Trabajo Final TUNEL

5/11/2018 Trabajo Final TUNEL - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-final-tunel 1/36

UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL MAULEFACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA EN CONSTRUCCIÓN

TRABAJO DE INVESTIGACION

ANÁLISIS DE LA CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL

CRISTIAN MANUEL BRAVO SALAZARC. ELECTRÓNICO: [email protected]º CONTACTO: 8-9776874

2011



UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL MAULEFACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA EN CONSTRUCCIÓN

TRABAJO DE INVESTIGACION

ANÁLISIS DE LA CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL

CRISTIAN MANUEL BRAVO SALAZARC. ELECTRÓNICO: [email protected]º CONTACTO: 8-9776874

Trabajo de investigación presentado a la Escuela de Ingeniería enConstrucción, Universidad

Católica del Maule.

2011

2



RESUMEN

Los objetivos generales de este trabajo son analizar y resolver lasprincipales problemáticas que se presentan en un proyecto de tunelaje, eneste caso, para un túnel ubicado en Huasco, en la región de Atacama.

.Los objetivos específicos son calcular todos los requerimientos

necesarios en cuanto a procedimientos y maquinaria a ocupar para laconstrucción de un túnel circular de 5mts de diámetro y 10.457mts de largo,

para esto es necesario el cálculo de explosivos a utilizar, accesorios de lavoladura, maquinaria pesada y liviana a ocupar en la obra, costos deposesión de dichas maquinarias, etc. Hay que tener en cuenta los diversosfactores que influyen en este proceso, como la geografía del lugar, en estecaso entre Huasco y Atacama, el estado de la roca a perforar, lascaracterísticas mecánicas de la Caliza, equipos apropiados para perforar,diámetros normalizados dependiendo del tipo de roca, resistencia a lacompresión de la roca, etc.

Como se puede notar, los factores que influyen para llegar al objetivoprincipal de este proceso son muchos, ya que es un trabajo de especial

cuidado al ver que se está tratando con explosivos sensibles al roce, a losgolpes, a la humedad, etc.

La programación de la obra es compleja, ya que la obra tunelerapresenta muchas dificultades, ya sean de procedimientos, como de peligrosambientales post voladura; es por eso que el trabajo debe ser minucioso y demáxima seguridad ya sea para garantizar, una buena construcción de laobra, como también la mejor calidad.

Los resultados obtenidos mediante el estudio muestran que para estetúnel el mejor explosivo a utilizar es el ANFO, ya que su velocidad de

detonación es compatible con la reacción de la piedra caliza, ya sea paratener buenos resultados en la fragmentación como en la proyección de laroca en la voladura; sus mayores ventajas son su bajo costo, su seguridadpara el manipuleo, transporte y almacenamiento. Se acude al uso demultiplicadores de detonación para la obtención de los mejores resultadosposibles.

3



Se estima que los trabajos de extracción del material tienen unaduración de 4 años, con turnos de 8 horas al día para cada cuadrilla, para unmáximo aprovechamiento del tiempo.

INDICE

CAPITULO I: INTRODUCCIÓN.................................................................................7CAPITULO II: DESARROLLO DEL TEMA.............................................................82.1 ANTECEDENTES GENERALES.....................................................................8

2.1.1 UBICACIÓN .............................................................................................92.1.2 TIPO DE ROCA A EXTRAER..................................................................10

.............................................................................................................................102.1.3 LONGITUD DE AVANCE........................................................................12

2.1.4 TIPO DE EXPLOSIVO A UTILIZAR.........................................................132.1.5 CÁLCULO DEL CONSUMO DE EXPLOSIVOS.......................................16..........................................................................................................................172.1.6 CANTIDAD DE MARINA A REMOVER....................................................172.1.7 EQUIPOS Y ACCESORIOS.....................................................................182.1.7.1 Compresores.........................................................................................182.1.7.2 Filtros de aspiración..............................................................................192.1.7.3 Separador de agua................................................................................202.1.7.4 Depósito de aire.....................................................................................202.1.7.5 Mangueras flexibles...............................................................................202.1.8 MAQUINARIA...........................................................................................21

2.1.8.1 Jumbo....................................................................................................212.1.8.2 Locomotora a batería.............................................................................222.1.8.3 Carros transportadores..........................................................................222.1.8.4 Excavadora Liebherr R 924...................................................................232.1.8.5 CAMIÓN TOLVA SCANIA P-310 6X2..................................................23

3. TIEMPO DE EJECUCIÓN DE LA OBRA...........................................................264. COSTOS DE POSESIÓN DE EQUIPOS Y MAQUINARIA................................305. COSTOS DE OPERACIÓN DE MAQUINARIA..................................................306. VIDA ÚTIL DE LOS EQUIPOS Y MAQUINARIA................................................33

CAPÍTULO ÚLTIMO - CONCLUSIONES...............................................................34BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................35

4



INDICE DE IMÁGENES

Ilustración 1.Ubicación geográfica.............................................................................9Ilustración 2. Imagen satelital....................................................................................9Ilustración 3.Características de las rocas................................................................10Ilustración 4. Clasificación de dureza......................................................................10Ilustración 5. Selección de tipo de perforación........................................................11Ilustración 6. Diámetro de perforación según sección transversal..........................11

Ilustración 7. Selección de brocas, diámetros y profundidades de perforación yrendimientos.............................................................................................................12Ilustración 8. ANFO..................................................................................................13Ilustración 9. Cordón detonante...............................................................................13Ilustración 10. Líneas maestras conectoras de barrenos........................................14Ilustración 11. Microretardos y resultados...............................................................15Ilustración 12. Intervalos de retardos.......................................................................15Ilustración 13. Consumo de explosivos...................................................................16Ilustración 14. Densidad de explosivos...................................................................16Ilustración 15. Tamaño máximo disponible para la máquina chancadora..............17Ilustración 16. Características de perforadoras.......................................................19

Ilustración 17. Esquemas compresores y accesorios.............................................20Ilustración 18. Jumbo sobre carriles........................................................................21Ilustración 19. Varilla redonda normal.....................................................................21Ilustración 20. Locomotora a batería.......................................................................22Ilustración 21. Carros transportadores U-35...........................................................22Ilustración 22. Excavadora Liebherr R 924.............................................................23Ilustración 23. Camión Tolva Scania P-310 6X2.....................................................23Ilustración 24. Fórmula brazos de perforadora por operador..................................24Ilustración 25. Fórmula coste de operación perforadora.........................................30

5



INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Cantidad de equipos y maquinaria a utilizar.............................................26Tabla 2. Tiempo empleado en realizar un ciclo de trabajo....................................29

6



CAPITULO I: INTRODUCCIÓN

Las principales problemáticas a abordar en esta investigación son laprogramación de los trabajos para una obra tunelera, la cual presenta condicionesde trabajo muy distintas a una obra civil normal, ya que se presenta lamanipulación de explosivos, geografía compleja, estratificación de terrenosvariada, etc.

La construcción y estabilidad de túneles ha sido un tema de mucha

importancia en la actualidad, ya sea en trabajos ferroviarios, en la minería y en eltransporte público, recobrando su relevancia en las modernas carreteras, en zonasde cordillera, zonas inaccesibles, cruce de ríos por debajo, e incluso creandotúneles Falsos en las ciudades para aliviar el tráfico vehicular.

El problema de la construcción de un túnel se concentra en la planificaciónde la obra, la elección correcta de los materiales, equipos y maquinaria a ocupar,los turnos de trabajo, las formas de acarreo de material, evitar el stress laboral,contar con los accesorios adecuados para la voladura, evitar lassobreexcavaciones del terreno y las sobreexigencias de equipos, procurando quese mantenga en equilibrio lo técnico y lo económico.

La principal motivación de este trabajo es el desafío de conocer enprofundidad los mecanismos técnicos y organizacionales que se involucran en unaobra tunelera, considerando todos los factores que influyen en ello.

A modo de orientación, se presenta la ubicación de la obra, georeferenciadamediante Google Earth, posteriormente el tema se desarrolla presentando el tipode roca y los materiales a usar en la voladura de esta, cantidad de explosivos,elección de equipos y maquinaria a usar, programación de la obra, avocada a losturnos de trabajo y procedimientos a seguir, y finalmente costos de posesión yoperación de los equipos y maquinaria.

7



CAPITULO II: DESARROLLO DEL TEMA

2.1 ANTECEDENTES GENERALES

Previo al diseño del túnel, se realizan los estudios preliminares, los cualesabarcan los siguientes aspectos:

• En etapas de factibilidad e ingeniería básica, deben hacerse unaserie de estudios geológicos y geotécnicos.

• Geología del Trazado del túnel (Tipo de roca, discontinuidades delterreno, presencia de fallas, etc.).

• Condiciones de aguas subterráneas (ubicación y cantidades deagua).

• Sectorización geotécnica (características del macizo rocoso a lolargo del túnel, todo esto para identificar los mejores métodos deexcavación y su porcentaje en el trazado).

• Estabilidad• Geotecnia de portales (realizar respectivos estudios de estabilidad

en los cortes aplicados a laderas).• Geotecnia para obras anexas (caminos, puentes, túneles auxiliares)

Ya definidos los estudios preliminares y el diseño, se comienza con laexcavación, siguiendo el siguiente procedimiento:

1. Perforación de barrenos2. Carga de explosivo3. Disparo de las voladuras4. Evacuación de los humos y ventilación5. Saneo de los hastiales6. Carga y transporte del escombro7. Replanteo de la nueva pega

8



2.1.1 UBICACIÓN

El túnel se ubicará en la región de Atacama, entre Copiapó y Huasco.

9

Ilustración 1.Ubicación geográfica

Ilustración 2. Imagen satelital



2.1.2 TIPO DE ROCA A EXTRAER

El tipo de roca a extraer será de tipo sedimentaria, específicamente piedracaliza (1no clástica). Ésta, tiene una gran resistencia a la meteorización, lo que hapermitido que muchas esculturas y edificios de la antigüedad tallados en caliza

hayan llegado hasta la actualidad.

Es de real necesidad conocer las características físicas y mecánicas deésta, las que se muestran en la siguiente imagen:

En la escala de dureza de Mohs, ésta se clasifica de 3 a 5 por lo tanto ydebido a que su resistencia a compresión es de 120Mpa se trata de una rocamedio dura.

1 No Clástica: textura de la roca de tipo sedimentaria, es generalmente cristalina, se caracterizapor un intercrecimiento de cristales minerales depositados por precipitación química o por evaporación del agua en cuencas de circulación restringida.

10

Ilustración 3.Características de las rocas

Ilustración 4. Clasificación de dureza



Esta roca se presenta en condición de poco agrietada, con clasificación 4(Terzaghi), y C (Laufer), con un plazo de autoajuste de 1 semana y longitud deexcavación sin sostenimiento de 3 metros.

La elección del diámetro del barreno y tipo de sistema de perforación se

selecciona mediante la resistencia a compresión de la roca, en este caso 120Mpa,por lo tanto, para la excavación se seleccionará el tipo de perforación rotopercutivacon martillo hidráulico en cabeza, con un diámetro de perforación de 45mm,Laprofundidad del barreno es de 3mts en forma horizontal. En aspectos derendimiento, el equipo hidráulico es capaz de perforar 110mts/hr, con unrendimiento de arranque (perforación mas voladura) de 2m³/ml.

La perforación de barrenos se realizará mecánicamente por rotopercusión,específicamente por Jumbo Perforador Rocket Boomer H 104-38 COP 1238, deun brazo, el cual es un equipo pequeño para áreas de túneles de 6 a 20 m²fabricado por Atlas Copco.

Campos de aplicación de los métodos de perforación en función de la resistencia de las rocas y

diámetros de los barrenos.

11

Ilustración 5. Selección de tipo de perforación

Ilustración 6. Diámetro de perforaciónsegún sección transversal



2.1.3 LONGITUD DE AVANCE

El ancho del gálibo es de 5mts, con una superficie de 19,625mts², elvolumen total del túnel es de 205.218,625mts³.

El sistema de avance del túnel se ve influenciado por diversos factores,entre los cuales destacan el equipo de perforación empleado, tiempo disponiblepara la ejecución, tipo de roca, tipo de sostenimiento y ventilación.

Debido a que la sección del túnel es pequeña y el tipo de roca es mediodura, el sistema de avance no requiere de voladura por fases (bóvedas ydestrozas), sino que una voladura completa.

12

Ilustración 7. Selección de brocas, diámetros y profundidades de perforación yrendimientos



Para anchos de 5 metros, y escogiendo una longitud de avance óptima, sedecide un avance de 2,5mts por voladura.

2.1.4 TIPO DE EXPLOSIVO A UTILIZAR

El tipo de explosivo a utilizar será ANFO normal ya que resulta eficiente entúneles de sección pequeña, ya que la piedra caliza generalmente tiene presenciade agua, se hace necesario el uso de ANFO encartuchado.

El ANFO es un producto fabricado con la más alta tecnología alemana, parasu uso en minería superficial o subterránea. Su velocidad de detonación alcanzalos 3000 m/s; sus mayores ventajas son su bajo costo, su seguridad para elmanipuleo, transporte, almacenamiento y baja humedad.

Para la ejecución de las voladuras, se acude a la utilización de accesorios

adicionales, los cuales se describen más adelante.

En la iniciación de carga explosiva, el propósito principal es hacer alexplosivo lo mas insensible posible, como un factor de seguridad en su empleo, demanera que se hace necesario usar dispositivos especiales para aquello.

En este caso, la iniciación se realiza con cordón detonante y multiplicador de pentolita. La iniciación con multiplicadores es muy ventajosa, ya que éstos soninsensibles al impacto, poseen alta resistencia mecánica, son estables, sonpequeños y compactos, fáciles de manejar, no producen efectos fisiológicosadversos y no se alteran con el tiempo.

13

Ilustración 8. ANFO

Ilustración 9. Cordóndetonante



•2Multiplicadores PENTOFEX tipo D de 450grs (con 3 orificios), usados concordón detonante de bajo gramaje (1,5-3 g/mt),

•3Cordón detonante de 3granos/metro, usando líneas maestras conectandolos barrenos, se escoge de3g/mt ya que con ese gramaje se trabajasatisfactoriamente con multiplicadores, en cajas de 1.000mts con 2 bobinasc/caja.

• Bolsas de 25Kg de ANFO Fexar.

.

• Relés de microrretardo en superficie y en barreno con 17ms/m de retardo.Estos relés son accesorios que intercalados en una línea de cordóndetonante introducen un desfase de tiempo en la transmisión de la onda dedetonación.Están constituidos por un elemento de microrretardo con dos pequeñascargas explosivas adosadas a sus lados y alojadas en una vaina metálica.

2 El multiplicador es un iniciador de fondo de barreno de los agentes de voladura, conformado por mezcla depotentes explosivos, con alta presión y velocidad de detonación.3 Cordón detonante: Posee un núcleo de pentrita dentro de una envoltura impermeable, reforzadapor cubiertas que la protegen. La velocidad de detonación es muy alta, 7000 m/saproximadamente; tiene muy buena resistencia a la tensión es liviana y flexible, razón por la cuales fácil manejar y conectar.

14

Ilustración 10. Líneas maestras conectoras de barrenos



El uso del microrretardo influye de gran manera en los resultados obtenidos,ya sea en las sobreexcavaciones, rendimiento y éxito de la voladura, etc., esto, seve reflejado en la siguiente tabla.

15

Ilustración 11. Microretardos y resultados

Ilustración 12. Intervalos de retardos



2.1.5 CÁLCULO DEL CONSUMO DE EXPLOSIVOS

Debido a que la sección del gálibo es de 19, 625mts², el consumo deexplosivo es de 2,6Kg/m³ (según método lineal aproximado).

El avance de cada voladura en metros cúbicos es de 49,063mts³, por lotanto la cantidad de explosivo en cada voladura será de:

Si Consumo total de explosivo por avance = Mts³ de roca por avance *consumo unitario

Consumo total de explosivo por avance = 49,063m³ * 2,6Kgs/m³

Consumo total de explosivo por avance =127,563Kgs

16

Ilustración 13. Consumo deexplosivos

Ilustración 14. Densidad de explosivos



El volumen de explosivos por avance se expresa por= Kg totales /densidaddel explosivo, asumiendo una densidad de 0,8Kg/lt.

Volumen por avance= 159,45lts.

Se tendrán que realizar 4.183 voladuras a lo largo del túnel, por lo tanto, sipor cada voladura se utilizan 127,563Kgs de explosivo, para todo el túnel setendrán que utilizar 533.596,03Kg, es decir, 691.995lts del explosivo.

2.1.6 CANTIDAD DE MARINA A REMOVER

La cantidad de 4marina a remover depende de la granulometría exigida en

el proyecto, la que está en relación directa con la utilización posterior del material,ya sea para relleno o tratamiento de machacado, etc. y en relación indirecta con lacapacidad de la cuchara de la maquinaria de transporte.

Suponiendo que el material excavado se va a tratar en chancadora, eltamaño máximo de las rocas a extraer viene dado por:

Para un tamaño de admisión de la chancadora de 500mm, el tamaño máximo deadmisión debe ser menor a 400mm. Ahora, acudiendo al esponjamiento, que eneste caso es del 50%, ya que el material es rocoso y su remoción necesitaexplosivo.

Por ende, la cantidad de marina a remover se expresa:

4 Escombros extraídos por la voladura, expresada como valor a transportar.

17

Ilustración 15. Tamaño máximodisponible para la máquinachancadora



2.1.7 EQUIPOS Y ACCESORIOS

2.1.7.1 Compresores

El compresor suministra la energía necesaria tanto como para perforación(como es el caso de perforaciones neumáticas) como para barrido de 5detritus(perforación hidráulicas o a rotación). En este caso, el fin del uso del compresor seavoca al barrido de la roca extraída tras el rompimiento.

La elección del tipo de compresor se ve influenciada por algunos factores,como:

• La repercusión en el coste del metro lineal perforado es

considerable.• Si el caudal de aire es insuficiente pueden surgir algunos problemas,

tales como: disminución de la velocidad de penetración, aumento delcoste de desgaste, incremento del consumo de combustible, mayor mantenimiento, etc.

Es por esto que la elección debe ser cuidadosa, asegurando lacompatibilidad con el equipo de perforación y un rendimiento óptimo.

Las características básicas de estos equipos son: el caudal de airesuministrado y la presión de salida del aire.

En este caso, por tratarse de equipo de perforación, se utilizaran6compresores de desplazamiento, específicamente compresores de tornillo, loscuales son compatibles con la perforadora hidráulica con martillo en cabeza, dicho

5 Geología. Detritus es el llamado material suelto producto de la descomposición natural oprovocada por mecanismos destructivos, también presentado en forma de sedimento.6 Un compresor de desplazamiento eleva la presión mediante el confinamiento del gas en unespacio cerrado, disminuyendo el volumen del gas con el movimiento de uno o varios elementos.

18



compresor es capaz de suministrar entre 5 y 9 m³/min de aire a una presiónmáxima de 0,8Mpa, cumpliendo la función de barrido.

2.1.7.2 Filtros de aspiración

Se debe evitar el desgaste prematuro de las partes móviles de loscompresores, para esto es necesario filtrar el aire antes de su admisión. Los filtrosdeben cumplir los siguientes requerimientos:

• eficacia de separación• capacidad de acumulación• baja resistencia al paso de aire• construcción robusta• sencillez de mantenimiento.

19

Ilustración 16. Características de perforadoras



2.1.7.3 Separador de agua

Usados principalmente para el secado del aire evacuado, como datotécnico, cabe decir que los separadores de agua deben ubicarse lo más lejosposible del compresor, cuidando de mantener la temperatura del aire por encima

de los 0ºC.

2.1.7.4 Depósito de aire

Estos depósitos tienen como funciones principales las de almacenar el airecomprimido en caso de que las demandas de aire excedan las capacidades delcompresor, incrementar la refrigeración, recoger residuos de agua y aceite y evitar ciclos rápidos de carga y descarga del compresor.

2.1.7.5 Mangueras flexibles

Deben ser capaces de resistir presiones de 1Mpa y temperaturas de -40º a100ºC.

20

Ilustración 17. Esquemascompresores y accesorios



2.1.8 MAQUINARIA

2.1.8.1 Jumbo

La perforación de barrenos se realiza mediante Jumbo sobre carriles, yaque la geometría del túnel así lo amerita, es un túnel largo, y de sección pequeña,por lo tanto no se justificaría maquinaria sobre oruga. La carga y transporte dematerial se realizará también por medio de carriles, por lo tanto es la opción másviable.

Debido a que el motor de la maquinaria es Diesel, existe una posibilidadcierta de accionar los equipos de perforación, unidades compresoras e hidráulicasmediante este mismo método; pero otra alternativa es el crear una red dedistribución eléctrica que suministre las unidades de perforación, compresión ehidráulica, es por eso que en definitiva, el Jumbo utilizara Diesel y los equipos de

perforación y unidades compresoras lo harán de forma eléctrica.

La maquinaria a ocupar es un Jumbo Rocket Boomer H 104-38 COP 1238,de un brazo, fabricado por Atlas Capco.

Como accesorio necesario, se cuenta con una varilla redonda normal, de3050mm de largo, y un diámetro de 45mm.

21

Ilustración 18. Jumbo sobre carriles

Ilustración 19. Varilla redonda normal



2.1.8.2 Locomotora a batería.

Para el transporte de material sobre los carriles, se cuenta con 2locomotoras a batería con un peso de 2Ton cada una.

2.1.8.3 Carros transportadores.

Se cuenta con 10 carros U-35 para el transporte, con una capacidad de de1,5m³

22

Ilustración 20. Locomotora a batería

Ilustración 21. Carros transportadoresU-35



2.1.8.4 Excavadora Liebherr R 924

Máquina con radio de giro reducido especial para la construcción de túnelesy que por tanto permite que se pueda emplear como una excavadora en las trestécnicas de perforación de túneles: después del empleo de tuneladoras para la

construcción de túneles transversales, en la perforación por explosivos para elperfilado posterior y naturalmente también en la perforación directa con laexcavadora.

2.1.8.5 CAMIÓN TOLVA SCANIA P-310 6X2

Para la carga de material post transporte por carros, se acude a estecamión con 12 m³ de capacidad total, 6m³ por compartimiento.

23

Ilustración 22. Excavadora Liebherr R 924

Ilustración 23. Camión Tolva Scania P-3106X2



Es de mucha importancia la determinación del número de brazos a maniobrar por el operador del Jumbo. La determinación del número de brazos a maniobrar vienedado por la siguiente fórmula:

Donde:

Por lo tanto:

24

Ilustración 24. Fórmula brazos deperforadora por operador



A modo de resumen, se muestra en la siguiente tabla las características ycantidades de equipos y maquinaria a utilizar:

25



Tabla 1. Cantidad de equipos y maquinaria a utilizar

3. TIEMPO DE EJECUCIÓN DE LA OBRA

El tiempo de ejecución de la obra se ve influenciado por un sinnúmero defactores; en este tipo de trabajos, se debe indagar profundamente en laprogramación de perforación y voladura. Cabe decir, que esta planificación sesubdivide en dos partes, una planificación general, la cual abarca aspectosglobales y a largo plazo de la obra, y una planificación operativa, cuando seabarcan aspectos concretos en planes a corto o mediano plazo.

Como factores generales se pueden destacar: el volumen a excavar, ritmos

de trabajo, equipos de carga a utilizar, geometría de la excavación, situacióngeográfica, limitaciones ambientales, coste global de perforación y voladura, etc.

Como factores operativos destacan secuencias de avance, numero devoladuras, etc.

A partir de esto, se debe tener en cuenta la disponibilidad mecánica,disponibilidad propiamente tal de los equipos y maquinaria, por lo tanto, se deben

Equipo Cantidad Especificaciones

Compresor de desplazamiento 2Compresor de tornilloSuministro de 9m³/min de aire a unapresión máxima de 0,8Mpa

Filtros de aspiración ABAC 12

El filtro de aspiración original ABAC

detiene la contaminación en laentrada del aire, prolongando así la vida útil

Separadores de agua 2Deben mantener la temperatura del aguasobre los 0 ⁰C

Depósito de aire comprimido(ABAC)

2Capacidad de 100 litros, ayuda en caso desobreexigencias.

Mangueras flexibles 20mtsCapaz de resistir 1Mpa de presión y temperaturasde -40 a 100⁰ C

Maquinaria Cantidad Especificaciones

Jumbo Rocket Boomer H 104-38

COP 1238 1

De un brazo, con varilla redonda normal, equip

hidráulicode rotopercución y equipado con un motor DieselLocomotora WQ8 2 Funcionamiento por batería, con un peso de 2TonCarros transportadores (U-35) 10 Con una capacidad de 1,5m³Excavadora Liebherr R 924 1 Capacidad cuchara 1,15 m³CAMIÓN TOLVA SCANIA P-3106X2

1 Capacidad de carga 6m³ por cada compartimiento

Excavadora Volvo EC290 1 Hidráulica, con capacidad de carga cuchara 1,6m

26



considerar las pérdidas de tiempo, ya sea de averías, mantenimiento de equipos,reparaciones. Sin embrago, es necesario considerar las pérdidas de tiempo oretrasos como interrupciones, malas condiciones de trabajo, trabajos de noche, asícomo también los factores humanos, como la poca experiencia, condiciones desalud, etc.

Es necesario recordar ahora todos los procesos involucrados en el trabajorealizado en un ciclo de trabajo, ya sea desde el transporte del Jumbo al punto deperforación, hasta la llegada del material al punto donde será chancado.

En base a hechos comprobables y recomendaciones, se darán acontinuación tiempos aproximados de trabajo con todo lo que conlleva, ya sea conpérdida de eficiencia, interrupciones, etc.

Los turnos de trabajo duran 8 horas diarias por cuadrilla, se consideran 3cuadrillas para las tareas de perforación, voladura, saneamiento hastiales,

evacuación de humos, etc.; la primera cuadrilla trabaja desde las 8:00hrs a16:00hrs, la segunda desde las 16:00hrs hasta las 24:00hrs; y el segundo relevose realiza a las 24:00hrs trabajando hasta las 8:00hrs, trabajando de Lunes aViernes.

Cabe recordar que el ciclo de trabajo viene dado por:

• Replanteo de las perforaciones

El replanteo de las 44 perforaciones toma cerca de 25min considerandoalgunas pérdidas de tiempo o interrupciones

• Perforación de barrenos, el largo del la perforación se determina mediantela teoría del 75%, por lo que la longitud por perforación es de 2,28mts. Labroca posee un diámetro de 45mm, por lo tanto, por perforación seocuparan 0,906lts de explosivo.

Entonces, si por voladura se ocupan 159,45lts de explosivo, el número deperforaciones por voladura es de:

27



Cada perforación de 2,28mts se realiza en 0,02hr, es decir en 1min 24seg,por lo tanto para realizar las 44 perforaciones se necesitan 61 minutos (1 hora), seconsidera una eficiencia del 80%, por lo que este tiempo aumenta a 109 minutos.

• Carga de explosivo

Mientras se realizan los trabajos de perforación, se realizansimultáneamente los trabajos de preparación de los explosivos, es decir, al amarrede los cordones detonantes, el explosivo, multiplicadores y sistemas de

microrretardo, por lo que la colocación de la carga en cada barreno toma cerca de3 min, por lo tanto, en la carga de los 44 barrenos se toma cerca de 132min.

• Disparo de las voladuras.

El disparo de las voladuras merece gran importancia, ya que si bien es unproceso que dura poco tiempo, merece especial cuidado cuando se trata deresguardar la seguridad de los trabajadores, por lo que se debe mantener ladistancia apropiada. Para esta tarea se toman cerca de 5min los cuales toman eltiempo de preparación y conteo.

• Evacuación de los humos y ventilación.

La evacuación de los humos va en relación directa con la seguridad delpersonal de trabajo, ya que la mala ventilación de los humos pueden causar dañosirreversibles en el humano, para este efecto se consideran 30min de ventilación yevacuación de humos.

• Saneo de los 7hastiales.

El saneo de los hastiales se realizan mediante la excavadora Liebherr R

924, el tiempo que toma en sanear y perfilar los hastiales del túnel toma cerca de20min en total.

• Carga y transporte del escombro.

La carga del escombro se realiza mediante la excavadora Liebherr R 924,cargando el material en los carros U-35, para estos efectos, si cada voladura

7 Cara lateral de una excavación.

28



extrae 50m³ de roca y cada carro posee una capacidad de 1,5m³, debenrealizarse 4 viajes al ir a dejar los escombros al exterior. Como suposición, ysabiendo que a medida que se avanza en la construcción del túnel la distancia deacarreo aumenta, como tiempo promedio de acarreo se consideran 30min,incluyendo tiempos de retardo, mantención de carros, imprevistos, etc.

• Replanteo de la nueva perforación

El replanteo de las 44 perforaciones toma cerca de 25min considerandoalgunas pérdidas de tiempo o interrupciones.

Ahora se puede establecer un tiempo aproximado de ejecución de la obrade perforación y voladura en su totalidad.

Actividad Tiempo requerido(min)

Replanteoperforaciones 25

Perforaciones (44) 109

Carga explosivo 132Disparo de lasvoladura 5Evacuación de loshumos 30

Saneo hastiales 20

Carga material 30

351

5,85horas (6 horas)Tabla 2. Tiempo empleado en realizar un ciclo de trabajo

Los turnos de trabajo, como se dijo anteriormente, duran 8 horas diarias por

cuadrilla, se consideran 3 cuadrillas para las tareas de perforación, voladura,saneamiento hastiales, evacuación de humos, etc.; la primera cuadrilla trabajadesde las 8:00hrs a 16:00hrs, la segunda desde las 16:00hrs hasta las 24:00hrs; yel segundo relevo se realiza a las 24:00hrs trabajando hasta las 8:00hrs,trabajando de Lunes a Viernes.

El ciclo se completa en 5,85hr, pero en este caso, se considerarán 6 horaspor efectos secundarios de pérdidas de tiempo, imprevistos, mantenimientos, etc.entonces, se llega a la conclusión que por cada 24hrs de trabajo se puedenrealizar 4 voladuras, es decir, se avanzan 10mts diarios en excavación,removiendo 196,25m³ de material.

A modo estimativo, si cada día se extraen 196, 25m³ de material, cadasemana de remueven 981,25m³ de material, por lo tanto, para remover la totalidad

29



de material del túnel se necesitan 209,14 semanas (210), es decir,aproximadamente 4 años.

4. COSTOS DE POSESIÓN DE EQUIPOS Y MAQUINARIA

En la siguiente tabla se muestran los precios unitarios aproximados de losequipos con los precios totales respectivos.

Equipo P. unitario Cantidad P. totalCompresor de aire $ 250.000 2 $ 500.000Deposito de aire comprimido $ 200.000 2 $ 400.000

Separador de agua $ 7.700 2 $ 15.400

TOTAL $ 915.400

Maquinaria P. unitario Cantidad P. totalJumbo Rocket Boomer H 104-38 COP 1238 $ 60.000.000 1 $ 60.000.000Locomotora WQ8 $ 5.000.000 2 $ 10.000.000Carros transportadores (U-35) $ 600.000 10 $ 6.000.000Excavadora Liebherr R 924 $ 40.000.000 1 $ 40.000.000

CAMIÓN TOLVA SCANIA P-310 6X2 $ 17.000.000 1 $ 17.000.000Excavadora Volvo EC290 $ 25.000.000 1 $ 25.000.000

TOTAL $ 158.000.000

5. COSTOS DE OPERACIÓN DE MAQUINARIA

Se analiza el costo de operación de la maquinaria Jumbo Rocket Boomer H104-38 COP 1238.

30

Ilustración 25. Fórmula coste deoperación perforadora



p p

• Amortización= (precio de adquisición – valor residual)/ horas de vida

Amortización= ($60.000.000-$5.000.000)/15años=$3.000.000

• Intereses y seguros

Intereses y seguros= (15+1/2*15)*$60.000.000*0,025/10.000=$800.000

• Mantenimiento y reparaciones

31



Cm= $60.000.000*12/1.000=$720.000

• Co= coste horario mano de obra, en pesos por hora.

Co= $5.000

• Combustible o energía

Ce=0,3*115(KW)*0,85*$595=$17.448

• Aceites, grasa y filtros, se estima que es un 10% de la energía ocupara, es

decir, $1.744.

• Bocas, varillas, manguitos y adaptadores.

32



Nb= 205.218,625m³ x 2,04/1000=419 bocas ($5.000)

Nv= 205.218,625 x 2,04 x (2,28+3,05)/ (1800 x 2 x3,05)= 204 varillas ($15.000)

Na= 204/3= 68 adaptadores ($4.000)

Nm=1,5 x 204= 306 manguitos ($4.000)

Por lo tanto se estima que el coste de bocas, varillas, adaptadores ymanguitos es de $6.651.000

El costo de operación es ($3.000.000+$800.000+$720.000+$5.000+$17.448*$1.744)/110m/hr + $6.651.000

Costo total= $6.700.000 pesos.

6. VIDA ÚTIL DE LOS EQUIPOS Y MAQUINARIA

Para la perforadora Jumbo Rocket Boomer H 104-38 COP 1238 se estimauna vida útil de 15 años, con un valor residual de $5.000.000.

33



Para las excavadoras excavadora Liebherr R 924 y la excavadora VolvoEC290 se estima una vida útil de 10 años.

Los compresores presentan una vida económica de cerca de 15 años, con

700 horas de trabajo al año.

CAPÍTULO ÚLTIMO - CONCLUSIONES

La construcción de túneles merece estudios más detallados y de máscuidado que otro tipo de obras, ya que el riesgo es inminente al trabajar conexplosivos y estar bajo tierra. Se deben analizar con máxima seguridad lossistemas de sostenimiento y avance en las excavaciones.

34



La sección circular de un túnel trae consigo muchas ventajas, entre ellas, lade no existir momentos flectores, haciendo que el revestimiento trabaje solo acompresión simple, por lo que estructuralmente es muy confiable si se trabajaadecuadamente.

En cualquier tipo de excavación de túneles, el tipo de roca a extraer mereceun estudio cuidadoso, sobre todo si se habla de piedra caliza, la cual presentaun carácter semipermeable, por lo tanto en términos de costo, debe deconsiderarse un porcentaje extra (20%) por impermeabilizantes y drenajes.

Se escogió el tipo de perforación hidráulica, ya que supone una mejoratecnológica sobre la neumática en cuanto al menor consumo de energía,menor coste de accesorios de perforación, mayor capacidad de perforación,mejores condiciones ambientales, por lo tanto, en este tipo de trabajo se debetratar de contaminar lo menos posible, trabajar arduamente pero pensar

también en la ecología del lugar, no expulsar material contaminante, y por supuesto, velar por la vida tanto de las personas que trabajan como de las quehabitan cerca del lugar de trabajo.

La construcción subterránea presenta desafíos muy importantes y difícilesya que se debe mantener la geometría a lo largo del trayecto, el correctoperfilamiento, hormigonado, detonaciones, etc. mantendrán la forma definidapor proyecto.

En trabajos de tunelaje, no basta solo con analizar tridimensionalmente la

estructura, ya que es un trabajo que se realiza por partes, necesita cálculosmás tediosos que un proyecto vial normal.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.aimecuador.org/capacitacion_archivos_pdf/Voladura_a_CA.pdf

Calculo de explosivos. Sistema simplificado. Jorge Alliende Barbera yCarlos Palacios Rojas.

35



Manual de perforación y voladura de rocas. C. López Jimeno, E. LópezJimeno y P. García (2003)

http://www.indumil.gov.co/doc/Eventos/Memorias%20Seminarios%20Comercial/Productos%20Fexar.pdf

http://www.obrasurbanas.es/files/data/1552-132-133.pdf

http://html.rincondelvago.com/perforaciones.html

36

Trabajo Final TUNEL

Documents

Transcript of Trabajo Final TUNEL