Consideraciones generales para el diseño estructural del sostenimiento primario de túneles hidráulicos: aplicación al túnel trasandino Olmos km 17+700 - 16+000

Abstract

Los túneles han estado presentes a lo largo de la historia humana. Sus orígenes se remontan a la Edad de Piedra, con los inicios de la minería, y desde ese entonces han experimentado una notable evolución; construyéndose actualmente túneles para obras civiles, mineras, militares e incluso con fines de investigación. A pesar de los avances actuales en cuanto a técnicas de exploración del terreno, metodologías de diseño y procedimientos constructivos, los túneles continúan siendo un enorme desafío para los ingenieros. Las características geomorfológicas impuestas por la Cordillera de los Andes y el desarrollo urbano sostenible, convierten al Perú en un país propicio para la ejecución de túneles. Por lo tanto, consideramos importante que las nociones básicas para el diseño y construcción de túneles, sean incluidas como parte de la formación académica de los ingenieros civiles. En este escenario, la presente investigación pretende servir como herramienta de consulta para aquellos interesados en iniciarse en el campo de la ingeniería subterránea, compendiando las consideraciones generales que deben tomarse en cuenta para el diseño del sostenimiento primario de túneles hidráulicos, tales como: (1) los factores geológicos; (2) la clasificación geomecánica de la roca; (3) la selección del tipo de sostenimiento; (4) la determinación de las cargas actuantes sobre la excavación; y (5), el diseño geotécnico y estructural del sostenimiento primario. Precisamos que estas consideraciones son aplicables a cualquier otro tipo de túneles. Adicionalmente, en esta investigación se presenta el desarrollo de un caso práctico aplicado a un tramo sin construir del túnel trasandino Olmos (km 17+700 - 16+000), ubicado en Lambayeque, Perú. Dicho ejemplo aborda todas las consideraciones señaladas en el párrafo anterior, incluyendo: (1) los cálculos de cada tipo de sostenimiento requerido según el tipo de roca identificada por tramo de túnel; y (2), los planos a nivel de ingeniería de detalle del proyecto. Palabras clave: sostenimiento primario, sostenimiento de túneles, clasificaciones geomecánicas, cargas en túneles, diseño estructural de túneles, túnel trasandino Olmos.

Tunnels have been present throughout human history. Their origins date back to the Stone Age, with the dawn of mining, and since then, they have undergone a remarkable evolution; tunnels are currently being built for civil, mining, military, and even research purposes. Despite current advances in ground exploration techniques, design methodologies, and construction procedures, tunnels continue to pose a huge challenge for engineers. The geomorphological characteristics imposed by the Andes Mountains and sustainable urban development make Peru a favorable country for tunnel construction. Therefore, we consider it important that the basic concepts of tunnel design and construction be included as part of the academic training of civil engineers. In this context, this research aims to serve as a reference tool for those interested in getting started in the field of underground engineering, summarizing the general considerations that must be taken into account when designing the primary support for hydraulic tunnels, such as: (1) geological factors; (2) geomechanical rock classification; (3) selection of the support type; (4) determination of the loads acting on the excavation; and (5) the geotechnical and structural design of the primary support. We emphasize that these considerations are applicable to any other type of tunnel. Additionally, this research presents the development of a practical case applied to an unbuilt span of the Olmos trans Andean tunnel (km 17+700 - 16+000), located in Lambayeque, Peru. This example addresses all the considerations mentioned in the previous paragraph, including: (1) the calculations of each type of support required according to the rock type identified for each tunnel span; and (2) the detailed engineering drawings for the project. Keywords: primary support, tunnel support, geomechanical classifications, tunnel loads, tunnel structural design, Olmos Trans-Andean Tunnel