟏 𝒉𝟏 = ( ) + 𝑩𝒐 𝟑 1 𝒉𝟏 = ( ) + 11.3 3 𝒉𝟏 = 3.76 9.5 Sección útil (Su) 𝑺𝒖 = 𝑩𝒐 ∗ (𝒉 + 𝟎. 𝟐𝟔 ∗ 𝑩𝒐) 𝑺𝒖 = 11.3 ∗ (3.5 + 0.26 ∗ 11.3) 𝑺𝒖 = 72.75 𝑚2

Ilustración 7 Sección útil Fuente: Grupo de Trabajo

27 | P á g i n a

9.6 Sección Vertical

Ilustración 8. Diseño Túnel 1 Fuente: Grupo de Trabajo

Ilustración 9. Diseño Túnel 2 Fuente: Grupo de Trabajo

28 | P á g i n a

10. METODOS DE CONSTRUCCIÓN 10.1 Métodos de Construcción de Túneles La construcción de túneles requiere de un conjunto de medios técnicos y administrativos como son: el suministro y transporte de equipos, materiales de protección drenaje, iluminación, ventilación y el desalojo del material excavado. Cabe señalar la sección de excavación será exacta dependiendo de la calidad de los materiales encontrados durante la excavación del túnel. La construcción de túneles el problema principalmente es el de excavación y transporte; como algo secundario existe la ejecución del revestimiento. La metodología a utilizarse en este proyecto, parte de una posición teórica y conlleva a una selección de técnicas concretas, según el tipo de suelo y alcance de seguridad que deseemos. Bajo este enfoque la excavación del túnel de llevar a cabo en su primera etapa con la fresadora y en lo consiguiente con el método convencional, siguiendo los ciclos de perforación, voladuras y rezague. 10.1.1 Excavación con fresadora La idea de ir profundizando poco a poco en el macizo rocoso y existiendo motivos para evitar riesgos, sorpresas y desprendimientos, optamos por el de iniciar la excavación con fresadora para ir avanzando y perfilando la excavación y si amerita el caso ir completando con y hormigón lanzado, para así poder lograr tener un portal estable, seguro y libre de riesgos, sobre todo en lo que hace referencia a la seguridad de los trabajadores. El sistema a utilizar tiene un impacto ambiental mínimo, no genera sino pequeñas vibraciones dando máxima seguridad a la estructura, reduce las contaminaciones acústicas con respecto a los métodos tradicionales. La fresadora SIMEX-CE modelo TF 800 es una fresadora de doble tambor rotatorio con un eje central y de accionamiento hidráulico, diseñada para ser aplicada directamente en el 29 | P á g i n a

extremo del brazo de la retroexcavadora y es gobernada y dirigida a través del movimiento del brazo de la maquina motriz. La velocidad y avance en el trabajo depende directamente de la dureza del material a fresar, de la profundidad máxima, de la potencia hidráulica disponible y de la facilidad de movimiento de los brazos de la retroexcavadora. La máquina es indispensable es allí donde los normales sistemas de excavación son demasiado débiles y los sistemas de percusión son poco eficaces. Según la geología del lugar, se tiene que los 200 primeros metros del túnel estan constituidos por un material de baja resistencia (conglomerado) y según el rendimiento de la maquina se promedia un avance de 2.1m/día, esto nos da una avance total de 96 días aproximadamente hasta terminar el primer tramo de excavación con fresadora. 10.1.2 Perforación y Voladura Durante muchos años ha sido el método más empleado para excavar túneles en roca de dureza media o alta, hasta el punto de que se conoció también como Método Convencional de Excavación de Avance de Túneles. La excavación se hace en base a explosivos, su uso adecuado, en cuanto a calidad, cantidad y manejo es muy importante para el éxito de la tronadura y seguridad del personal, generalmente se usa dinamita. La excavación mediante explosivo se compone de las siguientes operaciones: 

Perforación con maquina “Jumbo” de un brazo.



Carga de explosivo (Explogel III 11/8´´ x 7´´)



Disparo de la carga



Evacuación de humos y ventilación



Rezaga, con la maquina “Scooptram” de 2m3



Saneo de los hastíales y bóveda



Carga y transporte de escombro

30 | P á g i n a



Replanteo de la nueva tronadura

10.2 Maquinaria y equipos 

Crawler Rock Drill Jumbo (perforadora)

El jumbo hidráulico para su funcionamiento requiere de un sistema de orugas. Es alimentado por una potencia de 440 V. A demás de esta corriente eléctrica, se requiere de agua a presión que va directamente a los barrenos para el proceso de perforación. Las Características del Crawler Rock Drill Jumbo (perforadora) son: Velocidad de perforación de 0,8 a 2 m / min, se puede trabajar con una alta eficiencia. 

Esta máquina jumbo de perforación subterránea tiene un sistema de perforación hidráulica controlada avanzada que es seguro y fácil de manejar.El sistema incorpora la parada automática y la función anti-jamming, la cual asegura que la máquina se detendrá automáticamente al punto final.



Puede caminar con flexibilidad con tracción diesel directa que puede transportar materiales a una larga distancia.



El jumbo doble brazo tiene un bajo centro de gravedad, gran movilidad y estabilidad notable. Es especialmente juego para los túneles de gran sección.

A continuación describiremos cada uno de los parámetros técnicos de la perforadora: Tabla 2. Parámetros técnicos de la perforadora

31 | P á g i n a



Fresadora Rotatoria

Las características de la fresadora son: Es una fresadora en frio destinada a operar con materiales duros y compactos como asfalto, roca y cemento. Se aplica a la mayor parte de las máquinas excavadoras y es ideal para efectuar canalizaciones en materiales duros y compactos, perfilado de paredes en roca y cemento, extracción de materiales en carretera, demolición y dragados. La máquina es indispensable allí donde los normales sistemas de excavación son demasiado débiles y los sistemas de percusión son poco eficaces. Su trabajo produce materiales de pequeñas dimensiones, sin generar fuertes vibraciones en el ambiente circunstante.

Ilustración 10. Fresadora en brazo de excavadora Fuente: Grupo de Trabajo

El motor hidráulico es de pistones radiales y de toma directa con los tambores fresadores de eje horizontal que giran trituran y desprenden el material a fresas. La remoción se efectúa mediante los dientes de “metal duro” de los tambores. Esta máquina se utiliza en el primer tramo (200m) de excavación del túnel vial. 32 | P á g i n a

Tabla 3. Características técnicas de la fresadora



Retroexcavadora

La retroexcavadora es una de las maquinas más versátiles en las áreas de construcción y de obras viales, en lo se refiere a movimientos de tierra y traslado de materiales. Diseñada para cumplir con las más altas exigencias en cuanto a seguridad y por sobre todo de la vida útil de la máquina. En cuanto a la capacidad de excavación es excepcional gracias a la geometría y al potente sistema hidráulico de flujo compensado y sensible a la carga, que proporcionan además una mayor capacidad de elevación y ciclos de carga más rápidos. Acopladores rápidos de la retroexcavadora. Los acopladores rápidos permiten la conexión rápida de accesorios y otras herramientas, en nuestro caso la fresadora y el martillo. El diseño de sujetador de pasadores de alta rotación de la serie E permite cambiar los cucharones sin quitar los pasadores del cucharón. 10.2.1 Explosivos 

Explogel lll

Es una dinamita pulverulenta sensible al fulminante No. 8, posee un alto empuje y buen poder rompedor, su resistencia al agua es aceptable.

33 | P á g i n a

Usos: Esta dinamita es utilizada en gran variedad de trabajos como carga de fondo y de columna, en barrenos sin agua, tanto en minería subterránea como a cielo abierto, obras civiles y otras aplicaciones. Tabla 4. Características del Explosivo

11. EXCAVACIÓN 11.1 Ciclo de Excavación El ciclo de excavación está dado por las diferentes actividades que conllevan al proceso de la construcción del túnel. A esta secuencia de actividades se la conoce como Ciclo Normal de Excavación. El Ciclo Normal de Excavación tiene las siguientes actividades: a. Perforación, b. Carga y Disparo, c. Ventilación, d. Rezaga e. Colocación de Soportes.

34 | P á g i n a

11.2 Perforación Para la etapa de perforación el empleo de los diferentes equipos marca una gran divergencia en cuanto al avance de la excavación. Para la selección de las diferentes clases de equipos se deben considerar dos factores muy importantes los cuales son: 1- La sección del túnel a excavarse y 2- El tipo de material a perforarse. Entre los principales equipos podemos citar los siguientes. 

Martillo perforador, empleado para realizar perforaciones de diámetros y longitudes variables , tienen un peso de 10 a 35 kg.



Máquinas perforadoras, la excavación con estas máquinas se lo hacen a plena sección y sin el uso de explosivos. Se utiliza especialmente para rocas blandas o Rocas tipo IV y V.



Jumbos, son plataformas rodantes que contienen varios martillos cuyo número puede llegar a 12 o más, este equipo es el utilizado en nuestra perforación ya que las ventajas que nos proporciona son: - Mejora en el direccionamiento de la perforación. - Finalización de la perforación en un solo plano. - Disminuye los tiempos de perforación

Se debe considerar que la perforación y voladura forman un solo conjunto. Por lo tanto, si la perforación es realizada correctamente pero la fase de voladura está con cargas de explosivos de potencia y cantidades equivocadas, no sirve de nada. Lo mismo sucede cuando empleando el mejor explosivo con esmero y cuidado para una carga de potencia apropiada, el taladro en su profundidad, paralelismo y densidad no ha sido perforado correctamente. 35 | P á g i n a

Por consiguiente es necesario definir mediante cálculos y observaciones en el sitio comprobar que la perforación con los taladros sea correcta en su distribución, longitud, diámetro, dirección y cuidando y que las cargas con explosivos sean las apropiadas y necesarias. De esta forma se asegura que en la detonación de cada barrenado se cumpla con el avance máximo planificado. La perforación en general depende sobre todo de la dureza de los minerales componentes y del tamaño de grano de los mismos. 11.2.1 Diseño de Malla de Perforación Datos: 

Roca: Semi dura – dura



Sección: 11.3m x 6.95m



Barrenos: 2.435m



Eficiencia perforación: 91%



Eficiencia voladura: 92%



Velocidad de perforación: 0.8m/min



Explosivo: Explogel III 11/8´´ x 7´´ = 28mm x 177.8mm = 2.8cm x 18cm o Peso: 0.128kg o Longitud: 18cm



Factor esponjamiento: 0.9



Densidad promedio de la roca: 2.75



Distancia inclinada o real: 3470m 11.2.1.1 Numero de taladros 11

𝐴𝑟𝑒𝑎 = 𝑏 ∗ ℎ ∗ 12 A = 71.9m2 𝑃𝑒𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 4√𝐴 P = 33.92m 36 | P á g i n a

𝑁° 𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑟𝑜𝑠 = 10√𝐴 𝑁° 𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑟𝑜𝑠 = 10√71.9m2 = 84.79 ≅ 85 N° taladros totales = 85 + 2 alivio + 1 drenaje = 88 taladros 11.2.1.2 Factor de carga 

Longitud de taladro, taco y cargado 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑟𝑜 = 𝑙𝑜𝑛𝑔 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜 ∗ 𝑒𝑓. 𝑝𝑒𝑟𝑓. 𝐿𝑜𝑛𝑔. 𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑟𝑜 = 2.435𝑚 ∗ 0.91 = 2.22𝑚 1

2

𝑇𝑎𝑐𝑜 = 3 ∗ 𝑙𝑜𝑛𝑔. 𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑟𝑜 = 0.74𝑚 𝐿. 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑑𝑎 = 3 ∗ 𝑙𝑜𝑛𝑔. 𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑟𝑜 = 1.48𝑚 

Avance por disparo 𝐴𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑎𝑟𝑜

= 𝐿. 𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑟𝑜 ∗ 𝑒𝑓. 𝑝𝑒𝑟𝑓.∗ 𝑒𝑓. 𝑣𝑜𝑙.

𝐴𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 = 2.435𝑚 ∗ 0.91 ∗ 0.92 = 2.04𝑚 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑎𝑟𝑜 

Número de cartuchos por taladro y peso de los cartuchos

𝑁°

𝑐𝑎𝑟𝑡𝑢𝑐ℎ𝑜𝑠 𝐿. 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑑𝑎 1.48𝑚 = = = 8.22 𝑐𝑎𝑟𝑡𝑢𝑐ℎ𝑜𝑠 ≅ 9 𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑟𝑜 𝐿. 𝑐𝑎𝑟𝑡𝑢𝑐ℎ𝑜 0.18𝑚 𝑁° 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑟𝑡𝑢𝑐ℎ𝑜𝑠 = 9 ∗ 88 = 792 𝑐𝑎𝑟𝑡𝑢𝑐ℎ𝑜𝑠

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑟𝑡𝑢𝑐ℎ𝑜𝑠 = 792 𝑐𝑎𝑟𝑡𝑢𝑐ℎ𝑜𝑠 ∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑡𝑢𝑐ℎ𝑜 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑟𝑡𝑢𝑐ℎ𝑜𝑠 = 792 𝑐𝑎𝑟𝑡𝑢𝑐ℎ𝑜𝑠 ∗ 0.128𝑘𝑔 = 101.38𝑘𝑔 

Volumen roto por disparo, día y volumen total 𝑉𝑜𝑙. 𝑡𝑜𝑡𝑜 = 𝐴 ∗

𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑗𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑎𝑟𝑜

37 | P á g i n a

𝑉𝑜𝑙. 𝑟𝑜𝑡𝑜 = 71.9m2 ∗ 2.04m ∗ 0.9 = 132.0084m3 𝑉𝑜𝑙. 𝑟𝑜𝑡𝑜 = 132.0084𝑚3 ∗ 3(𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜𝑠) = 396.0252𝑚3 𝑑í𝑎 𝑉𝑜𝑙. 𝑟𝑜𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 396.0252𝑚3 ∗ 535𝑑í𝑎𝑠 = 211873.482𝑚3

𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 =

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑟𝑡𝑢𝑐ℎ𝑜𝑠 101.38𝑘𝑔 𝑘𝑔 = = 0.46 𝑣𝑜𝑙. 𝑟𝑜𝑡𝑜 220.014𝑚3 𝑚3

𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =

𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 0.46 𝑘𝑔 = = 0.18 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 2.75 𝑇𝑛

11.2.1.3 Tiempo de perforación 𝑇𝑝 =

𝐿. 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜 2.435𝑚 = = 3.04𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑒𝑙. 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 0.8 𝑚/𝑚𝑖𝑛

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 3.04𝑚𝑖𝑛 ∗ 88 𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑟𝑜𝑠 = 267.85 𝑚𝑖𝑛 𝑇. 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑝. = 267.85 𝑚𝑖𝑛 + (0.5 ∗ 88) = 311.85 𝑚𝑖𝑛 = 5.2 ℎ 11.2.1.4 Distribución de barrenos en la malla de perforación 

Espaciamiento entre cada barreno: 0.60m



Alivio: 2 taladros



Desagüe: 1 taladro



Ayudas: 4 ayudas x 4 taladros cada una = 16 ayudas



Arrastres: 18 taladros o 𝐴𝑟𝑟 =



𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜

10𝑚

= 0.60𝑚 = 16.6 ≅ 17 + 1 = 18

Cuadradores: 7 taladros por lado = 14 taladros o 𝐶𝑢𝑎𝑑 =



𝑒𝑠𝑝

𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑠𝑝

3.2𝑚

= 0.6𝑚 = 5.33 ≅ 6 + 1 = 7

Corona: 31 taladros o

𝐿𝑜𝑛𝑔. 𝑎𝑟𝑐𝑜 𝑒𝑠𝑝

= 𝑃 − 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 − 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑟. −𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑖𝑧𝑞. 38 | P á g i n a

o 

𝐿𝑜𝑛𝑔. 𝑎𝑟𝑐𝑜 𝑒𝑠𝑝

=

33.92𝑚−10𝑚−3.2𝑚−3.2 0.6𝑚

= 29.2 ≅ 30 + 1 = 31

6 taladros de producción

11.2.2 Malla de perforación

Ilustración 11. Diseño de Malla de Perforación Fuente: Grupo de Trabajo

11.3 Carga y Disparo Terminada la perforación se procede al retiro del equipo no utilizado en esta actividad, porque la carga de los explosivos requiere de mucho cuidado por lo cual las medidas de seguridad deben ser estrictamente observadas, entre ellas podemos citar: 

En la operación con explosivos solamente puede tomar parte, personal calificado en estas faenas de confianza e integridad.



La iluminación debe ser adecuada y suministrada en toda el área de la voladura, siempre debe existir un sistema de reserva para el caso de una falla de la corriente.



El uso para iluminación de cualquier material de fuego abierto es prohibido, pues el riesgo de explosión es alto o pueden formarse gases nitrosos extremadamente peligrosos.

39 | P á g i n a



Es responsabilidad del personal de seguridad asegurarse que ninguna persona sin autorización tenga acceso al sitio de voladura.



Los huecos perforados deben limpiarse muy bien antes de ser cargados, para lo cual se utiliza una varilla lo suficientemente larga para llegar al fondo de la perforación y con un gancho para retirar los trozos de roca desprendidos por la perforación.



Las cargas de los explosivos deben realizarse con cuidado, procurando que los cartuchos de dinamita deben ser de tal diámetro que puedan ser de fácil colocación en los hoyos perforados.



Los cartuchos deben ser colocados en su lugar en forma compacta, esta compactación se la realiza con un taco de plástico de un diámetro similar al de la dinamita, el hueco debe ser llenado completamente. y de una longitud mayor a la de perforación para facilitar el trabajo,



Para proteger una carga colocada en un hueco perforado, contra un encendido imprevisto o un daño de los detonadores debe usarse tapones conocidos como apresamientos, estos pueden ser formados con cartón húmedo.

11.4 Ventilación Luego de realizar la voladura enseguida se enciende el ventilador eléctrico de 60 hp para que evacue los gases que resultan de esta, luego de que haya transcurrido el tiempo necesario para que el aire contaminado por la voladura el personal puede ingresar, esto con el fin de salvaguardar la integridad física del personal. El tiempo de ventilación es variable, por lo cual está en función directa de la profundidad de avance de la excavación, a menor profundidad menor va a ser el tiempo de la actividad de ventilación.

40 | P á g i n a

11.5 Rezaga Una vez despejado el aire contaminado se procede con el rezague del material, la maquina a utilizar es la rezagadora de pala frontal “Scoop”. Al igual que la actividad de la ventilación la rezaga está en función directa con la profundidad de la excavación, a mayor profundidad de la excavación mayor va a ser el tiempo para la rezaga. Para agilitar el tiempo de la rezaga se planteó regar el material a 15 metros del frontón para que la rezaga total o desalojo del material afuera del túnel se haga mientras se cumple la actividad de perforación, al hacer las dos actividades simultaneas el tiempo del ciclo se reduce sustancialmente. 11.6 Colocación de Soportes Una vez terminada la ventilación se procede a la colocación de los diferentes tipos se soportes dentro del túnel según las especificaciones y planos son los siguientes: 11.6.1 Cerchas IPN 100 Estos soportes permanentes son colocados según las especificaciones en sitios no estables como roca tipo V, en fallas geológicas y sitios donde se autorice. Estos sostenimientos consisten en: perfiles estructurales, curvados en la forma apropiada, planchas de pie, pernos de anclaje, elementos de amarre, miembros de compresión, láminas y cualquier otro elemento estructural de acero, complementados con pernos, tuercas. Para la colocación de las cerchas en forma adecuada se beben tomar en cuenta tres cosas importantes como son: - La alineación del túnel, - El nivel respectivo - La ubicación exacta del perfil, manteniendo la sección del túnel.

41 | P á g i n a

11.6.2 Hormigón Lanzado f´c=250kg/cm2 El hormigón lanzado no es considerado soporte como tal dentro del cálculo estructural del túnel pero sin el hormigón lanzado las cerchas no funcionarían al 100%. 11.6.3 Malla electrosoldada R-126 10*10*4mm Las mallas metálicas electrosoldadas son embebidas en las capas de hormigón lanzado, cumplirán con la especificación ASTM A 185, tendrán un espaciamiento longitudinal y transversal de 10 cm como máximo y el diámetro del alambre será de 4 mm con abertura de 10x10 cm. 11.6.4 Pernos L = 2.15 m Los pernos de anclaje son instalados como soportes permanentes y constan de pernos de acero de 1.5” de diámetro, con una longitud de 2.15 m son inyectados con lechada de hormigón en relación 0.4 en peso, además deben de tener una placa de apoyo con arandelas bisceladas y tuercas. 11.7 Control de avance en excavación de túnel. Toda excavación que se realizó en el túnel cuenta con un control de avance diario para cada turno, este registro permitirá llevar un control tanto para la empresa constructora como para la fiscalización del avance que se va teniendo y de esta manera poder cumplir con el plazo establecido en el contrato. Los rendimientos y tiempos de ciclo de perforación-voladura son presentados a continuación. 11.7.1 Tiempo de perforación 𝑇𝑝 =

𝐿. 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜 2.435𝑚 = = 3.04𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑒𝑙. 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 0.8 𝑚/𝑚𝑖𝑛

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 3.04𝑚𝑖𝑛 ∗ 88 𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑟𝑜𝑠 = 267.85 𝑚𝑖𝑛

42 | P á g i n a

𝑇. 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑝. = 267.85 𝑚𝑖𝑛 + (0.5 ∗ 88) = 311.85 𝑚𝑖𝑛 = 5.2 ℎ 11.7.2 Tiempo de construcción del túnel 𝐴𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 𝐴𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 = ∗ 3(𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜𝑠) = 6.12𝑚 𝑑í𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑎𝑟𝑜

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 =

𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎 3470𝑚 = = 535 𝑑í𝑎𝑠 𝑎𝑣./𝑑í𝑎 6.12 𝑚/𝑑í𝑎

12. HORMIGONADO DEL TUNEL En esta etapa se define las condiciones a las que deberán ajustarse los trabajos de revestimiento con hormigón del túnel, así con hormigones normales el canal dentro del túnel y con hormigones proyectados o lanzados para el sostenimiento del mismo. El hormigonado es la fase final en los trabajos de construcción del túnel y que tiene la finalidad de: 

Asegurar la estabilidad de la obra.



Mantener las características hidráulicas.



Proteger la roca de la meteorización.

La determinación del espesor del hormigonado, está sujeto a varios factores como son: calidad de la roca, durabilidad y utilización futura del túnel construido, esfuerzos a los que se somete el hormigón, sea erosión de roca o presión hidrostática. Antiguamente la determinación del espesor del hormigón en túneles, se calculaba como una estructura libre, sin colaboración de la roca y sometida a cargas horizontales y verticales activas; para las cargas verticales se acostumbraba a tomar la altura total de roca descomprimida; además no se toma en cuenta el sostenimiento ya calculado, generalmente son marcos metálicos, tampoco se toma en cuenta la acción de estabilización de este sostenimiento, pues se considera que sirve solo para la etapa de construcción.

43 | P á g i n a

El hormigonado del túnel se realiza después que se ha excavado un tramo y la roca haya alcanzado el equilibrio y las deformaciones han cesado; por lo tanto solo proporciona una seguridad adicional ante posibles incrementos o acomodos locales de cargas, provocados por acciones sísmicas, acciones físico-química del agua, presiones remanentes de roca etc. La armadura en el hormigón lanzado es una malla electrosoldada R-335 de 15*15cm por 8mm de espesor en la cúpula y los hastiales. Para la solera es hormigón fundido con una armadura tipo malla de varillas de Ø 16 c/25cm. Estos refuerzos son colocados con el objeto de limitar las figuras por flexión, del revestimiento y no para limitar totalmente la ruptura que se produce por corte. 12.1 Sistemas para el Hormigonado Existen muchos sistemas para aplicar el hormigonado en túneles, por lo general el método aplicado consiste en iniciar por la solera del túnel, luego las paredes y finalmente la bóveda. En el caso del túnel del proyecto se lanzo según las zonas de 5 a 15 cm de hormigón a todo el contorno, esto es la bóveda y los hastiales para finalmente realizan la solera del canal con hormigón fundido. 12.1.1 Solera Para hormigonar la solera de un túnel, se ha examinado detenidamente el método a usarse, por lo que es conveniente terminar la excavación del túnel para mantener una vía de transporte libre y que el hormigón de la solera no se halle afectado por el transporte de la maquinaria durante la excavación. Una vez terminado la excavación se prepara el piso y el encofrado, limpiándolo de todo material extraño y de todo escombro. El hormigonado del túnel se realizará de adentro hacia afuera, haciendo deslizar el encofrado con el fin de que el transporte del hormigón no interrumpa el sistema constructivo.

44 | P á g i n a

Para que exista continuidad en el hormigonado es necesario no dejar transcurrir mucho tiempo entre un vaciado y otro, para periodos más largos de tiempo se utilizan las juntas de construcción. En la construcción de la solera del túnel dos juntas básicas que son: 

La de finalización de las labores de un periodo, para reiniciar el siguiente hormigonado.



La segunda es la junta de separación entre la solera y el revestimiento de las paredes.

12.1.2 Paredes En la fundición de las paredes del canal es imprescindible la utilización de bombas con lo cual el hormigonado se facilitará enormemente, el hormigonado se efectuará por tramos para permitir una circulación constante de la bomba del mixer y para que el trabajo en el túnel se realice continuamente. En las paredes se debe tener formas preparadas para los encofrados formaletas, éstas deben ser de madera forradas con una plancha de tol que es lo que realmente va en contacto con el hormigón permitiendo un mejor acabado. Las

sobre

excavaciones

laterales

deberán

rellenarse

con

hormigón

ciclópeo

simultáneamente con el hormigonado, dejando la sección neta de acuerdo al diseño. La manera más adecuada de no dejar espacios libres entre la excavación y el revestimiento es realizando inyecciones de contacto. 12.2 Encofrados El hormigonado de túneles generalmente se lo realiza valiéndose de encofrados, siendo estos de todo tipo de acuerdo a las necesidades y facilidad constructiva, el que se utilizará son los encofrados deslizantes, porque facilitan el avance de obra, tomando en consideración que será hormigonado por tramos con un simple desplazamiento de estos encofrados; también ayudan en el proceso de instalación de drenajes. 45 | P á g i n a

12.3 Tipo de Acabado En el túnel tiene dos tipos de acabados, el primero son los hastiales y cúpula con hormigón lanzado y el segundo en la solera y canal con hormigón fundido. En el primer caso el acabado no tiene ninguna relevancia por lo que funciona principalmente como sostenimiento de la roca, en cambio para el segundo caso de hormigón fundido de solera y canal debe ser una superficie lisa y uniforme, para lo cual se especifica que debe ser compactado al máximo de densidad posible, de modo que esté libre de acumulamientos de agregado grueso o aire atrapado; óptimamente acomodado en las formas del encofrado y de los elementos que van embebidos. El hormigón es consolidado por vibración, golpeteo de los encofrados y vibrado de los mismos. El vibrado tiene periodos comprendidos entre 5 y 15 segundos, inmediatamente después que el hormigón ha sido vaciado. El efecto de vibración no debe ser utilizado para desplazar el hormigón a lo largo del encofrado, sino únicamente para realizar su compactación, teniendo cuidado que este efecto llegue a todos los rincones, pero evitándose que las cabezas de los vibradores topen el encofrado. Al vibrar hormigón en masa, la vibración continuara hasta que se observe que las burbujas de aire atrapado cese de escapar. 12.4 Hormigón Lanzado El hormigón estará constituido por una mezcla de elementos base antes ya mencionados como: cemento, agregados, agua y aditivos; el hormigón será proyectado a alta presión sobre la superficie de los hastiales y cúpula. La capa proyectada es aplicada uniformemente a la superficie de la roca, evitándose luego la producción de escurrimientos o desprendimientos y excesivo rebote. Los espesores de hormigón lanzado: 

Roca Tipo I y II: Una capa de 5 cm 46 | P á g i n a



Roca Tipo III: Dos capas de 5cm

El hormigón lanzado podrá ser aplicado tanto por mezcla en seco como por mezcla en húmedo, para el caso de hormigón lanzado en seco solo se utilizara el aditivo reductor de agua y para el hormigón lanzado húmedo se utilizara los dos aditivos, tanto el acelerador como el reductor de agua. El contratista, previamente, deberá obtener la aprobación de la Fiscalización del método, del equipo que se propone usar y de la dosificación de la mezcla. El hormigón lanzado por mezcla en seco es la mezcla de cemento, agregados grueso y fino y aditivo, proyectado neumáticamente sobre la superficie a tratar, añadiendo el agua dosificada en la boquilla. El hormigón lanzado por mezcla en húmedo, es la mezcla de cemento, agregados grueso y fino, agua y aditivo, proyectado neumáticamente sobre la superficie a tratar. 13. INSTALACIONES DE SERVICIOS 13.1 Instalación de Energía Eléctrica La energía eléctrica será suministrada por una planta de 250 Kw que está localizada cerca de la boca de entrada del túnel y sobre una plataforma de hormigón que garantiza su estabilidad; esta energía es conducida por cables de tensión fijadas en las paredes del túnel, con la finalidad de evitar cualquier incidente que se pueda suscitar por el paso de las máquinas, vehículos y personas. 

La iluminación en el túnel es en base a lámparas alimentadas por una energía de 250 voltios, situadas cada 15m para garantizar así una iluminación eficiente.



Para ventilación existen instalaciones de 440 voltios, tanto para el ventilador exterior como para el interior.



El equipo de perforación funciona con una energía de 440 V, para los cuales se utiliza transformadores de 220/440. 47 | P á g i n a

Tomemos en cuenta que la dotación de energía eléctrica es un elemento básico para la excavación misma del túnel y todas las demás actividades constructivas. 13.2 Instalación de Ventilación La ventilación del túnel será por medio de ventiladores revestibles tipo axial, cuya capacidad es de 1300m3/minuto. El ducto es de polietileno con un diámetro de 70 mm esa manga de ventilación está sometida a presiones relativamente bajas razón por la cual el material con el cual está construido, es de baja resistencia la manga está instalada en la bóveda del túnel, y es aumentada periódicamente en su longitud conservando siempre una distancia de 40 metros entre la boca del ducto y el frente de excavación, esto para dar una mayor maniobra al equipo de perforación y para evitar posibles daños en el momento del disparo, y solucionar los gases acumulados inmediatos al disparo. 13.3 Instalación de Aire Comprimido La provisión de aire comprimido al túnel se lo realizan por medio de una tubería de 2 pulgadas de diámetro conectadas a un compresor y un pulmón de aire. El aire comprimido se utiliza para el funcionamiento del martillo neumático de jumbo, existiendo tomas de aire cada 50mtrs, pues siempre se requiere de martillos neumáticos a lo largo de todo el túnel, por esta razón se necesita contar con tomas de aire cada cierta distancia.

13.4 Instalación de Agua El agua es conducida por una tubería de hierro galvanizado de 2 pulgadas de diámetro al túnel y su captación se lo hace desde la quebrada “Alumbre”. El agua es conducida para satisfacer las necesidades de perforación, hormigón lanzado, inyección de pernos e instalaciones sanitarias en el frente de trabajo.

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14. PRESUPUESTO TOTAL PRESUPUESTO TOTAL - TUNEL VIAL VILLONACO DESCRIPCION DEL RUBRO

UNIDAD CANTIDAD

TUNEL VIAL VILLONACO EXCAVACIÓN Excavación en túnel con fresadora m3 14390 Excavación por Perforación y Voladura m3 211873 Sobreacarreo m3*km 352871 SOPORTES DE ROCA Soportes con cercas en túneles Ton 60 Pernos de anclaje 25 mm (Tresbolillo 3-2) U 5783 HORMIGÓN Hormigón en paredes y muros m3 4442 Hormigón para solera y canales m3 19852 Hormigón Lanzado m3 14517 OBRAS ARQUITECTÓNICAS Tomas eléctricas para iluminación pto 347 Iluminaria Techo Túnel 60W 120V u 347 Tomas eléctricas de fuerza pto 70 TOTAL PRESUPUESTO POR UN TUNEL TOTAL ACUMULADO

PRECIO UNITARIO

PRECIO TOTAL

148 122.28 0.26

2129720 25907830.44 91746.46

75 159.31

4500 921289.73

324.97 265.57 350.97

1443516.74 5272095.64 5095031.49

67.35 57.42 38.79

23370.45 19924.74 2715.3 40’911740.99 81’823481.98

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15. CONCLUSIONES 

Se planteó la propuesta de la construcción del túnel tramo Loja- Catamayo, el mismo que abarca 3.47 Km y tiene una pendiente de 1.4%. Esta ruta establecida reduce el tiempo de viaje de 15 a 20 minutos aproximadamente, dando grandes beneficios a los ciudadanos que transitan esta vía.



Se tomó en cuenta para la caracterización del área los siguientes parámetros: la geología tanto regional como local, la morfología y la hidrogeología; habiendo caracterizado el área de estudio se pudo trazar la ruta por la cual se construirá el túnel, la misma que presenta condiciones adecuadas para que se desarrolle la misma.



La excavación al tener una roca de mala calidad, la opción de excavar con fresadora nos garantiza seguridad en la entrada del túnel, por lo que la fresadora a diferencia de las voladuras no produce grandes vibraciones ni fuerzas de impacto, con esto evitamos que la roca madre se fisure o tenga futuros desprendimientos.



Al encontrarnos con una mejor calidad de la roca después de 200 metros de la entrada al túnel, se debe utilizar el método de excavación con voladuras, que es un procedimiento convencional, el cual es óptimo para el avance programado de la obra.



Teniendo calculado el avance por día del túnel, del primer tramo realizado por excavación con fresadora se obtuvo un tiempo de 96 días y del segundo tramo por excavación convencional con perforación y voladura se obtuvo un tiempo de 535 días; obteniendo así un total de 631 días, equivalente a 1 año 8 meses aproximadamente.

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16. RECOMENDACIONES 

La principal recomendación que puedo percibir sobre todo con los métodos de construcción y durante todo el tiempo de trabajo en la excavación, es tomar todas las medidas de seguridad para evitar un accidente de trabajo.



La maquinaria al ser estas usadas diariamente se debería tener todos los repuestos en bodega para que al momento de un daño cualquiera que sea, los mecánicos tengan todas las herramientas para solucionar el daño y así no perder más del tiempo básico del arreglo.



Para el recorte en la voladura se necesita un explosivo de carga uniforme para tener un mejor terminado del túnel.



Con lo antes dicho necesitamos que la ventilación sea la idónea por lo que la manga de ventilación debe tener los menores quiebres posibles para que el aire no obtenga perdidas de presión.



Se debe darle mantenimiento continuo a las maquinarias y equipos ya que debido al daño de estas se atrasan con el avance de la construcción del túnel, de tal manera que con lleva más gastos, afectando así al presupuesto total del proyecto

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17. BIBLIOGRAFÍA Dávila, R. (2014). Universidad Central del Ecuador . Obtenido de Construccion del Túnel Proyecto Hidroeléctrico: http://www.dspace.uce.edu.ec/handle/25000/2583 Momentos de Mohr. (1 de Noviembre de 2017). Túneles en terrenos blandos. Obtenido de http://momentosdemohr.blogspot.com/2017/11/tuneles-en-terrenos-blandos.html Romana, M. (Marzo de 2006). Comite de Seguridad de Explotación de Tuneles. Obtenido de Universidad

Politecnica

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Valencia

España:

https://www.piarc.org/ressources/documents/actes-seminaires06/c33argentine06/8777,Manuel_Romana_Ruiz.pdf?fbclid=IwAR29tzx95MiGytqiLaXuxk4 C88TpxL84cZI2MS_wwI2SMOCfj_W3PEpxwow S/A.

(2008).

Obtenido

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Diseño

y

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Canales

de

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https://scielo.conicyt.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S071807642017000600012 Soto, P. (2004). Construcción de Tuneles. Obtenido de Universidad Austral de Chile: http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2004/bmfcis718c/doc/bmfcis718c.pdf

18. ANEXOS

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