Excavación

L os túneles analizados en este artículo,que totalizan 35,5 km de túnel, tienenen común su ubicación en el sector

centro-meridional de la cordillera andina, enrocas de calidad media a buena, así como unrecubrimiento moderado que, en la mayorparte de los casos analizados, oscila entre 90y 450 m. Los túneles estudiados son viales,hidroeléctricos y de infraestructura minera yen un rango de anchura de excavación queva desde 26 hasta 145 m2 de sección de ex-cavación.

Se analizan tanto los datos de proyecto detodos los túneles, como posteriormente suvalidación y experiencias durante su construc-ción. El objetivo ha sido obtener conclusionesde las experiencias tuneleras que permitanaportar criterios de diseño para la ejecuciónde futuras obras en la cordillera andina.

Túneles analizadosEn la Tabla I se muestran las principales ca-racterísticas de los túneles analizados. Se tra-ta de doce túneles y siete adits o ventanas in-termedias, que totalizan 35.408 m de túnel.

Como se ha indicado en la introducciónhay ocho túneles viales (Lo Prado 2, Zapata 2,

Manquehue 1, Manquehue 2a y 2b, Montegor-

do o Chamisero, y San Cristóbal C1 y C2), trestúneles hidroeléctricos (Portillo, Tinguiririca yHPT), uno de infraestructura minera (Toquepa-

la) y siete adits. En la Fig. 1 se muestra la ubi-cación, dentro de la cordillera, de estas obras.

La anchura de excavación oscila entre 6,5m y 13 m, si bien tanto en Manquehue 1

como en la entrada Sur del túnel C2 de San

Cristóbal se alcanzan anchuras muy superio-res de hasta 24 m.

Características geométricas de lostúnelesA continuación se describen brevemente las ca-racterísticas generales de las obras analizadas.

a)Túneles de la Ruta 68 (Lo Prado 2 yZapata 2)

La primera obra analizada es la compuestapor los túneles Lo Prado 2 y Zapata 2, queforman parte de la Ruta 68, que une Santiagode Chile con Valparaíso.

El conjunto de ambos túneles suma un to-tal 3.647 m de excavación y 61 m de falso tú-nel. Los datos de diseño de ambos túnelespueden consultarse en Celada y Ugarte

(1999).Su sección fue diseñada con una superficie

de 82 m2. En la Fig. 2 se muestra la secciónfuncional de los túneles de la Ruta 68.

En este artículo se analizan una serie de túneles andinos en los que los autores

han intervenido tanto en su fase de diseño como posteriormente, durante su

construcción. Hay que resaltar que la totalidad de los túneles analizados se

encuentran ya construidos, o su excavación, como es el caso de la CH La

Confluencia o el Túnel de Transporte de Toquepala, está muy avanzada. Esta

circunstancia permite obtener conclusiones muy interesantes tanto para el diseño

como para la construcción de futuros túneles. No se han considerado otros túneles

en los que se dispone de la ingeniería de detalle pero cuya construcción no se ha

comenzado. Todos los túneles se encuentran en territorio chileno salvo el túnel

Toquepala que está situado en la provincia de Tacna, en el Perú.

Experiencias en el diseño y construcción detúneles en la cordillera andina

Palabras clave: ANDES, CONSTRUCCIÓN,CONVERGENCIA, DISEÑO, GEOLOGÍA,

GUNITA, SECCIÓN, SOSTENIMIENTO,TÚNEL.

� J. M. GALERA (*); P. ALAMÁN (*);G. IBARRA (**); y C. QUIROGA (***)

(*) SUBTERRA INGENIERÍA; (**) SUBTERRAINGENIERÍA LTDA (Chile);

(***) SUBTERRA PERÚ SAC.

20346

� [Figura 2].- Sección funcional de los túnelesde la Ruta 68 (Celada y Ugarte, 1999).

� [TABLA I].- Relación de los túnelesanalizados. � [Fig. 1].- Situación de los túneles analizados.

(Imagen tomada de Google Earth).

20347

Excavación

b)Túneles del Acceso Nororiente a San-tiago (Manquehue 1, Manqehue 2 yMontegordo).

El Acceso Nor-Oriente a Santiago es la se-gunda obra analizada, está compuesta porcuatros túneles carreteros, Manquehue 1,

Manquehue 2, formado a su vez por los tu-bos derecho e izquierdo y Montegordo. En laFig. 3 se muestra la sección del primero deellos, que llama la atención por su anchura deexcavación, que es de 24 m, y una secciónde excavación de 144,9 m2 (González et al,

2008). Este conjunto de túneles suma un to-tal de 3.055 m excavados y salvo el túnelmencionado la sección de excavación es de100 m2.

c)Túneles de San Cristobal (Túneles C1y C2)

La tercera obra estudiada es el Túnel San

Cristóbal, que forma parte de la denominadaVariante Vespucio-El Salto-Kennedy. Estácompuesta por dos túneles carreteros geme-los, Oeste (C1) y Este (C2). Ambos suman untotal de 3.140 m excavados y 46 m de falsotúnel. La sección de las excavaciones disponede una superficie de 75,3 m2 mostrada en laFig. 4, salvo la entrada Sur del eje C2 dondese alcanza un anchura de excavación de 24m. (Contreras et al, 2008).

d)Túnel de Transporte de la Mina To-quepala

El túnel de transporte de la Mina Toquepala,actualmente en ejecución, es la cuarta obraanalizada. Esta formada por un solo tubo de2.190 m de longitud y 34,6 m2 de sección, conuna anchura de excavación de 7,5 m y permi-tirá mejorar el sistema de transporte a la plan-ta concentradora del mineral. La sección fun-cional se muestra en la Fig. 5.

b)Túneles de la Central HidroeléctricaLa Confluencia (Túneles Portillo, Tin-guiririca, HPT y adits).

Por último, se han analizado los túneles queforman la central hidroeléctrica de La Confluen-

cia. Esta consta de tres túneles, Portillo, Tingui-

ririca y HPT, así como un conjunto de adits. Eltotal de los túneles suma 23.377 m excavadoscon secciones que varían desde los 25,6 m2

para el HPT (High Pressure Tunnel) a los 35,3m2 de sección para el resto de los túneles conun anchura de excavación de 6,5 m.

En la Fig. 6 se muestra la sección típica delos túneles de Tinguiririca y de Portillo, que co-rresponden a una anchura de excavación deunos 6,3 m, siendo algo mayor en los adits y

por contar, menor en el mencionado túnelHPT.

Características geologico-geotécnicasdel terrenoEn este apartado se realiza una breve descrip-ción geológico-geotécnica de las condicionesde terreno en el que se encuentran los túneles.a)TÚNELES DE LA RUTA 68

Los túneles Lo Prado 2 y Zapata 2 se encuen-tran situados en el Sector Central de la Cordi-

llera de la Costa, en la transversal entre San-tiago y Valparaíso, bien estudiado en la tesisde Elgueta (1970).

En esta cordillera afloran, fundamental-mente, materiales pertenecientes al basa-mento paleozóico y granitos pertenecientes ala orogenia hercínica (Granito de la Costa) enel Túnel Zapata 2 y a los materiales de edadmesozoica (Formación Lo Prado y Granito

Central) en el Túnel de Lo Prado. En este tú-nel cabe destacar sendas fracturas N-70º-E yN-40º-E, y dirección preferente de fracturasde orientación aproximada N-150º-E (34%);N-130º-E (25%) y N-S (25%). De todo lo an-

terior se puede deducir una clara tendencia defracturas de orientación comprendidas entreN-S y NNW-SSE.

A título de ejemplo en la Fig. 7 se muestrael perfil del Túnel de Lo Prado.

b)ACCESO NOR-ORIENTE A SANTIAGOLa zona de estudio se localiza dentro de losdenominados Cordones Precordilleranos nor-

orientales de la Cuenca de Santiago. Concre-tamente dentro de la cadena montañosa deManquehue que con una directriz aproximadaNorte-Sur constituye un relieve bien marcadoen la ciudad que finaliza en el cerro San Cristó-bal. Este cordón ha sido profundamente anali-zado por Aguirre (1960).

La unidad geológica principal correspondea secuencias estratificadas de materiales vol-cánicos y volcano sedimentarios pertenecien-tes a la Formación Abanico de edad mesozoi-ca. Dentro de esta formación intruyen stocks,diques y cuellos volcánicos de naturaleza an-desítica, granodiorítica y dacítica.

c)TÚNEL DE SAN CRISTOBALLos túneles se encuentran en el mismo cor-dón precordillerano anterior. Por tanto los ma-teriales excavados pertenecen a las rocas vol-cánicas y continentales estratificadas de la for-mación Abanico (Cretácico Superior a Oligo-ceno). También están presentes algunos de-pósitos de rocas intrusivas del Mioceno (Uni-

dad Intrusiva I y II). Finalmente, en el portal Surexisten depósitos no consolidados de natura-leza coluvial.

Se han considerado dos unidades geológi-cas (Contreras et al, 2008) que son las mis-� [Figura 4].- Sección funcional de los túneles

de San Cristobal (Contreras et al, 2008). � [Figura 6].- Sección funcional de los túnelesPortillo y Tinguirirrica.

� [Figura 3].- Sección funcional del TúnelManquehue 1 (Acceso Nor-Oriente a Santiago).(González et al, 2008)

� [Figura 5].- Sección funcional del túnel dela mina Toquepala

20348

Excavación

mas que pueden distinguirse en los túnelesdel Acceso Nor-Oriente:

• Lava andesítica y niveles vulcanoclásti-cos: las lavas son mayoritariamente an-desitas y andesita porfídicas mientrasque las rocas piroclásticas están consti-tuidas por tobas. Esta formación está le-vemente plegada (N-S a N-20º-E), bu-zando entre 15º y 25º hacia el Este.

• Rocas intrusivas. Corresponden a depó-sitos, diques y tubos volcánicos intrusi-vos a la Formación Abanico. Pueden di-ferenciarse andesitas porfíricas y andesi-tas porfíricas hidrotermales alteradas

A título de ejemplo en la Fig. 8 se muestrael perfil del Túnel C1 de San Cristóbal.

d) TÚNEL DE TRANSPORTE DE TOQUEPALALas rocas que se están excavando en este tú-nel son de naturaleza riolítica y andesítica per-tenecientes al grupo Toquepala de edad cretá-cica. De forma minoritaria existen diques yotras instrusiones de dacitas, monzonitas cuar-cíferas y latitas con presencia de turmalina,ocurridos en el Terciario inferior.

La actividad tectónica regional está repre-sentada estructuralmente en el área por las fa-llas Incapuquio, Micalaco de orientación NW -SE y el alineamiento Toquepala. El basamentode Toquepala fue afectado por los movimien-tos de la segunda fase de la orogenia andina(fase Inca) durante el Eoceno tardío o comien-zos del Oligoceno.

La disposición de los materiales es sub-ho-rizontal, salvo las intrusiones y brechas citadasque son sub-verticales. En síntesis, pueden di-ferenciarse tres materiales dentro del túnel:

• Riolitas Toquepala• Andesita Toquepala• Rocas Intrusivas: formadas por intrusio-

nes abisales, diques, brechas de turma-lina, pequeños stocks, diatremas y cue-llos volcánicos del Terciario inferior.

e) TÚNELES CH LA CONFLUENCIA

Los túneles de la Central Hidroeléctrica de La

Confluencia están situados en una zona queevoluciona desde el Cretácico superior hasta laserupciones del volcán Tinguiririca pertenecientesal Cuaternario. La geología de la situación de lostúneles comprende cuatro formaciones:

• Formación Coya Machalí: es la formaciónrocosa más antigua, perteneciente al Cre-tácico Superior. En esta formación pue-den diferenciarse tres grupos, uno prime-ro de andesitas, tobas andesíticas y bre-chas volcánicas, otro segundo, muy simi-lar, formado por flujos de lava andesíticos,tobas, brechas y conglomerados e inter-calaciones de lutitas y areniscas; y final-mente uno tercero, compuesto de arenis-cas, lutitas y tobas cineríticas, con interca-laciones de conglomerados aislados.

• Formación Farellones: compuesta por flu-jos de lava andesítica y dacítica, brechasvolcánicas andesíticas y tobas. Pertene-ce al Terciario medio – inferior.

• Complejo intrusivo granodiorítico: Secompone principalmente por granodiori-tas grisáceas, con pequeños cuerpos demonzogranodioritas y dioritas oscuras.Esta formación se ha incluido en el Ter-ciario Medio.

• Complejo volcánico Tinguiririca: Se en-cuentra en las laderas y zonas de drena-

je del volcán Tinguiririca, se compone dedepósitos de Ignimbrita, flujos de lava ba-sáltica y depósitos de tobas ignimbríticas.

Estas dos últimas formaciones sólo afectanal túnel Portillo y sus adits.

La estratificación del valle del Río Tinguiriri-

ca tiene alineación aproximada NS buzando45º hacia el Oeste, prácticamente paralelo altrazado del túnel. En el valle del río Azufre va deNS a NNE-SSO con un buzamiento varía des-de los 25º a los 45º hacia el este o sudeste..

Los planos de discontinuidad principalesse corresponden con fallas verticales o sub-verticales, también se han observado planosde discontinuidad coincidentes con los planosde estratificación.

f) SÍNTESIS DE LOS TERRENOS ANALIZADOS

De una manera sintética se dispone de casosen las diez litologías siguientes:

- Granodioritas, mayoritariamente del sus-trato paleozoico asociado a los cordonesprecordilleranos, y en menor medida,pertenecientes a intrusiones terciarias.

- Pórfidos, mayoritariamente de naturalezaandesítica del Cretácico y en menor medi-da, asociados a intrusiones terciarias.

- Andesitas, en su práctica totalidad deformaciones volcánicas y volcano-sedi-mentarias del Cretácico y Terciario.

- Riolitas, pertenecientes a formacionesvolcánicas mesozoicas.

- Basaltos, asociados a formaciones vol-cánicas cuaternarias.

- Brechas volcánicas, en su práctica totali-dad de formaciones volcánicas y volcano-sedimentarias del Cretácico y Terciario.

� [Figura 7].-Perfilgeológico –geotécnicodel Túnel deLo Prado(Tovar et al,2001).

� [Figura 8.-Perfilgeológico –geotécnicodel Túnel deSanCristobal(Contreraset al, 2008).

20350

Excavación

- Diques, en su mayoría intruyen duranteel Terciario.

- Lutitas y tobas líticas, en su práctica to-talidad de formaciones volcano-sedi-mentarias del Cretácico y Terciario.

- Milonitos de falla, tanto de naturalezabrechoíde como arcillosa.

Los casos analizados corresponden en sumayoría a formaciones de edad mesozoica(formaciones Toquepala, Lo Prado, Abanico,

Farallones y Coya Machalí), que son mayorita-riamente de naturaleza volcánica, riolítica y an-desítica, y/o volcano-sedimentaria, con lutitasrojas y rocas piroclásticas como litologías pre-dominantes.

En menor medida hay experiencias en ro-cas intrusivas, salvo en pórfidos donde existennumerosos casos, y en el granito de la costa,en el túnel de Zapata.

Finalmente en el túnel Portillo se reportanexperiencias ligadas a formaciones volcánicasrecientes.

Características de los sostenimientostipoEn función de los las calidades del materialpresente en los trazados se dispusieron dife-rentes secciones tipo, estas debían englobartodos los terrenos identificados en la fase deestudio. A continuación se describen las sec-ciones tipo empleadas en cada proyecto.

En la Tabla II se muestran las seccionestipo utilizadas en la construcción de los túnelesLo Prado 2 y Zapata 2, así como el ámbito deaplicación de cada una de ellas.

En la Tabla III están reflejadas las seccionestipo empleadas en la construcción de los túne-les del Acceso Nor-Oriente a Santiago.

Se dispuso una cuarta sección tipo parazonas de falla con valores de RMR menoresde 40 puntos. Esta consiste en una capa desellado de 3 cm, dos capas de hormigón pro-yectado de 15 y 10 cm, cerchas metálicas TH-

29 cada metro, con contrabóveda y un reves-timiento consistente en una capa de hormigónproyectado de 10 cm sin fibras.

Para la ejecución de los túneles de SanCristóbal se diseñaron una serie de seccionestipo, las cuales están reflejadas en la Tabla IV.

En la Tabla V se muestran las seccionestipo previstas para el proyecto constructivo deltúnel de la Mina Toquepala.

Finalmente, en la Tabla VI se muestran lossostenimientos empleados en la Central Hi-

droeléctrica de La Confluencia.

Distribución de los sostenimientosempleadosA partir de los porcentajes de cada seccióntipo usados en la construcción de cada túnelse puede llegar a extraer de manera aproxi-

mada la calidad de la roca que atraviesan losdiferentes túneles analizados. En las TablasVII, VIII, y IX se muestran los porcentajes em-pleados en la construcción de los túneles de laRuta 68, Acceso Nor-Oriente, y San Cristóbal,respectivamente.

En el caso de los túneles que forman la

Ruta 68, las tres primeras secciones tipo acu-mulan cerca del 85%, lo que pone de mani-fiesto que se trata de una roca buena a muybuena.

De los porcentajes de cada sostenimientoempleados en los túneles del Acceso Nor-

Oriente a Santiago, se observa que las dos

[Tabla II].-Secciones

Tipoempleadasen la Ruta68 (modi-ficado de

Tovar et al,2001). .

[Tabla III].-Secciones

Tipoempleadas

en elAcceso Nor-

Oriente aSantiago

(modificadode Gonzálezet al, 2008).

[Tabla IV].-Secciones

Tipoempleadasen el Túnel

de SanCristobal.(modificado

deContreras et

al, 2008).

[Tabla V].-Secciones

Tipoempleadasen el túnelde transporte

deToquepala.

20351

Excavación

primeras secciones tipo suman alrededor del85% del trazado, por lo que los materialesque atraviesa el trazado se pueden clasificarcomo buenos a muy buenos.

El terreno que atraviesan los túneles de San

Cristóbal, se puede denominar como bueno amuy bueno, pues las tres primeras seccionestipo suman más del 75% del túnel.

Por lo que respecta al túnel de La Con-

fluencia y al de Toquepala, están actualmente

en excavación correspondiendo las rocasatravesadas a una calidad de media a buena.

Análisis de los criterios de diseñoUna vez recopilada toda la información, a conti-nuación se presentan los resultados que se ob-tienen de su análisis de cara a tratar de ofrecercriterios de diseño y aplicación para los diferenteselementos que componen el sostenimiento deun túnel. Así se ha analizado por separado los cri-terios con los cuales se han colocado bulones,hormigón proyectado y cerchas metálicas.

BulonesDel estudio de los campos de aplicación de losbulones cabe destacar la relación existente en-tre la longitud del bulón con respecto a la an-chura de la excavación y la densidad superfi-cial de bulones con respecto al RMR.

Como se observa en la Fig. 9 existe una re-lación según la cual la longitud de los bulonesaumenta con la anchura de excavación. Parala elaboración de esta figura se han compara-do los datos de todas las excavaciones anali-zadas, comparando los datos de la longitudde los bulones en cada una de ellas con la an-chura máxima de excavación.

Cabe destacar la tendencia lineal según lacual aumenta proporcionalmente la longitud delos bulones con la anchura de la excavación,en una relación de un tercio la anchura de laexcavación. No obstante, se observa que unalongitud de tres metros, es la longitud de per-no más empleada para rangos de excavaciónde 12 a 6 m.

La siguiente relación estudiada compara ladensidad de bulonado con la calidad de la rocasobre la que se disponen expresado a través desu RMR. A partir de los datos obtenidos en elestudio de las excavaciones se ha desarrolladoel criterio de diseño expuesto en la Tabla X.

El criterio de diseño para la aplicación de bu-lones respecto del RMR nos indica que paravalores del RMR por debajo de 35 puntos nose aplican bulones. Solamente en caso excep-cionales en San Cristóbal y La Confluencia sehan empleado pernos por debajo de este valor,al objeto de estabilizar algunas secciones conpernos autoperforantes (Contreras et al, 2008).

En el rango comprendido entre 35 y 60puntos la densidad de bulones se encuentraentre 0,20 y 0,35 ud/m2 y para valores delRMR por encima de 60, la densidad disminuyehasta valores incluidos entre 0,20 y 0,35 ud/m2.

Como es de esperar a medida que elRMR disminuye la cantidad de bulones porunidad de área aumenta, hasta llegar al límitede aplicación, situado en 35 puntos, a partirdel cual se recurre a otros elementos de so-porte, como son las cerchas metálicas.

Hormigón proyectadoEn segundo lugar, se han analizado los diferen-tes campos de aplicación para los distintos es-pesores de hormigón proyectado empleadosen cada sección tipo.

Este análisis se ha realizado considerandola litología y la calidad del macizo rocoso ex-presado por su RMR. Así en las Figs. 10 y 11

� [TABLA VI].-SeccionesTipoempleadasdurante laconstrucciónde la CH LaConfluencia.

� [TABLA X].- Criterio de aplicación para losbulones.

� [Figura 9].-Relaciónentrelongitud debulonesempleados y la anchura deexcavación.

� [TABLA VII].-Distribuciónde las STempleadasen laconstrucciónde lostúneles de la Ruta 68(Tovar et al,2001).

� [TABLA IX].-Distribuciónde las STempleadasen laconstrucciónde lostúneles deSan Cristóbal(Contreras etal, 2009).

� [TABLA VIII].-Distribución delas ST empleadasen la construcciónde los túnelesdel Acceso Nor-Oriente a Santiago(González et al,2008).

20352

Excavación

se muestra esta tendencia para pórfidos ande-síticos y andesitas respectivamente.

A partir de todas las litologías se ha elabora-do la Fig. 12, en la que muestran los diferentesespesores de hormigón proyectado para cadaRMR, diferenciando entre litologías. Como sepuede observar en la Fig. 12, el espesor dehormigón proyectado va disminuyendo a medi-da que mejora la calidad de la roca, estandocomprendidos entre 5 y 15 cm los valores delespesor más habituales. Cabe destacar que losmayores espesores de hormigón proyectadose corresponden con las zonas de falla, asícomo con los menores valores del RMR.

Cerchas metálicasLa aplicación de cerchas metálicas está desti-nada habitualmente a materiales de baja calidady a zonas comprometidas como emboquilles.Cabe destacar que en los túneles analizados sehan empleado tanto marcos reticulados, comodeslizantes (tipo TH), y rígidos (tipo HEB).

A partir de los datos analizados se deduceclaramente que los criterios de aplicación de cer-chas responden no obstante, no sólo al RMR delterreno, si no también al recubrimiento existente.De acuerdo a ambos parámetros, en la Tabla XI,se muestra los resultados que se obtienen.

No se ha observado influencia alguna de lalitología en la aplicación de cerchas metálicas,no obstante está íntimamente ligada al RMR yla profundidad de la excavación. A partir delos 400 m de recubrimiento el límite entre es-paciados disminuye 10 puntos de RMR, sal-vo para valores del RMR bajos en los que la

diferencia decae, no siendo tan notable la in-fluencia del recubrimiento en el espaciado delas cerchas.

Analisis de las convergenciasPara la elaboración del estudio se han analiza-do los datos de monitoreo de los túneles delAcceso Nor-Oriente a Santiago, de San Cristó-

bal y de los túneles de la CH La Confluencia.En el estudio se han analizado la influencia delRMR, del recubrimiento y la sección tipo, enlas convergencias unitarias medidas.

Al objeto de hacer más válido el análisis so-lamente se han tenido en cuenta secciones demedida que han sido instaladas a una distan-cia del frente menor de 25 m, desechando elresto de las estaciones de medida.

En la Fig. 13, se puede observar el modoen que la convergencia va disminuyendo amedida que aumenta el RMR. En la figura seha representado la línea de tendencia, a travésde la cual se puede apreciar la evolución asin-tótica de la convergencia a medida que au-menta el RMR. No obstante, debe concluirseque existe una enorme dispersión en los datospor lo que tampoco puede obtenerse una re-lación determinada.

Cuando se analiza la convergencia en fun-ción del sostenimiento aplicado, se observaclaramente que a medida que la sección estádiseñada para una roca de menor calidad, laconvergencia aumenta. En la Fig. 14 están re-presentadas las convergencias medidas en lostúneles de la CH La Confluencia.

� [Figuras 10 y 11].- Relación entre espesor de hormigón proyectado y RMR para andesitas ypórfidos andesíticos.

� [TABLA XI].-Criterio deaplicación paralas cerchasmetálicas.

� [Figura 12].- Relación entre espesor de hormigón proyectado y RMR.

� [Figura 13].- Relación entre convergencia y RMR.

� [Figura 14].-Convergenciapara cadasección tipoen lostúneles dela CH LaConfluencia.

20354

Excavación

El empleo de cada sección tipo viene con-dicionado por la calidad de la roca en ese pun-to, es decir, por el RMR y el recubrimiento.Este segundo gráfico no viene sino a confirmarla relación existente entre convergencia yRMR, para rocas de menor calidad la conver-gencia será mayor.

Otras consideraciones constructivasPor último se han analizado otras incidenciasacaecidas durante la construcción. Para ello sehan agrupado los problemas en cinco tiposdistintos de riesgos geotécnicos: la presenciade flujos importantes de agua hacia la excava-ción, la presencia de fallas (faulting), el riesgode que se generen plastificaciones intensas(squeezing) en el terreno alrededor del túnel, laposible ocurrencia de estallidos de roca orockbursting y, por último, la posibilidad de quese generen fenómenos de expansividad o hin-chamiento (swelling).

a ) Flujo de aguaEn general no han existido problemas de

agua importantes. De hecho tanto en los tú-neles de Zapata, en los del acceso Nor-Orien-

te, como en San Cristóbal y Toquepala, la pre-sencia de agua se ha reducido a goteos y/oflujos de cuantía inferior a unos pocoslitros/segundo (< 2 l/s).

Solamente en los túneles de Lo Prado ysobre todo, de La Confluencia, la presenciade agua ha sido apreciable con valores supe-riores a 10 l/s. De hecho, en uno de los adits

de esta última obra se alcanzaron flujos supe-riores a 200 l/s que por su singularidad, no hasido considerado en este trabajo.

De una forma simplista puede afirmarse quelos flujos de agua más importantes han tenidolugar con recubrimientos superiores a 200 m (Lo

Prado y Tinguiririca) o, todo lo contrario, atrave-sando bajo cauces existentes con poco recubri-miento (Tinguiririca bajo el estero La Gloria).

La gran variabilidad no permite establecerconclusiones claras, debiendo en cada caso,analizarse la probabilidad de que existan flujosimportantes de agua hacia la excavación.

b) Aguas ácidasDe forma independiente del caudal de

agua, la presencia de aguas ácidas supone unnotable riesgo durante la excavación de un tú-nel, que puede ser muy importante si no se haprevisto y se han adoptado las medidas opor-tunas (empleo de cementos sulfo-resistentes,etc). En los túneles analizados no se han en-contrado aguas ácidas, si bien en túneles an-dinos puede esperarse su existencia ligado azonas de alteración hidrotermal.c) Fallas (faulting)La ocurrencia de fallas de significado geo-

técnico es directamente proporcional a la lon-gitud del túnel. Si bien en la totalidad de los tú-neles analizados se han atravesado zonas defalla con diferentes características de su tecto-nización, han sido las milonitas de naturalezamás arcillosas, las que han conllevado unamayor dificultad constructiva. Cabe destacarlas experiencia citadas y analizadas por Tovar

et al (2001) y Contreras et al (2008) en relacióna fallas en Lo Prado y en el túnel C1 de San

Cristóbal.

Zonas de fracturación menores se han atra-vesado en otros túneles como en Montegordo

y La Confluencia.

d) Plastificación intensa (squeezing)Este problema se ha analizado teniendo en

cuenta la convergencia medida, que ha sidopresentada en apartados anteriores. De todoslos túneles estudiados solamente se ha tenidoplastificaciones importantes en Lo Prado, enSan Cristóbal, y en La Confluencia.

Mientras en San Cristóbal las convergen-cias importantes están en relación a una fallaarcillosa con recubrimiento moderado (90 m),en los otros tres túneles (Lo Prado, Tinguiririca

y Portillo), lo están en relación a formacioneslutíticas (sedimentarias del cretácico: Abanico

y Coya – Machalí) con recubrimiento modera-do (menor a 250 m) o a formaciones andesíti-cas fuertemente fracturadas con RMR inferiora 40 puntos, y recubrimientos medios (por en-cima de 400 m).

Dada las circunstancias peculiares y espe-cíficas de cada uno de estos casos, en estetrabajo no se analizan.

e) Estallido de roca (rockbursting)El estallido de roca o rockbursting es un fe-

nómeno bien conocido en la cordillera de LosAndes y existen en Chile, antecedentes, porejemplo en la mina El Teniente, donde se pro-ducen con cierta frecuencia este tipo de inci-dencias. Es en túneles, como el caso en elPerú, del Túnel Los Olmos, que se está exca-vando con una máquina tunelera de 5,33 m dediámetro, y con recubrimientos en torno a2.000 m donde se han reportado problemasmuy importantes de estallido de roca.

Para que se genere un estallido de rocas

son necesarias dos circunstancias. Una que laroca sea muy rígida y por tanto capaz de so-portar tensiones importantes con poca defor-mación, almacenando esta como energía; yotra segunda, que exista un escenario de fuer-tes tensiones naturales, lo que va asociado agrandes recubrimientos y/o escenarios tectó-nicos de fuertes tensiones horizontales o ten-siones muy asimétricas derivadas de la orogra-fía en túneles profundos.

En los túneles analizados, no se han regis-trado problemas de estallido de roca. Como

se ha comentado la práctica totalidad de loscasos analizados están comprendidos con re-cubrimientos entre 90 y 400 m. Solamente enuna parte pequeña del túnel Portillo se alcan-zan puntualmente los 650 m de recubrimiento.Cabe destacar que en este caso se han repor-tado problemas asociados a lajamientos (spa-

lling) de roca en los hastiales del túnel. Deacuerdo a estas consideraciones se consideraque existe una peligrosidad moderada de es-tallido de roca siempre que se verificaran lastres condiciones siguientes simultáneamente:

- σci

(UCS) > 140 MPa- RMR > 60- Recubrimiento H > 700 m.

f) Expansividad (swelling)Los problemas de expansividad deben

considerarse secundarios en el caso de los tú-neles analizados. Sin embargo se han detecta-do problemas de hinchamiento en formacio-nes vulcano-sedimentarias, como es el casode las formaciones Lo Prado, Abanico y Coya

Machalí, todas del Cretácico.Así se han registrado problemas de expan-

sividad residuales en la primera de ellas, for-mación Lo Prado en el túnel del mismo nom-bre, que no exigieron tratamientos especiales.Sin embargo, en la Formación Coya – Macha-

lí, equivalente en parte en edad a la formaciónAbanico, y muy similar en su facies sedimenta-ria, existen dos casos bien documentados enlos que se ha detectado problemas de expan-sividad ligados a lutitas y limonitas rojizas defuerte componente arcilloso, así como en to-bas líticas. En efecto, estas litologías presentanen su matriz componentes de hematites y ar-cillas expansivas tales como la nontronita y lamontmorillonita.

Así mismo es posible asociado a alteracio-nes hidrotermales, que se generen arcillifica-ciones básicamente de tipo sericítico, y portanto no expansivas, pero también con es-mectitas.

Puede por tanto afirmarse que en las litolo-gías más finas, por presencia de lutitas y/o to-bas, debe vigilarse la posible expansividad deestos materiales. Las experiencias vividas po-nen de manifiesto que esta capacidad de hin-chamiento es inversamente proporcional al va-lor del SDI (Slake Durability Index), de formaque cuanto menor es este índice los materialesson potencialmente más expansivos.

Los ensayos realizados ponen de manifies-to una buena correlación entre los valores delíndice de plasticidad y el slake frente al hincha-miento libre y a la presión de hinchamiento, demanera que, los valores de expansividad sonirrelevantes para SDI superiores a 80, muymoderados para valores comprendidos entre60 y 80, y medios a elevados para los casosen los que el SDI es inferior a 60.

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Excavación

ConclusionesDe la experiencia en el diseño y construc-

ción de túneles en la cordillera andina se pue-den extraer las siguientes conclusiones:

- Los espesores más habituales de hormi-gón proyectado empleados oscilan entre5 y 15 cm. A partir de un valor del RMRde 30 hay un salto apreciable, alcanzán-dose en algunos túneles espesores dehasta 35 cm.

- La longitud de los bulones más emplea-da es un tercio de la anchura de la exca-vación.

- No se emplean bulones para macizos ro-cosos con RMR inferior a 35 puntos.Para valores de RMR comprendidos en-tre 35 y 60 puntos, la densidad de bulo-nado oscila entre 0,45 y 0,35 ud/m2,mientras que si el RMR es superior a 60,la densidad varía entre 0,35 y 0,2 ud/m2

- La tipología de cerchas metálicas emple-adas abarca Marcos TH (deslizantes),HEB (rígidos) y reticulados (Lattice gir-ders). Su colocación es a partir de valo-res de RMR de 35 a 45 pero su instala-ción difiere hasta en 10 puntos de RMRsegún que el recubrimiento sea superioro inferior a 400 m.

- En menos del 5 % de los casos las con-vergencias superan los 2 cm, que encualquier caso supone menos del 0,5 %de deformación.

- Todos los casos con convergencia supe-rior al 0,5 % de deformación están aso-ciados a valores de RMR inferiores a 40puntos, siendo mayores cuanto más pe-sado es el sostenimiento tipo.

- Para recubrimientos inferiores a 400 mno se han registrado problemas tensio-nales importantes. Para recubrimientossuperiores a 600 m y con asimetría oro-gráfica se han registrado problemas me-nores de spalling en los hastiales.

- En las litologías más finas, por presenciade lutitas y/o tobas, existentes en forma-ciones de tipo volcano-sedimentario,debe vigilarse la posible expansividad deestos materiales. Para esta vigilancia elSDI constituye una herramienta muy sim-ple de detección.

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