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TÚNELES, LUMBRERAS Y PIQUES

EXPOSITORES: VEGA AYÑAYANQUE, HAINOR QUISPE COAGUILA ,LEONEL FERNANDEZ HUAYCHO, MIGUEL MAYTA LAZARTE, JHON CALCINA VILLCA, LUIS SARMIENTO MAMANI, CLARIVEL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN

CURSO: TOPOGRAFÍA APLICADA

TÚNELES, LUMBRERAS Y PIQUES

TÚNELES CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL FUNCIONES PRINCIPALES DE UN TÚNEL CARACTERÍSTICAS DE LOS DIVERSOS TIPOS DE TÚNELES TÚNELES DE CARRETERAS LUMBRERAS PIQUES O POZOS MINEROS CHIMENEAS

DEFINICIÓN DE TÚNEL

TÚNELEs una

Edificación que se desarrolla

En el

Interior de la corteza terrestre

o

Debajo del agua

EN EL ÁREA DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA TÚNEL

A la

Perforación

Que se hace

En un terreno de forma horizontal a mano o con máquinas

En donde

La longitud de éste domina las demás dimensiones

LOS TÚNELES PUEDEN SER USADOS PARA:

Tránsito de automóviles, trenes y suburbanos

Unir cuencas hidrográficas vecinas, transportar agua, residuos, petróleo y gas

Como comunicación de los niveles de extracción en la explotación de minas subterráneas

Extracción del mineral de la mina siguiendo una capa, filón o masa mineralizada

PROYECTO DEL TÚNEL

Antes de que se pueda plantear el diseño del túnel con un mínimo de detalle, será necesario recopilar o generar toda la información relevante sobre el terreno afectado por el proyecto. Al menos, esta información supone:

Plano topográfico

A escala suficientemente grande

y

Totalmente actualizado

Si no

Se dispone de esta información

Será

Necesario realizar un levantamiento topográfico de la zona

Estudio geológico y geotécnico

• conocimiento de los terrenos que va a atravesar el túnelGeológico

• analizar cómo es el terreno, y cómo se comportará cuando se haga la excavación del túnel y a largo plazo, durante la explotación.

• realizarán los sondeos y los ensayos que sea preciso para caracterizar y plasmar en planos y secciones la estructura geológica del terreno.

Geotécnico

El proyecto, como en cualquier obra de ingeniería, consiste en estudiar distintas alternativas y seleccionar la más adecuada, aplicando criterios técnicos, económicos, medioambientales, etc. La solución elegida debe quedar perfectamente definida, mediante:

Los puntos de entrada y salida y los enlaces con los tramos anterior y

posterior de la obra.

El trazado en planta, con las distintas alineaciones que lo conforman. Se

indicarán longitudes, radios de curvatura, etc.

El perfil longitudinal

tanto del terreno (denominado perfil por montera)como de la rasante

se indicarán

las pendientes, acuerdosparabólicos, cotas, etc.

Así como

las obras subterráneas conlas que se cruce o a las que pueda afectar el túnel

proyectado.

Secciones

se indicarán

las dimensiones, elementos,

revestimiento, etc.en los distintos

tramos del túnel.

el procedimientoconstructivo a aplicar

en cada uno de ellos.

La perforación del túnel puede realizarse excavando desde uno de sus extremos,

únicamente, o desde los dos, simultáneamente

VERIFICACIONES SISTEMÁTICAS DURANTE LA CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO

Trazo

Movimientos y deformaciones

Afectación del nivel freático

Clasificación del suelo, rocas y su comparación con la estratigrafía

Control y verificación de los procedimientos constructivos de excavación.

Otros aspectos importantes :alumbrado seguridad ventilación aire comprimido, etc.

Vigilancia de los aspectos ecológicos, lixiviados, tiraderos y calidad de la rezaga, ruido y humos.

CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNELTÚ

NE

LSe abre excavando corredores en la roca por medio de taladradoras de aire comprimido que se montan sobre

vehículos móviles.

Luego unas cargas explotan en los huecos y unas cintas transportadoras alejan los fragmentos mientras se

construyen revestimientos de hormigón para sostener el túnel.

Otra maquina de perforación es el topo con un cabezal giratorio compuesto por varios discos.

IMPORTANCIA DE LOS TÚNELES

Su objetivo es el de permitir el paso de personas, ferrocarriles, vehículos, conducciones eléctricas, de agua u

otros.

RAZONES HABITUALES PARA DESARROLLAR UN TÚNEL

TERRENO ECONOMÍAORDENACIÓN URBANA Y DE

TRAFICO

ESTÉTICA Y SALUD MINERÍA

FACTORES RELACIONADOS CON LA FUNCIÓN DE CADA TÚNEL

Localización

El terreno

Dimensiones y geometría

Forma estructural

Métodos de construcción

Equipamientos

transporte almacenamiento instalaciones científica protección

FUNCIONES DE LOS TÚNELES

En este apartado se incluyen las grandes instalaciones subterráneas que se construyen por distintos motivos (prácticos estratégicos, etc.).

TRANSPORTE

Túneles para el

transporte:

Personas y mercancías agua

En carreteras.

En líneas del ferrocarril.

En líneas del transporte urbano

(metro).Pasos para peatones.

En canales.

En abastecimientos

urbanos.

Para el riego.

En centrales hidroeléctricas.

es la función más antigua la construcción de túneles para salvar

obstáculos naturales

Almacenamiento

petróleo.

En almacenamiento de:

residuos radiactivos.

materiales de usos

militares.

Embalses subterráneos.

El difícil almacenamiento de determinadas sustancias y materiales se soluciona en

ocasiones con túneles

INSTALACIONES

Centrales energéticas.

Estacionamiento de vehículos.

Depuradoras de aguas residuales.

En este apartado se incluyen las grandes

instalaciones subterráneas que se

construyen por distintos motivos

(prácticos estratégicos, etc.).

CIENTÍFICA

Aceleración de partículas subatómicas

túneles para investigaciones científicas de difícil

realización en la superficie

PROTECCIÓN

Refugios. Puestos de control.

cuya función es la protección de

las personas, tanto militares

como civiles

TIPOS DE TÚNELES

Para ferrocarriles De carreteras De servicio De

almacenamiento

TÚNELES PARA FERROCARRILES

Los túneles ferroviarios presentan una serie de características que son comunes a cualquier túnel, relativas principalmente, a los aspectos de proyecto y constructivos.

Pero existen otras series de aspectos característicos únicamente de los túneles

ferroviarios que les confieren personalidad propia

Túnel de base en San Gotardo Alpes SuizaTiene 57 Km.

Túnel del Brennero también en los Alpes pero en Italia - Austria. Con 55Km.

Túnel Seikan Estrecho de Tsugaru en Japón de 53.8Km.

Eurotúnel Canal de la ManchaReino Unido - Francia El más conocido con sus 49.9Km

Túnel de base de Lötschberg Frutigen - Raroña en Suiza de 34.6Km.

Túnel de Koralm en los Alpes Austria de 32.8Km.

el túnel de Guadarrama construído en España en la Sierra de Guadarrama con 28.37

Tunnel Taihang Mountains en China de 27.89Km.

Tunnel Hakkoda Mountains Japón de 26.4Km.

ESTUDIOS GEOLÓGICOS

ESTUDIOS GEOTÉCNICOS

C) TÚNELES DE SERVICIOSon utilizados para instalar redes eléctricas, telefónicas, de gas; la ventaja de estos túneles es que puede ingresar el personal para hacer las instalaciones y el mantenimiento correspondiente sin afectar a la superficie.

D) TÚNELES DE ALMACENAMIENTOSirve para el almacenamiento de petróleo crudo su ventaja es que evita los incendios; también se usa para almacenar explosivos de uso militar, las grandes ciudades utilizan túneles para almacenar agua de las lluvias torrenciales.

LUMBRERAS

LUMBRERAS• Sirve para el alineamiento de túneles con la

superficie. El objetivo es enlazar el levantamiento subterráneo con los puntos de control de la superficie, de manera que el túnel siga el alineamiento previsto.

Perforación de Lumbreras:LA PERFORACIÓN DE LUMBRERAS ES UNA DE LAS PARTES MÁS ESPECIALIZADAS EN LAS EXCAVACIONES ABIERTAS, PARA EL ACCESO DE TRABAJOS DE TÚNELES.ES UNA OPERACIÓN DE CONSTRUCCIÓN COMPARTIDA POR LOS INGENIEROS CIVILES Y LOS DE MINAS.

TRAZO DE UNA LÍNEA EN UNA LUMBRERA POR MEDIO DE PLOMADAS

Operaciones con plomada:• Los hilos (a) y (b) se alinean con el instrumento A• Los instrumentos B y C se alinean sobre la línea de los hilos (a) y

(b).• Se sitúan los instrumentos en la línea media de las 2 escalas.• Se toman las lecturas de las escalas de A y B con ambos

instrumentos.• Cada uno de los topógrafos toma 4 lecturas en posición directa y

4 en posición inversa.• Los topógrafos B y C cambian de posición y se repite la

operación.• La línea se fija por el promedio de todas las lecturas en las

escalas A y B.

TRAZO DE UNA LÍNEA EN UNA LUMBRERA POR MEDIO DE PLOMADAS

TRAZO DE UNA LINEA EN UNA LUMBRERA POR MEDIO DEL TELESCOPIO EQUIPADO CON PRISMA DE 900

•El nivel se coloca y se centra sobre un punto más o menos correcto al pie de la lumbrera.• Se visa hacia arriba a una cruz graduada especialmente preparada para esta operación, se toman diferentes lecturas de las cuatros miras graduadas.•Repitiendo el mismo proceso para otro punto seleccionado al pie de la lumbrera ,se obtendrá un segundo punto en la superficie , ahora bien ya en esta se puede determinar el alineamiento ligando esos dos puntos a los puntos de control existentes sobre el terreno natural.

•Con el instrumento situado en el fondo de la lumbrera sin duda parecería mucho más lógico el usar este método con el nivel automático dotado de prisma angular pero colocado firmemente en la superficie y visar las miras en el fondo de la lumbrera.

•En cualquier caso el aspecto más importante del presente método es que el mecanismo compensador del nivel automático mantendrá una línea a nivel durante el tiempo de cada visual reflejada.

TRAZO DE UNA LINEA EN UNA LUMBRERA POR MEDIO DE RAYOS LASER

• En teoría el uso de la charola de mercurio en el fondo de dos láser verticales debería establecer un alineamiento casi perfecto pero existe condiciones tales como la pequeñez del diámetro del haz de rayos, los medios para llevar el rayo láser a un punto exacto y el alineamiento de un teodolito dentro del túnel.

• Puede ocurrir alguna desviación del rayo láser originado por la refracción en las capas de aire a diferentes temperaturas.

• La experiencia, aún limitada, fija reglas más o menos estrictas relativas al fenómeno pero parece que en el alineamiento vertical de las lumbreras es necesario mantener en operación y evitar que los rayos se aproximen a tubos con temperaturas casi altas.

PIQUES O POZOS MINEROS

PIQUES

Labores de Galería hacia abajo

Obtención de líneas o exploración, inclinadas o verticales

para la

Son

ELEMENTOS DE UN PIQUE

Motor

Tambora ( una o dos)

Sistema de seguridad: Lilly control , frenos, etc.

Palancas de control

Cables

Jaula , baldes o skips

Poleas

Estructura de desplazamiento o castillo

a) Tambora winche o aparatos de enrollamiento

son

Cilindros metálicos donde se enrolla el cable

b) Motor

es el

Propulsor de la acción mecánica, realiza el trabajo de izaje

c) Sistema Preventivos de Control: Lilly Control , frenos , etc.

es el

Dispositivo encargado de regular la velocidad

Profundidad Velocidad

150 metros 365 metros/min.

150-300 480 metros/min.

300- 600 600 metros/min.

900 900 metros/min. CABLE

d) Palancas de control

Dispositivos de manejo y control de la winche

son los

e) Cables de izaje

es un

Producto fabricado con alambre de acero

colocados

Ordenadamente para desempeñar el trabajo de izar los skips y jaulas

f) Jaulas , baldes o skips

encargados de

Transportar en su interior al personal y/o mineral

según los

Requerimientos de producción

g) Poleas

es una

Rueda acanalada que gira alrededor de un eje central

por el que

Pasa el cable en cuyos extremos se encuentra la jaula o skips ( resistencia) y en la otra el

winche o tambora ( potencia )

h) Castillo Torre o Estructura de desplazamiento

es la

Cúspide de la estructura del pique

donde se

Encuentra la polea que dirige el movimiento del cable

FACTORES PARA SU CONSTRUCCIÓN

Necesidades de extracción de mineral.

Reducción de los costos de producción.

Profundización de los niveles de extracción.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Análisis de costos en relación a otros piques.

El área debe ser favorable y suficientemente grande para las instalaciones de superficie realizando estudios de geotecnia.

La naturaleza del suelo debe ser adecuada para las cimentaciones.

La mina debe tener buenos vías de acceso y espacio libre para favorecer el trabajo.

ESTRUCTURA DE UN PIQUE

Puede ser de madera o acero.

Si se contara con un nivel inferior , la construcción del pique se puede practicar con un equipo raise borer.

El terreno debe ser competente y debe ser una zona donde no exista agua de filtración.

DE MADERA DE ACERO

EQUIPO RAISE BORER

FORMAS DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE UN PIQUE:Los piques de mina, por lo general son de forma rectangular y circular, son menos frecuentes y muy raramente los de sección elíptica o curvilínea.

PARA ELEGIR LA FORMA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL, ES NECESARIO TENER EN CUENTA LO SIGUIENTE:

- LA CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO.- EL TIEMPO DE SERVICIO Y EL DESTINO FINAL DEL POZO.- EL MATERIAL DE FORTIFICACIÓN A SER UTILIZADO.

SECCIÓN RECTANGULAREs la forma más empleada; sin embargo, ofrece las siguientes desventajas:• Dificultad en la formación de ángulos rectos,

particularmente en rocas duras.• Posibilidad de una deformación significativa de la

fortificación en caso de rocas débiles e inestables.• Mala distribución de esfuerzos alrededor de la

excavación.

Compartimientos: 1: ascenso; 2: de escalera; 3: de tuberías y cables

SECCIÓN CIRCULAR• Garantiza una mayor estabilidad, debido a que la

fortificación va a resistir mejor la presión causada por la roca circundante, ya que ésta, se distribuye más uniformemente.

• Además los piques de sección circular poseen un menor coeficiente de resistencia aerodinámica.

Compartimientos: 1: ascenso; 2: de escalera; 3: de tuberías y cables

DETERMINACIÓN DE DIMENSIONES DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE UN PIQUE:

• Las dimensiones de la sección de los piques se pueden determinar a partir de la ubicación de los compartimientos, teniendo en cuenta los espacios a dejar entre ellos y la fortificación.

• Dependen de la capacidad de la carga y de la profundización de los trabajos de extracción.

• Es factor importante, la Productividad de la mina.

Ubicación de los piques según la vetaTipos principales: piques verticales e inclinados

(chiflones)los piques verticales se pueden ubicar respecto a la veta de la siguiente manera:

• -Al pendiente de la veta mineral• -Interceptando la veta mineral• -Al yacente de la veta mineral

UBICACIÓN DE PIQUES

Pique ubicado al pendienteVentajas:-Presente un desarrollo ordenado en la construcción, presentando buenos pilares de protección.-Se pueden encontrar vetas paralelas al yacimiento mineralDesventajas.-Presenta un costo elevado debido a la explotación en la parte del estéril.-Deslizamiento de masas rocosas al encontrar la veta perdiendo así la estabilidad y el control del terreno.-Se puede perder el yacimiento debido a la una mala acción en la labor.

Pique Interceptando la veta:

Ventajas:-Se accede fácilmente al yacimiento,

generando ganancias al corto plazo.-El costo de desarrollo inicial es menor.-El desarrollo es más armónico en los

niveles.

Desventajas:-Se generan problemas en el terreno por

debilitamiento.-Se pierden material útil al hacer pilares

de protección en el mineral.-Costos elevados de mantención,

(pilares, estabilización de los suelos).

Pique al Yacente:Ventajas:-La extracción se vuelve más fácil porque se aprovecha la gravedad.-Más económico con respecto a los anteriores.Desventajas.-Mientras mas se avanza en profundidad, mayor será el avance por estéril para poder llegar al yacimiento.

CHIMENEAS

Son labores mineras verticales o inclinadas, que comunican niveles, son acceso a los cuerpos mineralizados, son parte de la preparación de rajos.Son también usadas para pasos de mineral (ore passes), para pasos de caja (waste passes), para ventilación, etc.La mayor parte de las chimeneas en la minería nacional son de sección reducida con avances de 1.20m a 1.80m de largo y con arranques similares a las que se usa en la construcción de galerías de sección pequeña.

CHIMENEAS

Su forma puede ser circular, cuadrada, incluso rectangular.Son labores de la galería hacia arriba; pueden ser de ventilación, descarga del mineral o exploración sobre veta de un compartimiento o 2 compartimientos, de descarga de mineral y cambio.

• PROYECTO: En el plano de labores, se ubica la chimenea y se traza con una línea su dirección, se confecciona la sección transversal de la chimenea y se determina su inclinación y su longitud total.

• REPLANTEO: En la mina se ubica el punto uno (CH) a partir del punto topográfico con la brújula o teodolito; se marca la dirección en la pared a ambos lados y la inclinación; el perforista traza la dirección y avanza los disparos, cuando tiene 5 a 10m se coloca un punto en la boca de la chimenea y a otros 5m en la misma dirección en el lecho de la labor.Para perforar se colocan 2 cordeles en los puntos con argollas para la dirección e inclinación, el capataz alinea y llena el centro de perforación hasta completar el proyecto.

• CONTROL: En las chimeneas la carga baja por gravedad, se controla la sección, dirección e inclinación.

La perforación y el carguío se realizan en áreas muy estrechas

Peligro de existencia de tojos después de la voladura.

La ventilación no es natural

PERFORACIÓN DE CHIMENEAS

Para la perforación de chimeneas se usa la perforadora “stoper” la cual es accionada por aire comprimido y requiere también suministro de agua.

El agua tiene principalmente las siguientes funciones:• Evitar la formación de polvo• Mantener la broca fría• Eliminar partículas sólidas, resultantes de

la perforación.

Existen también otros equipos de diámetro mayor TURMAG, DRESSER y otras, también existen las plataformas mecanizadas para la perforación en chimeneas de ALIMAK.