Tuneles s1g4b

ESTUDIOS DE INGENIERIA DEL TUNEL MARCAVALLE EN LA VIA DE EVITAMIENTO LA OROYA - PERU

ANTONIO SAMANIEGO ORLANDO FELIX CARLOS SOLDI

UBICACION

LA OROYA

Pachachaca

El Proyecto ◊

La vía de evitamiento La Oroya, evitará que el tráfico de Lima a Cerro de Pasco y/o Tarma pase por la ciudad de La Oroya

◊

La longitud de la vía es de 14.2km, que incluye 2 intercambios viales

◊

La vía de evitamiento comprende 5 puentes y 2 túneles

◊

El Proyecto corresponde al Diseño Definitivo de los Túneles y Puentes

Km. 14+638.67 = km. 4+700 Carretera La Oroya-Cerro de Pasco

Puente Shinca

Tunel Shinca

Distribuición Del Proyecto

Puente Tambo

Tunel Marcavalle

VIA DE EVITAMIENTO

Puente Curipata Km. 0+000 = km. 162+500 Carretera Central

Alcance de los Trabajos

Programación

y

ejecución

del

programa

de

investigaciones de campo Definición del trazo definitivo de la vía en cada puente y túnel Diseño a nivel definitivo de los puentes y túneles Elaboración de expedientes de licitación

Datos básicos • Temperaturas: 9.1 ºC media anual, 23.3 ºC máxima instantánea y - 4.4 ºC mínima instantánea • Altitud: entre 3,770 y 4,000 msnm • Precipitación: 577.5 mm media, 35.9 mm máxima en 24 horas • Dimensiones principales: ESTRUCTURA Puente intercambio N°1 Puente Curipata Puente Tambo Túnel Marcavalle Túnel Shinca Puente Shinca Puente Intercambio N°2

DIMENSIONES 14.5 m. 71 m. 170 m. 1330 m. 141 m. 140 m. 40 m.

TUNELES - INTRODUCCION •

Las dimensiones generales de los túneles son: Túnel Marcavalle Shinca

•

Longitud (m) 1,330 141

Ancho (m) 9.8 9.8

Alto (m) 7.1 7.1

Sección Revestimiento (m2) 58.59 Concreto 58.59 Shotcrete

Se limitó pendiente en el túnel a 3.5% para mayor seguridad vial y reducir riesgo de incendios

•

Se limitó radio mínimo de curvas en el túnel a 900m. por motivos de visibilidad

•

Sólo el túnel Marcavalle tendrá ventilación, iluminación, sistema contra incendio y comunicaciones

•

Ambos túneles tendrán sistemas de señalización

Investigaciones Geológicas y Geotécnicas Túneles •

Interpretación de Información Satelital y Aerofoto

•

Mapeo Geológico de la Zona del Proyecto. Esc. 1:50,000

•

El Mapeo Geológico del Trazo de los túneles se realizó a escala 1:2000, y el de los portales a escala 1:200

•

Perfiles de Refracción Sísmica y Sondajes Eléctricos

•

Perforaciones Diamantinas con Profundidades de 20 - 160 m.

•

Pruebas de Campo: Carga Puntual, Esclerometría, Dilatometría, Orientación de Testigos, Permeabilidad Lugeon, Registros RMR yQ

•

Ensayos de Mecánica de Rocas: Corte Directo, Compresión Triaxial, Compresión Uniaxial, propiedades elásticas, Propiedades Físicas, Tracción.

Mapa Geológico e Imagen Satélite

Fotografías en zona de Túneles

Túnel Marcavalle. Portal de Entrada

Fotografías en zona de Túneles

Túnel Marcavalle. Vista Panorámica del Eje

Fotografías en zona de Túneles

Túnel Marcavalle. Portal de Salida

Túnel Marcavalle Perfil Geotécnico (1)

Túnel Marcavalle Perfil Geotécnico (2)

Túnel Marcavalle. Sección Típica - Criterios • Capacidad de Tránsito requerida en los túneles • Ancho y características de la calzada • Dimensiones para veredas y zonas de estacionamiento • Espacio para ductos, tuberías, cables • Drenaje transversal y longitudinal • Ubicación de la iluminación y señales de tráfico • Espacio para ventiladores

Tipos de Roca Roca Tipo II (Masa Rocosa de Buena Calidad)

Calizas sanas, estratificadas y con escaso fracturamiento. RMR > 60

Roca Tipo III (Masa Rocosa de Calidad Media)

Calizas ligeramente intemperizadas, estratificadas y fracturadas. 60 > RMR > 40

Roca Tipo IV (Masa Rocosa de Mala Calidad)

Calizas alteradas, con estratificación delgada, fracturación media a intensa, con intercalaciones de estratos de rocas suaves. 40 > RMR > 25

Roca Tipo V (Masa Rocosa de Muy Mala Calidad)

Rocas muy alteradas, con estratificación muy delgada, fracturación intensa, con las juntas o diaclasas rellenas de material arcilloso, intercaladas con estratos de rocas suaves. RMR < 25

NOTA: Las zonas de los portales hasta los primeros 50 a 100 m de ambos túneles, y las zonas de falla que atraviese la excavación, serán tratadas como masas rocosas de Tipo V.

Secuencia de Excavación •

Avance del frente del túnel, en tres etapas: La parte inferior de la La parte superior del túnel hasta la bóveda, con 4 m de altura

sección transversal

Remoción del piso de trabajo

en dos etapas,

empleado durante

hasta un piso de trabajo

la excavación

temporal a ubicarse

de los túneles, hasta alcanzarse

y 7 m. de ancho

entre 0.70 y 1.0 m por

la cota de diseño

en el piso

encima del piso final de la

del piso final.

excavación

•

Para cada etapa de la excavación, se instalará el refuerzo necesario de acuerdo con la calidad de la masa rocosa que se encuentre.

Secuencia de Excavación Vista Isométrica de la Secuencia de Excavación recomendada para los túneles

8.30 m

PRIMERA ETAPA

4.30 m

SEGUNDA ETAPA

5. 50

m

Valuación de Calidad del Macizo Rocoso

Tipo de roca

RMR

GSI

Calificación

II

61-80

60

Buena

III

41-60

45

Regular

IV

21-40

30

Mala

V

<20

10

Muy mala

Valores de los parámetros de resistencia del macizo rocoso

Tipo de Roca

mb

s

a

II

2.40

0.0120

0.50

II

1.40

0.0020

0.50

IV

0.82

0.0000

0.50

V

0.40

0.0000

0.60

Valores del módulo de elasticidad, Relación de Poisson y Módulo de Rigidez del macizo rocoso Tipo de Roca

Em (MPa)

R. Poisson

G (MPa)

II

14,900

0.20

6,200

III

6,300

0.25

2,500

IV

2,600

0.25

1,000

V

800

0.30

300

Análisis Estructural del Túnel Pasos utilizados para similar la secuencia de excavación: • 0→1

Estado inicial

• 1→2

Excavación del techo del túnel (corona)

• 2→3

Se coloca shotcrete temporal en el techo del túnel y se instalan pernos de anclaje. Dado que el shotcrete es reciente. Para el modelamiento se redujo la resistencia y módulo de deformación a E’= 10GPa para simular este efecto mientras que los pernos se modelaron a resistencia completa.

• 3→4

Excavación de banco del hastial izquierdo y del piso (invert)

Análisis Estructural del Túnel • 4→5

Se coloca shotcrete en hastial excavado y se instalan los pernos de anclaje según diseño para cada tipo de roca. Para esta etapa se modela el shotcrete del techo a resistencia completa mientras que el shotcrete del hastial se modela a resistencia y módulo de deformación reducida. Se repite el proceso de manera similar para la excavación del banco del hastial derecho siguiendo los mismos conceptos de resistencia y módulo de deformación.

• 5→6

Se modela la capa total de shotcrete a resistencia y módulo de deformación completa.

• 6→7

Se instala el revestimiento final se modela a resistencia total se asume que el shotcrete temporal esta deteriorado y todas los esfuerzos han sido transferidos al revestimiento final.

Roca Tipo III

Factores de Seguridad – Etapa 1 (Sin sostenimiento)

Roca Tipo III

Factores de Seguridad – Etapa 1 (Con sostenimiento)

Roca Tipo III

Factores de Seguridad – Etapa 2 (Con Sostenimiento)

Roca Tipo III

Factores de Seguridad – Etapa 3 (Con Sostenimiento)

Roca Tipo III

Factores de Seguridad – Etapa 4 (Con revestimiento final)

Roca Tipo III

Deformaciones (m) – Etapa 0 (Sin Sostenimiento)

Roca Tipo III

Deformaciones (m) – Etapa 1 (Con Sostenimiento)

Roca Tipo III

Deformaciones (m) – Etapa 2 (Con Sostenimiento)

Roca Tipo III

Deformaciones (m) – Etapa 3 (Con Sostenimiento)

Roca Tipo III

Deformaciones (m) – Etapa 4 (Con revestimiento final)

Roca Tipo III

Esfuerzo Principal Mayor (MPa) – Etapa 4 (Con revestimiento final)

Roca Tipo III

Esfuerzo Principal Menor (MPa) – Etapa 4 (Con Revestimiento Final)

Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca

4.00 m PRIMERA ETAPA

8.40 m

SEGUNDA ETAPA

Roca Tipo II

TERCERA ETAPA

11 m

• 3 m de avance por disparo • Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 3 m long., cementados e instalados ocasionalmente (cuando se requiera) • 50 @ 75mm de Shotcrete

Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca

4.00 m PRIMERA ETAPA

8.40 m

SEGUNDA ETAPA

Roca Tipo III

TERCERA ETAPA

11 m

• 2 a 3 m de avance por disparo • Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 3 m long., cementados y espaciados a 2.0 m en ambas direcciones • Una capa de malla de acero electrosoldada • 75 @ 100 mm de Shotcrete

Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca

4.00 m PRIMERA ETAPA

Roca Tipo IV 8.40 m

SEGUNDA ETAPA

TERCERA ETAPA

11 m

• 1.50 m de avance por disparo • Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 4 m long., cementados y espaciados a 1.5 m en ambas direcciones • Una capa de malla de acero electrosoldada • 100 @ 150 mm de Shotcrete • Cerchas de acero reticuladas, espaciadas a 1.5 m

Excavación y Refuerzo por Tipo de Roca

5.00 m PRIMERA ETAPA

Roca Tipo V 6.00 m SEGUNDA ETAPA

TERCERA ETAPA

CUARTA ETAPA

11 m

• 0.8 - 1.0 m de avance por disparo • Pernos de Anclaje de 25 mm diám. - 5 m long., cementados y espaciados a 0.8 m en ambas direcciones • Una capa de malla de acero electrosoldada • 150 @ 200 mm de Shotcrete • Cerchas de acero reticuladas, espaciadas a 0.8 m

Monitoreo Geotécnico Sistema de Monitoreo Integrado del Túnel • Monitoreo de Deformación • Evaluaciones de Nivelación • Dimensiones del perfil (Verificación de perfil y curvatura • Setting Out • Red Geodésica • Control mediante laser

Sistema de Control mediante laser Control de alineamiento de cerchas en el túnel

Instalaciones Auxiliares Túnel Marcavalle Sistema de Ventilación - Demanda de Aire 3

3

Parámetros 3

Emisión (m /h ó mg/h)

2000

2010

2020

2000

2010

2020

23.17

37.74

61.51

2.45

4.00

6.52

200 ppm

Límite Máximo Permisible 3

Caudal de aire necesario (m /h) 3

Qreq (m /s) Velocidad del aire en el túnel (m/s)

Hollín (mg/h)

NOx (m /h)

CO (m /h)

2000

2010

2020

605,339 986,285 1,607,280 3

15 ppm

1.50 mg/m

182,773 297,794 485,294 258,150 420,607 685,434 403,559 657,524 1,071,520 51

83

135

72

117

190

112

183

298

0.85

1.38

2.25

1.20

1.95

3.17

1.87

3.04

4.96

Instalaciones Auxiliares Túnel Marcavalle Sistema de Ventilación - Criterios de Diseño •

El aire circulará desde el portal de salida hacia el portal de entrada, por efecto de la pvn.

•

El Túnel Marcavalle, por su longitud, requiere de un sistema de ventilación mecánico.

•

Dilución del monóxido de carbono, gases nitrosos y hollín a niveles máximos permisibles (200 ppm, 15 ppm y 1.5 mg/m3 respectivamente)

•

La demanda máxima corresponde al año 2020: Se requiere una velocidad de 5 m/s para la dilución del hollín (visibilidad)

•

Para emergencias (incendio en el túnel), se ha considerado una velocidad del aire de 8 m/s.

•

El sistema comprende 13 estaciones de ventilación equipadas con dos impulsores (jet-fans) de 1.5 m de diámetro externo cada una, espaciadas cada 100 m a lo largo del túnel.

Túnel Marcavalle Perfil del Sistema de Ventilación Distribución de las estaciones de ventilación a lo largo del Túnel Marcavalle

FLUJO DE AIRE 60 m

60 m

60 m

100 m

100 m

100 m

100 m

100 m

100 m

Portal de Entrada

150 m

Portal de Salida

Cada estación consta de dos impulsores (jet fans) de 1500 mm de diámetro externo, equpados con motores de 20 kW c/u y fijados a la bóveda del túnel

Túnel Marcavalle. Ubicación de Ventiladores

9.00 m

5.30m

Límite de la excavación

Ventiladores de 1500 mm de diam. ext., espaciados cada 100 m a lo largo del eje del túnel

9.80 m

11 m

7.10 m

Iluminación - Criterios de Diseño • Se diseñó para que el tráfico se aproxime, atraviese y salga del túnel a velocidad apropiada • La intensidad de la iluminación se definió por tramos, contados desde los portales.

Luminancia cd/m2 N° de lámparas de 91W



Umbral (60m)

1raTransición (100m)

2da Transición (100m)

Interior

3,500

188

79

36

7

224x2

160x2

66x2

102

• Las luminarias se instalarán colgadas de la bóveda del túnel a una altura de 5 m. sobre la calzada. • Luminarias tipo Vapor de Sodio de Baja Presión. • Alimentadores en bandejas metálicas ubicadas en canaletas bajo piso.

Túnel Marcavalle Agua Contra Incendio - Criterios de Diseño • Se

seleccionó

un

sistema

aislado

provisto

de

2

tanques

de

abastecimiento de 60 m3 cada uno. • Cuenta con 2 bombas de 500 GPM cada una, una accionada por un motor eléctrico y otra por un grupo diesel. Adicionalmente cuenta con una bomba jockey para mantener presión en el sistema. • Permite una presión mínima de 6 atm y abastecer hasta 1200 l/min • Se dispondrá cada 100 m, de gabinetes provistos de mangueras de 60 m cada una y de extintores de polvo seco. • El sistema está dimensionado para que 2 suministradores contiguos puedan abstecer hasta 1200 l/m a una presión de 0.6 a 1.2 MPa.

Túnel Marcavalle. Suministro Eléctrico • Línea de transmisión de aproximadamente 1 km desde la SE Alambrón en Huaymanta, a 11KV, y que en el futuro operará a 10KV. • Para emergencias grupo diesel y sistema de baterías como back up. • La distribución será en tensiones de 480V y 230V. • El sistema está capacitado para abastecer una carga de hasta 850kW. • La demanda de iluminación será 105kW de día y 18kW de noche. • En emergencia, los 15min iniciales se abastecerán con baterías, posteriormente abastecerá el grupo diesel con autonomía de 24 horas.

Túnel Marcavalle. Seguridad y Control

• Caseta de control • Sistema de detección de incendio • Sistema de detección de polución • Sistema de ventilación • Manual de mantenimiento • Sistema de control de altura de vehículo

ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL AREA DE INFLUENCIA INDIRECTA • Ha sido establecida teniendo en cuenta los límites de las microcuencas • Su influencia ha sido determinada por la interacción de los parámetros bióticos, físicos y socioeconómicos • Comprende las provincias de Yauli (Yauli, Paccha, San Cristóbal de Sacco, La Oroya y Huayhuay) y Tarma (Tarma) AREA DE INFLUENCIA DIRECTA Espacio geográfico que podría ser modificado o alterado en forma directa por las diferentes actividades a ejecutar por el proyecto durante sus diferentes fases (pre-ejecución, construcción, operación)

Principales Impactos Ambientales Túneles • Incremento del ruido y partículas por acción de explosivos • Alteración de los lugares de nidificación • Construcción de s (Alteración de vegetación, riesgo de erosión) • Riesgo de deslizamientos y derrumbes • Incremento del riesgo de accidentes • Alteración de las actividades educativas (Túnel Shinca) • Interferencia con las actividades ferroviarias (Túnel Shinca) • Alteración de las condiciones socioeconómicas de La Oroya y poblaciones adyacentes

Medidas de Mitigación - Túneles • Reacondicionamiento integral de los s construidos • Diseño específico para depósito de desmontes de la excavación • Traslado temporal de las actividades en escuela (Túnel Shinca) • Colocación de mallas de protección en lugares de trabajo (laderas) • Estructuración del Plan de Compensación a las afectaciones • Estructuración de previsiones para el tránsito ferroviario

GRACIAS