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EQUIPOS UTILIZADOS EN CONSTRUCCION DE TUNELES, MUROS DE CONTENSIÓN, ROTURA DE ROCAS, PERFORACIÓN

JORGE EDUARDO CAMELO CÓDIGO 0120162019 WEINER JORDAN MOSQUERA CÓDIGO 0120162056 JOSE LUIS RODRIGUEZ GUERRERO CÓDIGO 0120162093 CARLOS HERNAN RODRIGUEZ QUINTERO CÓDIGO 0120162094

INGENIERIA CIVIL CATEDRA DE ADMINISTRACIÓN Y CONOCIMIENTO DE EQUIPOS DE OBRAS CIVILES Y MILITARES

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES BOGOTA, 2018

EQUIPOS UTILIZADOS EN CONSTRUCCION DE TUNELES, MUROS DE CONTENSIÓN, ROTURA DE ROCAS, PERFORACIÓN

JORGE EDUARDO CAMELO CÓDIGO 0120162019 WEINER JORDAN MOSQUERA CÓDIGO 0120162056 JOSE LUIS RODRIGUEZ GUERRERO CÓDIGO 0120162093 CARLOS HERNAN RODRIGUEZ QUINTERO CÓDIGO 0120162094

TUTOR: MARIO ENRIQUE GUTIERREZ QUIJANO Arquitecto [email protected]

INGENIERIA CIVIL CATEDRA DE ADMINISTRACIÓN Y CONOCIMIENTO DE EQUIPOS DE OBRAS CIVILES Y MILITARES ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES BOGOTA, 2018

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCION .............................................................................................. 4 2. JUSTIFICACION ............................................................................................... 5 3. OBJETIVOS ...................................................................................................... 6 3.1

Objetivo general .......................................................................................... 6

3.2

Objetivos específicos .................................................................................. 6

4. EQUIPOS UTILIZADOS EN CONSTRUCCION DE TUNELES, MUROS DE CONTENSIÓN, ROTURA DE ROCAS, PERFORACIÓN ........................................ 7 4.1

PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA................................................. 7

4.2

SISTEMA TUNNEL LINER ......................................................................... 9

4.3

SISTEMA RAMMING ................................................................................ 11

4.4

SISTEMA PIPE BURSTING ..................................................................... 13

4.5

SISTEMA AUGER BORING ..................................................................... 14

4.6

SISTEMA TOPOS .................................................................................... 15

5. COSTOS ......................................................................................................... 17 6. CONCLUSIONES ............................................................................................ 18 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 19

1. INTRODUCCION Un túnel se presenta con frecuencia como una solución alternativa de otras a cielo abierto. Colombia , nuestro país tiene una accidentada orografía a causa de grandes sistemas montañosos, esto ha dado origen a construcciones de túneles de carretera de razonables longitudes 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 (túneles paralelos), mejorando así los niveles de servicios de nuestros caminos. Para seleccionar la mejor alternativa o solución es necesario proceder sistemáticamente; primero un estudio previo, que permita recomendar una solución (a veces varias) y el año óptimo de su puesta en servicio. Luego viene la etapa de anteproyecto de la o las soluciones recomendadas y por último el proyecto de la obra completa A continuación se indican las fases que se deben considerar al construir un túnel: ·El objetivo de la obra subterránea ·La geometría del Proyecto: trazado y sección tipo ·La geología y geotecnia del macizo ·El sistema Constructivo ·La estructura resistente: el Cálculo ·Las instalaciones para la explotación

2. JUSTIFICACION Actualmente nuestro país está manteniendo un crecimiento sostenido en la infraestructura civil, por lo que ha generado que inversionistas extranjeros vean a Colombia como un país estable para invertir. Esto hace que muchos de los proyectos del Estado Colombiano puedan llevarse a cabo, proyectos de gran envergadura como el proyecto hidroeléctrico ituango, Porce III, el túnel de la línea entre otros. En todos estos proyectos los túneles son importantes, esto se da por la necesidad de superar un obstáculo natural debido a lo variable de la topografía colombiana , por su gran importancia para el país, los túneles que se ejecutan son vitales para llevar a cabo estos proyectos tanto en el aspecto económico como en el aspecto de celeridad.

3. OBJETIVOS

3.1

OBJETIVO GENERAL

El objetivo general de este trabajo es ofrecer al lector un documento que le permita tener una visión más clara y global de la descripción del método constructivo de sistemas de perforación a base de tecnología de túneles. Dar una solución a las exigencias que con mayor frecuencia es demandado por la sociedad de cara a la obtención de elevados estándares de confort y calidad hacen del túnel un elemento impresendible en la actualidad en los sistemas viales, hidroeléctricos, etc.

3.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ✓ ✓ ✓ ✓

Diseñar la ventilación adecuada para túneles. Conocer los métodos y procedimientos para perforación de túneles Establecer costos adecuados para las excavaciones de túneles Desarrollar los diferentes tipos de sostenimientos para cada clasificación de roca

4. EQUIPOS UTILIZADOS EN CONSTRUCCION DE TUNELES, MUROS DE CONTENSIÓN, ROTURA DE ROCAS, PERFORACIÓN

4.1

PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA

Este es un procedimiento, rápido, limpio y ecológico, que permite la instalación de servicios públicos como agua, luz, gas, y comunicaciones, de igual manera montaje bajo nivel freático de drenajes marinos, restablecimiento de playas, purificación de suelos. restauración y crecimiento de colectores, es aconsejable usar este tipo de procedimientos en las ciudades ya que es un ahorro significativo en costos, permisos, duración y no necesita zanja. Este método permite la intersección de grandes ríos, autopistas, montañas, carreteras y cualquier obstáculo natural, pues al usar lodos de perforación permite traspasar bajo nivel freático de forma rápida y eficaz. Con este método se instalan tuberías de acero o polietileno desde superficie en diámetros de 2'' a 36'' con longitudes de 2000 mts. Radica en una perforación piloto constituida por un cabezal dirigible donde se encuentra un aparato llamado detector emitiendo ondas de radio, que, al ser mostradas en la superficie, permiten controlar la dirección, profundidad e inclinación del perforado, usando varillas de perforación flexible; posteriormente se amplía la perforación por compactación de fresas hasta obtener el diámetro deseado. Requiere el uso de fluidos de perforación y opera por empuje y rotación, Para planificar correctamente el proceso es necesario un conocimiento exhaustivo del trazado a realizar, especialmente en las líneas de los servicios existentes y las propiedades del terreno. Las fases de la perforación horizontal, por regla general son: ˔ Reconocimiento del terreno. ˔ Elección del equipo de perforación y sus herramientas. ˔ Perforación Horizontal dirigida. ˔ Ensanchamiento(s). ˔ Tiro de la tubería. La maquinaria para este proceso se compone principalmente de tres elementos: ˔ ˔ ˔

Máquina de Perforación Horizontal Dirigida y herramientas de perforación. Mezcladora de bentonita con dos depósitos y en caso necesario una recicladora. Grupo hidráulico para la recicladora.

https://chundersol.com/wp-content/uploads/2017/04/ch-nosotros.jpg

https://www.youtube.com/watch?v=3P2ivgVx938

Las Ventajas de este método son: ˔ ˔ ˔ ˔ ˔ ˔ ˔

Utilizable con todas las máquinas de perforación. No necesita reformas en la máquina. No necesita componentes ni accesorios. Alto rendimiento con caudal mínimo (150 l/min). Costes mínimos para su funcionamiento. No es necesario romper la superficie (pavimento, jardines etc.). Ahorro económico.

˔ ˔ ˔ ˔ ˔ ˔ ˔ ˔ ˔ 4.2

Ahorro en costes sociales (evitas desvíos, vallados, señalización, etc.). Sistema reconocido. Ahorro del tiempo de preparación y realización de la obra. Indicado especialmente para atravesar ríos. El apoyo dinámico del sistema de percusión, facilita el avance y la dirección en terrenos de clase 5, incluso 6. Sistema de perforación en roca Grundolog. Sistema sencillo. Sistema de medición de fuerzas de tiro y de localización. Amplio espectro de utilización. SISTEMA TUNNEL LINER

Tunnel liner es un sistema destinado a la construcción de túneles en zonas urbanas, en base a planchas de acero corrugado, cuyo diseño permite el armado desde el interior, eliminando el impacto de zanjas en intervenciones de tránsitos en la superficie. De esta forma el Tunnel Liner constituye una solución económica, flexible y rápida para construir sistemas de drenaje de aguas lluvias y aguas servidas. El Sistema Tunnel Liner, permite construir alcantarillas, túneles de ventilación, chimeneas, piques y otros servicios públicos como: redes de gas y electricidad en forma rápida y segura. Las estructuras Tunnel Liner, son unidas por pernos y pueden ajustar sus geometrías a los requerimientos del proyecto. Para la construcción de un túnel utilizando Tunnel Liner, se construye un pozo vertical, utilizando láminas de acero corrugado. El pozo alcanza una profundidad hasta de 10 metros en promedio, para no interferir con otros servicios canalizados en forma subterránea. La instalación del sistema se realiza a través de secciones de láminas de acero, fáciles de trasladar por una persona, se hace la excavación, disponiendo de una primera lámina como protección para luego ir completando secciones de anillo; una vez se han completado 2 anillos, se ejecuta un proceso de sellado en los bordes de sobreexcavación y se inyecta un mortero para rellenar el espacio entre la tubería y el sistema. Al acabar el Tunnel Liner, se puede revestir en concreto para su uso final. Esta es una combinación sin igual de alto rendimiento y un túnel a bajo costo, que ofrece ventajas excepcionales: ˔ Economía de la construcción en el tiempo, la excavación, materiales, mano de obra. ˔ Ayuda máxima por longitud dada con un peso mínimo de acero. ˔ Variación estándar de diseño de la placa, para todas las formas de túneles en suelo seco o mojado. ˔ Fuerza predecible, resistente al fuego.

˔ ˔ ˔

El apoyo continuo durante la fase de explotación minera crítico en un túnel suelo blando. Fácil de almacenar, manipular y erecto o si el túnel es recto, curvo, circular, elíptico o de herradura en forma. Placas de juntas de sellado, se detienen las fugas de agua y reducen la pérdida de aire cuando el agua es un problema.

http://www.corpacero.com/somos/PublishingImages/corpacero/historia/Pozos%20de%20Acceso%20para%20Construccion%20de%20Tunnel%20Liner.jpg

https://www.youtube.com/watch?v=dEMwsjcRBr8

4.3

SISTEMA RAMMING

Utilizado para hincar tubos de acero como definitivos o bien como tubos de protección, hasta un diámetro de 4000 mm y una longitud de 80m. Para su funcionamiento se va hincando la tubería de acero y se va soldando tubo por tubo sucesivamente, hasta lograr la longitud deseada. El equipo es de forma cilíndrica, excepto en las partes anterior y posterior, que son de forma cónica para la adaptación del cono de empuje. La propulsión se realiza con compresores de aire que transmiten la fuerza necesaria a la máquina y esta a su vez al tubo a instalar; posteriormente se extrae el suelo dentro de la camisa con agua a presión, aire comprimido o manualmente. Este sistema es ideal para instalaciones de grandes diámetros.

http://www.perforacioneseingenieriacolombiasas.com/img/0481/705.jpg

En la Perforación con Sistema Ramming se realiza un empuje dinámico, gracias a máquinas con funcionamiento neumático. Con ellas se pueden hincar tubos de acero definitivos o tubos de protección, con un diámetro máximo de 4.000 mm y una longitud de 80 metros a través de una gran variedad de tipos de suelo comprendidos entre las clases 1-5 e incluso hasta la 6, de forma económica y por debajo de vías de ferrocarril, autopistas, ríos, etc. El sistema ramming Funciona con aire comprimido, su forma es cilíndrica, menos en la parte anterior y posterior, donde presenta una forma cónica para facilitar la adaptación del cono de empuje, segmentos de empuje y/o cono de vaciado, los cuales transmiten la fuerza de la máquina al tubo a instalar. Con la utilización del cono de vaciado y a través de sus 2 orificios, se extrae parte del terreno y se libera la presión creada. La utilización de los segmentos de empuje impide que el tubo se abocarde, facilitando además una buena soldadura. Los tubos

con soldadura helicoidal deben ser lijados en la parte de la soldadura, antes de poner los segmentos para que éstos tengan un empuje homogéneo.

http://www.redesytuneles.com/img/0049/944.jpg

La propulsión de la máquina se realiza con un compresor estándar de obra. Los tubos de acero se van hincando sucesivamente después de ser soldados. Por su robusta construcción, el RAM más grande de Tracto Technik desarrolla una energía de empuje de hasta 40.000 Nm, distribuidos de manera óptima por todo el tramo de la tubería. La velocidad media de avance es de 10 m/h. Después de haber hincado toda la tubería, se realiza el vaciado total con agua a presión, combinada con aire comprimido o solamente con agua a presión. Hasta DN 500 se permite, siguiendo las normas de seguridad, el vaciado sólo con aire comprimido, aunque en diámetros mayores el vaciado se puede realizar manualmente con maquinaria auxiliar.

https://www.youtube.com/watch?v=GoF-hx0h6e0

Ventajas del Sistema Ramming: • Mínima apertura de superficie y reposición (adoquinado, jardines, etc.). • Ahorro económico y social (es posible trabajar sin realizar cortes de carreteras). • Sistema muy reconocido en el mundo. • Ahorro de tiempo en la preparación de la obra. • El empuje dinámico mediante golpes, puede romper obstáculos que se presenten en el camino de la perforación, estos golpes también hacen mas precisa la perforación, ya que los obstáculos entran dentro del diámetro del tubo sin ser empujados. • Sin espirales que puedan quedar encajadas. • El terreno permanece dentro del tubo durante toda la perforación, no pudiendo entrar, por ejemplo, agua durante el cruce de un río. • El recubrimiento necesario para el trabajo es mínimo, por lo que las cajas no tienen que ser muy profundas. • Fácil manejo y utilización. • Se adapta a todos los diámetros de los tubos mediante los fuertes conos adaptadores. • Amplio espectro de utilización. 4.4

SISTEMA PIPE BURSTING

Restitución de Tuberías: La máquina de restitución instala el tren de varillas por dentro de la tubería a sustituir, (en acueductos y alcantarillados) en diámetros de 3'' a 60'', desde el pozo de inicio hasta el de salida en longitudes de 80m a 100m. Se conecta una cuchilla de corte y ensanchamiento de mayor diámetro del pozo de salida, el tubo viejo es reventado y compactado a lo largo de la sustitución. En el terreno la tubería nueva es instalada a medida que se va recogiendo el tren de varillas instaladas anteriormente. Esta tecnología permite el reemplazo de tuberías de hierro fundido, concreto, asbesto, pvc y materiales fracturables en general, por unas nuevas de polietileno del mismo diámetro o mayor, según las condiciones del subsuelo.

http://www.tttechnologies.com/methods/pipe-bursting/

https://www.youtube.com/watch?v=HX5beh0ubGY

4.5

SISTEMA AUGER BORING

Con una serie de cabezales de corte, lubricantes y equipos de monitoreo, ofrecemos una solución ideal para la instalación de cubiertas de acero y conductos, en los que no se permiten los métodos convencionales a cielo abierto, práctico, ambiental y económicamente viables.

http://procedimientosconstruccion.blogs.upv.es/2015/10/29/perforacion-horizontal-con-tornillo-sin-fin-horizontal-auger-boring/

La perforadora de Tornillo Sin Fin se utiliza para instalar tuberías de acero de 4'' a 96'' en longitudes hasta de 200m para el paso de avenidas, ríos, canales, aeropistas, cruces férreos, etc; y en la instalación de tuberías para servicios públicos

tales como oleoductos, acueductos, alcantarillados, energía y telecomunicaciones. La perforación se puede realizar horizontalmente en diferentes tipos de suelos (arenosos, arcillosos, canto rodados y roca) utilizando una cabeza de corte giratorio, mientras que la fuerza de hinca la proporcionan unos cilindros de empuje hidráulico. La tubería de acero y las secciones del Sin Fin se van añadiendo a medida que la máquina avanza. Los escombros se evacuan del Tornillo Sin Fin a través de la tubería y son conducidos hasta el inicio de la perforación. Las ventajas de Auger Boring • Puede operar desde un árbol tan pequeño como 2.40 m. • Método seco de la instalación - no genera lodo. • Sin interrupción de superficie, edificios, carreteras, fluvial, ferroviario o el tráfico. • No se ve afectado por los obstáculos superficiales. • Se puede utilizar para instalar tuberías en condiciones de terreno modificables. • Es rápido y en muchos casos tiene menores costos generales.

https://www.youtube.com/watch?v=PBi-662PGEw

4.6

SISTEMA TOPOS

Los martillos neumáticos cilíndricos o topos, son equipos que compactan el suelo al desplazarlo radialmente, lo que permite dejar una cavidad circular a lo largo de la trayectoria en la cual se instala posteriormente el tubo requerido. Este método puede ser empleado en suelos compactables como: arcillas, limos, arenas o mezclas. Los suelos ideales de perforación son las arcillas y limos de densidad media con resistencia a la compresión inconfinada entre 1,0 y 2,5 kg/cm2; sirve para instalación de ductos de1/2'' a 4'' en longitudes hasta de 20m. Para realizar la perforación se requiere construir una caja de lanzamiento y una de recibo, cuando se instalan líneas de distribución tipo anillo (gas, fibra, energía) se ubican "cajas de control" que proporcionan grandes longitudes de perforación.

https://www.perforacioneseingenieriaperu.com/topos-pilotaje.html

https://www.youtube.com/watch?v=6PUFspMydTE

5. COSTOS El precio de las tuneladoras es variable con respecto a dos factores específicos, los cuales son, por un lado, el diámetro de sí misma lo cual determina el ancho de la excavación y por otro lado la eficiencia o rapidez con la cual actúa o avanza en la excavación, medida en metros por día. Teniendo en cuenta el ancho de la maquina el costo oscila entre 9 y 13 millones de dólares para las máquinas de 4 a 6 metros de diámetro y entre los 12 y 30 millones de dólares para las de 15 metros de diámetro. Equipo Aquí los precios de algunas máquinas usadas en túneles y minería por referencia:

Modelo Fabricante EBZ sandvik 230 M24-4 putzmeister KJ311

Kaishan

Zj-400

BWW

Dd210

American Augers

Dd60r1 American Augers P45 Grundomat

Descripción Precio USD Precio pesos Maquina rozadora de 650.000 1.820’000.000 ataque puntual Maquina de bombeo de 33.000 92’400.000 concreto e inyección Tuneladora hidráulica 279.000 781’200.000 jumbo para explosivos Mezcladora de 2.710 7´588.000 bentonita Sistema de tornillo sin 750.000 2100´000.000 fin para perforaciones sin zanja Sistema de tornillo sin 110.000 308´000.000 fin para perforaciones Perforadora sin zanja 3.750 10’500.000 topo

6. CONCLUSIONES La técnica del tunéelo está en expansión desde ya hace varios años en todos los países con alto nivel de industrialización y en las grandes concentraciones urbanas; cada día la demanda de servicios de la población de construir más conductos, muchas veces este tipo de trabajos deben de hacerse en núcleos urbanos. La técnica de la excavación tradicional a cielo abierto, en la mayoría de los casos, es inadecuada por las repercusiones sociales y las incomodidades que puede ocasionar a la población.

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS http://www.reypo.com.co/servicios.html https://www.youtube.com/watch?v=6PUFspMydTE https://www.youtube.com/results?search_query=PERFORACION+CON+TOPOS https://www.youtube.com/results?search_query=PERFORACION+CON+TOPOS http://perfotecnica.com.co/ https://chundersol.com/wp-content/uploads/2017/04/ch-nosotros.jpg https://www.youtube.com/watch?v=3P2ivgVx938 http://www.corpacero.com/somos/PublishingImages/corpacero/historia/Pozos%20de%20Acceso%20para%20Construccion%20de%20 Tunnel%20Liner.jpg https://www.youtube.com/watch?v=dEMwsjcRBr8