1. 1ªReunión de Vías Terrestres
direccióningeniería & Febrero 2010
desarrollotecnológico

2. M.I. JOSÉ FRANCISCO SUÁREZ FINO
DISEÑO GEOMÉTRICO DE TÚNELES
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desarrollotecnológico

3. PROYECTO DE TÚNELES CARRETEROS
Topografía
Proyecto
Geométrico
Estudio
E t di
Modelo Geológico
Geofísico
Obras de Acceso
Estudio
Geológico
G ló i
Clasificaciones
Sondeos Geomecánicas
Ensayos de
laboratorio Modelo Geotécnico
Propiedades Propiedades
Geomecánicas Geomecánicas Análisis y
De las Rocas Del Macizo Diseño d l
Di ñ de las
Excavaciones
Supervisión y
Control Construcción Proyecto
de Calidad Ejecutivo

4. TÚNELES CARRETEROS
Se diseñan para favorecer el paso fluyente
fluyente,
continuo, y seguro de vehículos motorizados, a
través de los obstáculos topográficos que impone
el trazado de una carretera cruzando montañas y
horadando
h d d macizos rocosos, con objeto d l
b de lograr
un trazado cómodo y funcional.
funcional.
Su diseño debe ser básicamente seguro,
funcional y, hasta donde sea posible, estético.
estético.

5. Requieren características geométricas particulares
que les son impuestas por las necesidades del
tráfico vehicular.
t áfi vehicular.
hi l
Sus excavaciones, de entre 100 y 130m² de
, 130m
área, no son ni simples ni son de la forma y
dimensiones convencionales que suelen adoptar
otros túneles, (hidráulicos, ferroviarios), por
ejemplo,
ejemplo sección circular sección portal
circular, o
sección herradura.
herradura.

6. TRAZADO Y SECCIÓN TIPO
Los túneles se caracterizan por su trazado y
sección, definidos por criterios geométricos de
gálibos, pendiente y radio de curvatura.
curvatura.
El t
trazado en planta y perfil del tú l d
d l t fil d l túnel dependen
d
del trazado del resto de la carretera y de las
características de ésta, con la que tiene que
mantener una cierta homogeneidad, y suele ser
más bien un parámetro de entrada al diseño del
túnel que un resultado de éste.
éste.

8. El trazado en planta generalmente viene
determinado por la traza general de la carretera y
p g
normalmente no puede variarse de forma
sustancial.
sustancial.
No responde a un planteamiento único ya que
único,
depende de la longitud, ubicación e incidencia en
la ladera.
ladera.

11. Consideraciones:
Consideraciones:
a) Evitar perdida de visibilidad a la salida: el
salida:
cambio de las condiciones de luz dificulta la
percepción d l vía, di i
ió de la í disminuyendo d f
d de forma
abrupta la velocidad.
velocidad.
b) Coordinación entre la orientación del túnel y la
iluminación.
iluminación.
El trazado de un túnel corto (longitud < 200 m)
m),
debe ser recto, ya que conviene ver la salida (la
percepción de la luz natural al otro lado ayuda a
no tener deslumbramientos a la salida):
salida):

13. Si el túnel es largo (1,000 a 1,500 m), es
importante disponer de curvas en las bocas para
bocas,
evitar el deslumbramiento facilitando una
transición adecuada d l condiciones d l .
t i ió d d de las di i de luz
luz.
Para túneles de más de 1,500 m, se deben
disponer curvas de radio amplio para no tener
p p p
más de 1,500 m de recta.
recta.
Los radios deben ser amplios, para facilitar una
adecuada distancia de visibilidad.
visibilidad.
En general, no deben existir radios inferiores a
500 m.

15. ALINEAMIENTO
HORIZONTAL

17. ALINEAMIENTO
HORIZONTAL

19. Consideraciones para el trazado en perfil:
perfil:
a) Drenaje
b) Pendiente longitudinal (entre 2 y 5 %):
bidireccional;
bidireccional; unidireccional
ascendente (<2%); descendente (<5%)
(
(<2 (
(<5
c) Evitar curvas verticales tanto cóncavas como
verticales,
convexas
d) Ventilación
e) Tipo de vehículos que circularán

21. ALINEAMIENTO VERTICAL

22. SECCIÓN TRANSVERSAL
El diseño de la geometría de la sección
suele obedecer más a aspectos propios del
túnel (geología, geotecnia, procedimiento
constructivo, instalaciones, etc.), que a
etc.
características propias de la carretera.
carretera.

23. SECCIÓN TRANSVERSAL
Consideraciones para su definición:
1. Tipo y calidad de roca: procedimiento constructivo
roca:

24. Distribución de esfuerzos en el entorno de la excavación
(variación gradual)

25. 2. Alineamiento horizontal y vertical, ancho de corona
(
(número de carriles, acotamientos y sobreancho),
, sobreancho),
galibo y banquetas

27. Ancho de Calzada
El número de carriles debe ser el mismo que en la
carretera a cielo abierto

28. Ancho de Calzada
El ancho de los carriles generalmente es de 3.5 m
Generalmente se proyectan dos y tres carriles
p y
(bidireccionales)

29. Los túneles carreteros se diseñan para operar como
unidireccionales ó como bidireccionales

31. El número de carriles en un túnel bidireccional será
preferentemente de dos, aunque existen túneles
bidireccionales de 3 carriles.
carriles.

32. Es muy común que, para resolver la bidireccionalidad
de las carreteras, sin caer en túneles de cuatro
carriles, se opte por construir túneles gemelos, para 2
o 3 carriles cada uno.
uno.

35. Para el caso de túneles gemelos se debe cuidar el
espaciamiento centro a centro procurando una
centro,
distancia tal que impida las interferencias en su
construcción y que evite que una excavación
ió i ió
influya en el comportamiento deformacional de la
y p
otra.
otra.

43. 3. Sistema de iluminación y ventilación

44. 4. Instalaciones de seguridad y emergencia

46. OBRAS DE ACCESO Y EMPORTALAMIENTO
El d fi i l
definir los accesos a l b
la boca d un túnel
de tú l
carretero es parte muy importante del diseño, ya
que é t
éstos pueden presentar serios problemas
d t i bl
constructivos, en ocasiones tan importantes
como l del túnel mismo.
los d l ú l mismo.
Un emportalamiento o emboquille plantea dos
problemas:
problemas:
1. Estabilidad de los taludes
2. Construcción del túnel en sus primeros metros
de avance

47. Ambos problemas se plantean en las condiciones
más desfavorables y difíciles:
difíciles:
1. Poca cobertura en los primero metros

48. Ambos problemas se plantean en las condiciones
más desfavorables y difíciles:
difíciles:
2. Baja calidad del terreno
Portal Huatulco
Granito de
calidad geotécnica
lid d té i
mala a regular
Terraplén
Granito de
calidad
Carretera de geotécnica
Salina Cruz muy mala
A Huatulco
Zona de desprendimiento
Talud
frontal Acumulación de granito
descompuesto
Talud lateral
Berma
derecho

54. Cada boquilla en cada túnel, representa un caso
particular, difícilmente
í extrapolable a otra
situación similar o incluso a otra boquilla del
mismo túnel.
túnel.

59. ESTABILIDAD DE TALUDES
La tipología de los deslizamientos o
inestabilidades más habituales en los taludes
corresponde con los siguientes tipos de falla:
falla:
Desprendimientos:
Desprendimientos: Caída de bloques

60. Deslizamiento de planos: Masa de suelo o raca
planos:
que desliza hacía el talud

61. Rotura Semi-circular o rotacional
Semi-

62. Rotura Plana

63. Rotura en Cuña

64. Rotura en
Cuña

65. Rotura en
Cuña

66. Roturas por Volteo y/o Pandeo

67. Estabilidad en los taludes de los tajos de acceso
Consideraciones:
a) Tipo y calidad de roca
b) Geometría (pendiente y altura)
c) Volumetría
d) Estabilidad
e) Tratamientos

68. Análisis de Estabilidad
Deslizamiento plano:
Rotura plana

69. Rotura en cuña

70. Rotura en cuña

71. Rotura semi-circular
semi-

73. Tratamientos de estabilización en taludes
a)Excavaciones
a)Excavaciones
b)Concreto
b)Concreto lanzado (malla electrosoldada, fibras)
electrosoldada,

74. Tratamientos de estabilización en taludes
c) Anclaje (activo, pasivo)
d) Drenaje

75. Tratamientos de estabilización en taludes
e) Muros (concreto gaviones tierra armada etc.)
(concreto, gaviones, armada, etc.
f) Bermas

76. Tratamientos de estabilización en taludes
g) I
) Inyecciones
i
h) Túnel Falso

77. Recomendaciones
1.- Planeación
2.- Di ñ d V l d
Diseño de Voladuras
3.- Precorte
4.- Instrumentación

78. EMPORTALAMIENTO
Estabilidad en los primeros metros de túnel
La zona más cercana al portal del túnel presenta
complicaciones adicionales sobre l problemática
l d l b la bl á
g
general de la excavación.
excavación.
Se considera que los primeros 10 a 15 m iníciales
de excavación de un túnel deben recibir un
tratamiento distinto y más reforzado que el resto.
t ata e to d st to ás e o ado e resto.
esto

79. En las boquillas de un túnel se dan las siguientes
circunstancias que complican su ejecución:
ejecución:
1. Al tratarse de una zona próxima a laó
superficie, la roca se encuentra más alterada y
p ,
decomprimida que en el interior.
interior.
2.
2 Las inestabilidades de la bóveda hastiales o
bóveda,
frente del túnel, pueden alcanzar la superficie
del terreno.
terreno.
3. En la zona de las boquillas se entrelazan las
inestabilidades propias del túnel con las del
ú
talud frontal.
frontal.

80. Medidas complementarias de sostenimiento:
sostenimiento:
1.Fases de excavación con avances más cortos
2.Tratamiento con mayores espesores de concreto
y p
lanzado reforzado con fibras
3. Menor espaciamiento de los marcos metálicos
p
4. Enfilaje o micropilotes (ligero o pesado)

85. TÚNELES FALSOS
Además de funcionales, l túneles carreteros d bi
Ad á d f i l los ú l debieran
ser estéticos y relajantes. Para ello, el proyecto podría,
relajantes.
al menos, propiciar l minimización d l efectos d l
l i i la i i i ió de los f de los
cortes y la recomposición parcial de los daños que éstos
causan en l montañas.
las montañas.
t ñ
Los tajos de acceso deberían ser tan cortos como sea
posible y, por consiguiente, los taludes laterales y frontal
tan bajos como resulten.
resulten.
Es mejor construir túneles mas largos que por
que,
pretender acortarlos, comprometerse con grandes cortes
que presenten problemas de estabilidad y requieran
mantenimiento continuo.
continuo.

88. Un túnel falso puede ser concebido como una
prolongación de la estructura del revestimiento del túnel
real;
real; su construcción se efectúa normalmente en l
l t ió f tú l t la
etapa final de la obra.
obra.
Sea
S que se restituya o no el t
tit l terreno original, si l cortes
i i l i los t
son poco estables, el túnel falso proporciona una
p , p p
seguridad adicional muy conveniente, además de hacer
mas relajado el acceso al túnel.
túnel.

90. En las carreteras modernas, en laderas con cierto grado
de inestabilidad o en aquellas vertientes en que ocurren
sistemáticamente aludes y avalanchas de roca y suelos,
se puede optar por la solución de auténticos túneles
falsos que suelen ser estructuras de concreto cerradas, a
veces con ventanas hacia el valle que se diseñan y
valle,
construyen con métodos que difieren sustancialmente de
los que se emplean en los túneles excavados.
excavados.

97. NUEVAS TÉCNOLOGIAS DE EMPORTALAMIENTO
Imágenes tomadas del libro Desing
and Construction of tunnels

104. TÚNELES

138. 1ªReunión de Vías Terrestres
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139. M.I. JOSÉ FRANCISCO SUÁREZ FINO
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