La presente invención plantea la ejecución de túneles de sacrificio para que se reduzca o se elimine la necesidad del uso de elementos de sostenimiento en la construcción de cualquier túnel.

Así se presenta un procedimiento para la ejecución de túneles o perforaciones en obra civil para reducir o eliminar el empleo de elementos de sostenimiento del terreno o macizo rocoso caracterizado por la ejecución de un Túnel de Sacrificio, de modo que ese Túnel de Sacrifico se deformará asumiendo las tensiones y deformaciones provocadas por el peso del terreno evitando que se transmitan al túnel principal.El Túnel de Sacrificio, que puede aparecer en conjunto con otros, debe ser en cualquier caso de pequeño diámetro respecto del túnel principal, estando situado a una determinada distancia sobre la clave del túnel principal

Procedimiento para la ejecución de túneles o perforaciones en obra civil mediante túneles de sacrificio.

Campo de la invención

La invención se encuadra en el sector técnico de la ejecución de túneles y perforaciones para la ejecución de obras lineales, ya sean túneles de carretera, ferroviarios, en minas, de comunicaciones, transporte de mercancía, y todos aquellos relacionados con las perforaciones para la extracción de gases o materiales (líquidos o sólidos) combustibles.

Antecedentes de la invención

La ejecución de los distintos tipos de túneles y perforaciones en obra civil se lleva a cabo fundamentalmente en terrenos o macizos rocosos de baja capacidad portante o elevada deformabilidad, donde se desarrolla todo un conjunto de sistemas anejos a la excavación principal y que sirven de sostenimiento del terreno o del macizo rocoso en el que se realiza la excavación.

Como mecanismo de anclaje y sostenimiento se utilizan bulones macizos normales a la dirección de avance del túnel principal, que pueden estar agrupados en estructuras de paraguas de bulones o bulones de fibra de vidrio situados en el frente de avance, logrando el sostenimiento de la estructura al reducir tensiones y deformaciones (horizontales y verticales) que se producen durante los trabajos de excavación, provocado por el peso del terreno o del macizo rocoso situado sobre la cota de excavación, asumiendo estos materiales parte de los estados tensionales y de deformación propios de la obra.

Independientemente del procedimiento constructivo considerado para la ejecución (alemán, belga, nuevo método austríaco, tuneladoras en sus distintos formatos), los bulones son elementos muy importantes en el sector arriba definido, puesto que su correcto dimensionamiento permite una adecuada ejecución de la obra, evitando colapsos parciales o completos tanto del frente de avance como de la parte ya excavada. Actualmente, todo este conjunto de sistemas anejos necesita para su ejecución tanto de complejos equipos de obra como de elevadas partidas presupuestarias.

El objetivo sería reducir los valores de tensiones y deformaciones en el túnel principal, moderando y eliminando a su vez el empleo de sistemas anejos al mismo y disminuyendo, de esta forma, tanto los plazos de ejecución como las partidas presupuestarias destinadas al efecto, permitiendo un incremento en la seguridad durante la ejecución de los trabajos.

Explicación de la invención

La presente invención se centra en la ejecución de uno o varios túneles o perforaciones (llamados Túnel o Túneles de Sacrificio) de sección circular de pequeño diámetro y ubicados concéntricamente a cierta distancia del túnel o perforación principal, pudiendo ser revestidos o no, de forma que asuman las tensiones y deformaciones (horizontales y verticales) provocadas por los estratos de terreno o macizos rocosos situados sobre el túnel o perforación principal.

Breve descripción de los dibujos

En el caso de que el Túnel de Sacrificio (1) sea único, según se indica en las figuras 1 y 2, el Túnel de Sacrificio (1) se encuentra situado sobre la vertical de la clave del túnel principal (2), a una distancia de entre el 30% y el 50% de la altura de este último, y con un diámetro de entre el 10% y el 20% de la altura del túnel principal, manteniéndose el eje del Túnel de Sacrificio paralelo al eje del túnel principal.

Figura 1

Sección Transversal de un túnel en una sección cualquiera de terreno, ejecutado con forma de medio punto con pata de elefante en la zona de apoyos, representándose únicamente y por condiciones de simetría, el lateral izquierdo de la obra. Sobre la clave del túnel principal (2), se sitúa el Túnel de Sacrificio (1), con objeto de asumir parte del estado tensional y deformacional del terreno situado sobre él hasta la cota cero del mismo.

Figura 2

Sección Transversal-Longitudinal del mismo túnel mostrado en la Figura 1, en la que puede apreciarse como el Túnel de Sacrificio (1) se mantiene paralelo al túnel principal (2), a una distancia definida sobre la clave de este último.

Descripción detallada de la invención

El Túnel de Sacrificio (1), situado en la vertical o en las cercanías de la clave del túnel o perforación principal, será de sección circular actuando de forma similar a un ánodo de sacrificio en la protección de los procesos corrosivos, siendo el encargado de asumir las tensiones y deformaciones debidas a la existencia de los distintos estratos de terreno o macizos rocosos situados sobre el túnel o perforación principal, deformándose bajo estas cargas y evitando, de esta forma, que se transmitan a la sección principal del túnel o perforación.

Para ello, y dependiendo de las características mecánicas y resistentes del terreno o macizo rocoso en el que se ejecutan las obras, el Túnel de Sacrificio (1) debe ser ejecutado con anterioridad al túnel o perforación principal y mediante procedimientos mecánicos adecuados durante la excavación, debiéndose considerar la mejor solución posible a su posterior revestimiento, en función del tipo de terreno o macizo rocoso objeto de los trabajos de excavación.

Los modelos numéricos realizados sobre distintos tipos de terreno y materiales rocosos, muestran que el diámetro del Túnel de Sacrificio (1) debe tener un valor de entre el 10 y el 20% de la altura del túnel principal (2) (o en el caso de perforaciones, del diámetro de la misma), pudiendo estar revestido de tubo de acero hueco, gunita u hormigón hueco, fibra de vidrio hueca o geomalla de baja rigidez transversal. En el caso de que el Túnel de Sacrificio (1) sea único, los resultados de los modelos numéricos llevados a cabo acotan que debe estar situado a una distancia de la clave del túnel principal (2) de entre el 30% y el 50% de la altura del túnel o perforación principal; de considerarse la necesidad de que sean varios, se distribuirán en un plano horizontal de forma simétrica respecto de un plano vertical que contenga a la directriz del túnel principal (2) y a la clave del mismo.

Ejemplo de realización

La presente invención se ilustra adicionalmente mediante los siguientes dos ejemplos, los cuales no pretenden ser limitativos de su alcance:

Ejemplo 1

El túnel principal de 6 m de altura (con sección de medio punto y pata de elefante en los laterales inferiores) y revestimiento de gunita, se encuentra situado en un terreno de baja capacidad portante, el Túnel de Sacrificio es un tubo hueco circular de hormigón con elevada rigidez transversal (EI=2,25.104 KN•m²/m), situado en la vertical de la clave del túnel principal, a 2,50 metros sobre la clave y con un radio 0,25 metros.

Ejemplo 2

En un terreno con elevada capacidad de deformación, el túnel principal es de 6 metros de altura (con sección de medio punto y pata de elefante en los laterales inferiores) y revestimiento de gunita. El Túnel de Sacrificio sería de sección circular de tubo hueco de acero con rigidez transversal baja (EI=1000 KN•m²/m), situado en la vertical de la clave del túnel principal, a 2 metros sobre la clave y con un radio 0,35 metros.

1. Procedimiento para la ejecución de túneles o perforaciones en obra civil para reducir o eliminar el empleo de sistemas de sostenimiento del terreno o macizo rocoso caracterizado por la ejecución de un Túnel de Sacrificio, con un diámetro de entre el 10% y el 20% de la altura del túnel principal, y situado en la vertical de la clave del túnel principal a una distancia de entre el 30% y el 50% de la altura del túnel principal.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde el Túnel de Sacrificio está revestido de acero hueco, gunita u hormigón hueco, fibra de vidrio hueca o geomalla.

3. Procedimiento según reivindicaciones anteriores, donde existen varios Túneles de Sacrificio, situados en un plano horizontal de forma simétrica respecto de un plano vertical que contenga a la directriz del túnel principal y a la clave del mismo.

4. Uso de procedimiento según la reivindicación 3 para reducir el estado tensional y las deformaciones que afectan al túnel principal durante su ejecución.