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METODOLOGÍA DE SEGUIMIENTO DE OBRAS SUBTERRANEAS MÉTODOS CONVENCIONALES – DRILL&BLAST

PROCEDIMIENTO DE TRABAJO

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SUBTERRA Perú SAC Av. Javier Prado Este 996. Of. 901. San Isidro – 27 Lima. Perú T./ (51-1) 440-2035 F./ (51-1) 440-6656 [email protected]

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Código: 18/06/2013

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Realizado: 02

Supervisado: JMG/SVM

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ÍNDICE DE CONTENIDOS

1.

INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................................... 8

2.

ORGANIZACIÓN DEL EQUIPO DE CONTROL DE OBRAS SUBTERRÁNEAS ............................... 10

3.

TRABAJOS PREVIOS .............................................................................................................................. 13 3.1.

ESTUDIO Y ANÁLISIS DEL PROYECTO .............................................................................................. 13

3.2.

CONTROL GEOMÉTRICO Y TOPOGRÁFICO .................................................................................... 13 CONTROL GEOTÉCNICO ....................................................................................................................... 15

4. 4.1.

CONTROL DE LA CONSTRUCCIÓN DE LOS PORTALES ............................................................... 15

4.1.1.

Control de la excavación de los taludes ............................................................................................. 15

4.1.2.

Paraguas de refuerzo ............................................................................................................................ 17

4.1.3.

Inicio de la excavación .......................................................................................................................... 18

4.2.

CONTROL GEOTÉCNICO DE LOS FRENTES .................................................................................... 19

4.3.

CONTROL DE LA EXCAVACIÓN ........................................................................................................... 21

4.3.1.

Medida de las sobre-excavaciones ..................................................................................................... 21

4.3.2.

Eficiencia de las voladuras ................................................................................................................... 23

4.4.

MAPEO ESTRUCTURAL DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS ................................................. 24

4.5.

CONTROL DE FENÓMENOS TENSIONALES ..................................................................................... 30 CONTROL DEL SOSTENIMIENTO......................................................................................................... 32

5. 5.1.

PERNOS ..................................................................................................................................................... 34

5.1.1.

Colocación de los pernos ..................................................................................................................... 34

5.1.2.

Calidad del anclaje ................................................................................................................................ 34

5.1.3.

Comprobación de la resistencia de anclaje ....................................................................................... 35

5.2.

HORMIGÓN PROYECTADO O SHOTCRETE ..................................................................................... 35

5.2.1.

Puesta a punto de la dosificación ........................................................................................................ 35

5.2.2.

Resistencia del hormigón proyectado en obra .................................................................................. 39

5.2.3.

Espesores del hormigón proyectado .................................................................................................. 40

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5.2.4.

5.2.4.1.

Determinación del contenido y características de las fibras de acero ..................................................... 41

5.2.4.2.

Determinación de la absorción de energía................................................................................................... 41

5.2.5.

Contenido en humo de sílice ................................................................................................................ 43

5.2.6.

Control de los aditivos para mejorar las condiciones de proyección ............................................. 43

5.3.

MARCOS .................................................................................................................................................... 43

5.3.1.

Interacción marco-terreno..................................................................................................................... 43

5.3.2.

Arriostramiento longitudinal de los marcos ........................................................................................ 44

5.4.

CONTROL DE LOS MATERIALES EMPLEADOS ............................................................................... 44

5.4.1.

Control de certificados de calidad ....................................................................................................... 44

5.4.2.

Seguimiento del P.A.C. del constructor .............................................................................................. 44

CONTROL DE LA AUSCULTACIÓN ...................................................................................................... 45

6. 6.1.

MONITOREO DE TALUDES ................................................................................................................... 45

6.1.1.

Auscultación ........................................................................................................................................... 45

6.1.2.

Inclinómetros .......................................................................................................................................... 47

6.2.

MONITOREO DEL TERRENO ................................................................................................................ 49

6.2.1.

Convergencia ......................................................................................................................................... 49

6.2.2.

Descenso de la clave ............................................................................................................................ 53

6.2.3.

Extensómetros ....................................................................................................................................... 55

6.2.4.

Piezómetros ............................................................................................................................................ 58

6.3.

MONITOREO DEL SOPORTE ................................................................................................................ 59

6.3.1.

Células de presión total ........................................................................................................................ 59

6.3.2.

Extensímetros ......................................................................................................................................... 61

6.3.3.

Carga axial sobre anclajes ................................................................................................................... 63

6.4.

METODOLOGÍA DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE AUSCULTACIÓN ........................... 64

6.5.

ESQUEMA PREVIO DE AUSCULTACIÓN........................................................................................... 65 CONTROL DE ACABADOS .................................................................................................................... 66

7. 7.1.

CONTROL DE LA COLOCACIÓN DE LA IMPERMEABILIZACIÓN .................................................. 66

7.2.

CONTROL DEL REVESTIMIENTO ........................................................................................................ 66 ACTUACIONES ESPECIALES ................................................................................................................ 68

8.

9.

Deformabilidad del hormigón proyectado .......................................................................................... 40

8.1.

ACTUACIONES ANTE HUNDIMIENTOS DEL TERRENO ................................................................. 68

8.2.

PASO DE CAVIDADES ............................................................................................................................ 70 CONTROL DE CICLO DE AVANCE ....................................................................................................... 72

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10.

ELABORACIÓN DE INFORMES ............................................................................................................. 76

10.1.

INFORME SEMANAL ............................................................................................................................... 76

10.2.

INFORMES ESPECIALES ....................................................................................................................... 77

11.

COMPARACIÓN ENTRE LAS PREVISIONES DEL PROYECTO Y LA REALIDAD ......................... 78

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ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS

Figura 2.a.- Organigrama de la organización del equipo de control de obras subterráneas. .................... 12 Figura 4.1.1.a.- Ficha de mapeo de taludes. ..................................................................................................... 16 Fotografía 4.1.2.a.- Construcción de un paraguas doble pesado, y su correspondiente viga de atado. . 17 Fotografía 4.1.3.a.- Daños producidos por una voladura poco cuidadosa, en la viga de atado de un emboquille. ............................................................................................................................................................. 18 Figura 4.2.a.- Caracterización geológica-geotécnica de un frente de excavación. ..................................... 20 Figura 4.3.1.a.- Sección topográfica de sobre-excavación. ............................................................................ 21 Figura 4.3.1.b.- Ficha de control de la excavación. .......................................................................................... 22 Fotografía 4.3.2.a.- Vista de dos equipos para medir las vibraciones, colocados en un nicho próximo al frente de excavación. ........................................................................................................................................ 24 Figura 4.4.a. - Secuencia del mapeo estructural. ............................................................................................. 24 Figura 4.4.b.- Ficha de mapeo estructural. ........................................................................................................ 29 Figura 4.5.a – Ficha de mapeo del frente. ......................................................................................................... 31 Figura 5.a – Ficha de control de soportes. ........................................................................................................ 33 Tabla 5.2.1.I. - Dosificación para un shotcrete.................................................................................................. 37 Figura 5.2.1.a. – Dosificación de la granulometría de los áridos. .................................................................. 37 Figura 5.2.2.a.- Resultados de la determinación de la resistencia a compresión simple en un hormigón proyectado. ............................................................................................................................................................. 39 Figura 5.2.4.2.a.- Protocolo de un ensayo de punzonamiento en placa para determinar la energía absorbida. ............................................................................................................................................................... 42 Figura 6.1.1.a – Ficha de monitorio de taludes. ................................................................................................ 46 Figura 6.1.2.a.- Registro de desplazamientos acumulados. Inclinómetro. ................................................... 48 Figura 6.2.1.a. - Esquema de la cinta extensométrica. .................................................................................... 50 Figura 6.2.1.b.- Salida gráfica para el archivo de convergencias. ................................................................. 52 Figura 6.2.2.a. – Ficha control de nivelación de la clave. ................................................................................ 54 Figura 6.2.3.a. - Sistemas de anclaje. ................................................................................................................ 56 Figura 6.2.3.b. - Comparador mecánico. ........................................................................................................... 56 Figura 6.2.3.c. - Sensor de desplazamiento de cuerda vibrante. ................................................................... 57 Figura 6.2.3.d.- Curvas de deformación y desplazamientos en un extensómetro....................................... 57 Figura 6.2.4.a. – Salida de un piezómetro. ........................................................................................................ 58 Fotografía 6.3.1.a.- Aspecto de dos células de presión total instaladas en el hormigón proyectado, radial y tangencialmente. ...................................................................................................................................... 59

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Figura 6.3.1.b.- Esquema de colocación de una sección instrumentada con células de presión total. ... 60 Figura 6.3.1.c.- Curva variación de presión - tiempo. Célula de presión total.............................................. 61 Figura 6.3.2.a.- Esquema de colocación un extensímetro. ............................................................................. 62 Figura 6.3.2.b.- Extensímetros colocados antes del hormigonado. ............................................................... 62 Fotografía 6.3.3.a.- Células toroidales para la medida de cargas en anclajes. ........................................... 63 Figura 8.1.a.- Medidas previstas ante hundimientos por delante del frente de excavación. ..................... 69 Figura 8.2.a.- Medidas previstas ante cavidades que afecten a la bóveda del túnel. ................................. 71 Figura 8.2.b.- Medidas previstas ante cavidades que afecten a la solera del túnel. ................................... 71 Figura 9.a.- Ficha de seguimiento semanal del ciclo. ...................................................................................... 73 Figura 9.2.b.- Ficha de seguimiento semanal del avance. .............................................................................. 74 Figura 9.c.- Ficha de seguimiento del rendimiento de avance. ...................................................................... 75 Figura 11.a.- Comparación entre el proyecto y la obra durante la construcción de un túnel. .................... 79 Figura 11.b.- Salida típica del programa FLAC V.6.0. ..................................................................................... 81 Figura 11.c.- Salida gráfica de desplazamientos del terreno. FLAC 3D V 5.0. ............................................ 82 Figura 11.d.- Salida típica del Programa Examine 2D V 7.2. ......................................................................... 83 Figura 11.e.- Salida del Programa Examine 3D V 4.0. .................................................................................... 84 Figura 11.f.- Salida típica del programa PHASE2 V 8.0. ................................................................................. 85 Figura 11.g.- Salida típica del programa UNWEDGE. ..................................................................................... 85 Tabla 1.I.- Criterios de valoración de la clasificación de Bieniawski (2003). ................................................ 90 Tabla 1.II.- Criterios de valoración de la clasificación de Barton. Sistema Q. .............................................. 91

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ANEXOS

ANEXO I.- CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA Y CARACTERIZACIÓN GLOBAL DEL MACIZO ROCOSO ANEXO II.- FICHAS DE SEGUIMIENTO

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1. INTRODUCCIÓN El proyecto de una obra subterránea necesariamente debe ser matizado durante la obra para adaptarse a las características reales del terreno; ya que, por muy buena que haya sido la campaña de reconocimientos realizada durante el proyecto y aunque se hayan empleado métodos muy precisos de cálculo, siempre será necesario, al menos, matizar las previsiones del proyecto para tener en cuenta variaciones locales que pueden tener graves repercusiones, si no se valoran correctamente. Las condiciones de estabilidad a corto plazo, que son las que se dan durante la construcción, pueden ser menos exigentes que las correspondientes a largo plazo, que se darán durante la explotación. De esto se deduce que algunas decisiones tomadas durante la construcción pueden ser razonables para resolver problemas a corto plazo, que se hayan planteado al Contratista durante el día a día de la obra; pero, sin embargo, estas decisiones pueden no ser correctas para garantizar la presencia de problemas a largo plazo, durante la explotación final del túnel. Para optimizar el Proyecto y aproximarlo lo más posible a la realidad, se hace necesario un seguimiento y control técnico durante la construcción que complemente las hipótesis básicas del Proyecto, y que permita cuando estas difieran de las reales durante la excavación, tomar las medidas necesarias para adaptar tanto el sistema de excavación como los elementos de sostenimiento, a las necesidades de los terrenos existentes. Se procederá a la recopilación de todos los datos existentes relacionados con las obras subterráneas, tanto en el Proyecto como en el resto de información disponible, de manera que se estudie y analice el Proyecto, desde la perspectiva de las obras que se van a ejecutar. En cualquier estudio la información de campo constituye el fundamento sobre el que se elaborarán sus conclusiones y recomendaciones. Para poder llegar a la solución más económica y segura, entre las distintas posible, es preciso que los datos obtenidos en el reconocimiento de campo sean correctos y fiables en el más alto porcentaje posible. Es fundamental en cualquier proyecto de obra mantener actualizada la información permanentemente, por el carácter dinámico del proyecto se debe asegurar la toma de la mayor información posible en cada momento y, almacenar esta de forma fácil y accesible. En las obras subterráneas la función principal que se desarrolla es la del seguimiento de las excavaciones y la instrucción del soporte correspondiente a la calidad de la roca y a la sección del túnel. Sin embargo, hay una serie de actividades secundarias pero no menos importantes que se desarrollan durante el periodo de seguimiento de las obras, como pueden ser los trabajos de auscultación y monitoreo, el control geométrico y topográfico, etc… SUBTERRA INGENIERÍA, S.L. | Metodología de Seguimiento de Obras Subterráneas. Métodos Convencionales – Drill&Blast

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En los últimos años se ha implantado la costumbre de que los constructores de obras civiles integren en su organización un sistema de control de calidad que permita garantizar la correcta ejecución de las obras. Normalmente las empresas constructoras elaboran, para cada obra, un documento denominado Plan de Autocontrol de Calidad (PAC) en el que se especifican los medios y procedimientos que se compromete a llevar a la práctica para garantizar la calidad de la obra construida. En cualquier caso es necesario, durante la ejecución de la obra, que exista un cierto contraste del PAC propuesto por el Contratista con objeto de verificar que, efectivamente, se dispone en la obra de los medios previstos y se aplican los procedimientos adecuados para controlar la calidad. En el caso concreto de la construcción de túneles la metodología de constaste y control del PAC del Contratista debe tener unas características muy específicas y unas actividades mucho más intensas que en el caso de otras obras a cielo abierto, debido a las dos circunstancias siguientes: 1.

El proyecto de un túnel necesariamente debe ser actualizado durante la obra para adaptarse a las características del terreno; ya que, independientemente de la calidad y precisión del proyecto, siempre será necesario, al menos, matizar las previsiones del proyecto para tener en cuenta variaciones locales que pueden tener graves repercusiones, si no se valoran correctamente.

2.

Las condiciones de estabilidad a corto plazo, que son las que se dan durante la construcción, pueden ser menos exigentes que las correspondientes al largo plazo, que se darán durante la explotación. De esto se deduce que algunas decisiones tomadas durante la construcción pueden ser razonables para resolver problemas a corto plazo, que se hayan planteado al Contratista durante el día a día de la obra; pero, sin embargo, estas decisiones pueden no ser correctas para garantizar la presencia de problemas a largo plazo, durante la explotación final del túnel. Por ello durante la fase de proyecto, pero también durante la construcción, se deben estimar posible comportamiento tiempo-dependientes, tales como hinchamiento (“swelling”) o fluencia (“creep”).

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2.

ORGANIZACIÓN DEL EQUIPO DE CONTROL DE OBRAS SUBTERRÁNEAS

En este apartado se presenta de modo sucinto la organización del equipo de control de obras subterráneas para que se realicen de forma adecuada las operaciones necesarias para el seguimiento y control de las mismas; de manera que puedan ajustarse las definiciones del proyecto a las necesidades reales del terreno, correspondiendo al Contratista la realización de las medidas de control y auscultación, así como el seguimiento y comprobación de las mismas. Para ello el Contratista dispondrá de la Unidad de Control Geotécnico, que dependerá de forma independiente del Jefe de Obra, a través del Jefe de Producción de los túneles. El concepto tradicional de una asistencia técnica para el seguimiento y control de la obra se basa en formar un equipo de técnicos que, bajo la coordinación de un Jefe de Unidad, se encargue de controlar y vigilar su ejecución; emitiendo los correspondientes informes a la Interventoría Fiscal y/o a la Propiedad, sobre la marcha de los trabajos. En el caso de obras subterráneas, el trabajo de la unidad de asistencia técnica presenta mayores dificultades que las habituales, debido a que la construcción de las obras subterráneas posee siempre una mayor incertidumbre que la de las obras de superficie. En estas condiciones la unidad de asistencia técnica necesita el complemento de un especialista para poder resolver con acierto los problemas planteados y, para que su trabajo sea eficaz, resulta imprescindible disponer de una información fiable y detallada sobre el comportamiento del terreno en los tramos previamente construidos. Con objeto de hacer más eficaz el trabajo de la unidad de seguimiento geotécnico para el control de la construcción de los túneles y, sobre todo, para tratar de adelantarse a los posibles problemas que puedan presentarse y optimizar el proceso constructivo se propone que esta asistencia técnica esté conformada por dos conceptos: 1.

Unidad de supervisión en faena

2.

Oficina técnica de apoyo especializado

A continuación se describe las labores de ambas unidades. a) Unidad de supervisión en faena Esta unidad tiene como objeto realizar un seguimiento geotécnico diario de los túneles para comprobar el trabajo de la construcción de túneles y para proponer actuaciones concretas con objeto de adelantarse a los posibles problemas técnicos que pueda plantear la construcción de túneles. Para ello diariamente, el responsable de la unidad de supervisión verificará los siguientes aspectos relacionados con el proceso de construcción de los túneles: 1.

Caracterización geotécnica de los frentes

2.

Evolución de las medidas de convergencia

3.

Datos sobre cuantía y calidad de los elementos del sostenimiento (pull-out test sobre pernos, espesores y resistencia del shotcrete) que proporcionará el Departamento de Calidad.

4.

Incidencias en el proceso constructivo y emisión de informes puntuales.

Además de ello recabará en su caso, información procedente de la Unidad de Topografía al objeto de verificar sobreexcavaciones y las sub-excavaciones. SUBTERRA INGENIERÍA, S.L. | Metodología de Seguimiento de Obras Subterráneas. Métodos Convencionales – Drill&Blast

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Los geotécnicos en terreno serán los responsables de mapear los frentes de excavación, valorando el RMR y las discontinuidades del terreno y, a la vista del mapeo, decidir el soporte a emplear en cada pase de excavación. Además será el responsable de las conciliaciones, en su caso, con el Mandante y/o la Interventoría Fiscal. Finalmente este equipo enviará periódicamente toda la información a las oficinas centrales de SUBTERRA Ingeniería para alimentar la oficina técnica y para la elaboración del informe mensual de seguimiento geotécnico o cualquier otro informe puntual ligado a incidencias de obra. b) Oficina técnica de apoyo especializado e informes mensuales de obra La información de los mapeos de los frentes, de las medidas de convergencia y demás información citada anteriormente, serán enviadas semanalmente a las oficinas centrales de SUBTERRA, donde serán analizadas. En caso de incidencia la información será enviada a tiempo real, garantizándose un contacto permanente entre la oficina técnica de apoyo y los miembros de la Unidad de Supervisión. Así mismo la Oficina Técnica de Apoyo se encargará de hacer posible la comparación entre la información obtenida en la obra y la contenida en el Proyecto, y de mantener operativos los equipos y programas informáticos que permiten el flujo de información entra la obra y la oficina central. Por último se efectuarán visitas periódicas a la obra de dos días íntegros de trabajo de un especialista internacional de más de 25 años de experiencia en túneles. A priori no se estima necesaria la realización de visitas periódicas y estas serán en función del desarrollo de las obras, y siempre a petición expresa del contratista. Por último es de resaltar que, la oficina técnica de apoyo, generará el informe mensual de obra, para su entrega al cliente. Las labores específicas a realizar por la oficina técnica son las siguientes:



Elaboración de un Plan de Monitoreo incluyendo el procedimiento de medición de convergencias.



Revisión e interpretación semanal de las medidas de convergencia,



Mantenimiento de un servicio de asistencia geotécnica a tiempo real para incidencias durante la excavación.



Definición, en su caso, de medidas de refuerzo a aplicar y/o métodos constructivos no estandarizados.



Realización de informes parciales acerca de los aspectos anteriores o de cualquier aspecto relacionado con el seguimiento geotécnico que se suscite (procedimiento de medida de convergencia, hundimientos, refuerzos, etc).



Comparación entre las previsiones del terreno (RMR, Secciones Tipo y convergencias) y la realidad obtenida durante la excavación.



Seguimiento de la calidad y cuantía de los elementos del soporte (pull-out tests sobre pernos y espesor/resistencia del shotcrete).



Realización del informe mensual del seguimiento geotécnico de la obra.

En la Figura 2.a. se dispone el organigrama del equipo de control de obras subterráneas.

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Figura 2.a.- Organigrama de la organización del equipo de control de obras subterráneas.

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3.

TRABAJOS PREVIOS ESTUDIO Y ANÁLISIS DEL PROYECTO

3.1.

Se procederá a la recopilación de todos los datos existentes relacionados con el túnel, tanto en el Proyecto como en el resto de información disponible, de manera que se estudie y analice el Proyecto, desde la perspectiva de la obra que se va a ejecutar. Se estudiarán, especialmente, los siguientes aspectos:



Estudio del capítulo Geológico-Geotécnico del Proyecto, para comprender totalmente las características del terreno donde se asienta el túnel. Debe hacerse mayor hincapié en los riesgos constructivos (Fallas, abrasividad, durabilidad, cavidades, plastificación intensa (“squeezing”), sobre-excavaciones, estabilidad del frente, agua, aguas ácidas, hinchamiento o expansividad, fluencia y lajamiento - estallidos de roca).



Análisis de las Secciones Tipo. Se estudiarán los métodos de excavación y sostenimiento propuestos y su adecuación a los terrenos.



Comprobación de la adecuación y viabilidad del Plan de Instrumentación previsto.



Comprobación de la adecuación del Plan de Auscultación previsto.

CONTROL GEOMÉTRICO Y TOPOGRÁFICO

3.2.

El primer aspecto a controlar por la Unidad de Control Geotécnico será la topografía. Con él se deberá conocer en todo momento la situación del túnel respecto a su geometría, y servirá de base tanto para la elaboración de mediciones de certificación, como para detectar errores de ejecución y tomar las medidas oportunas en el momento necesario, para corregirlos. Por ello se considera fundamental la rapidez en la toma de datos y obtención de resultados, que permitan detectar fallos de forma inmediata, y proceder a su corrección cuanto antes. De esta forma se puede evitar acumular errores durante la ejecución, de difícil y costosa corrección, cuándo se intentan subsanar tras un período de tiempo desde el momento en que se produjeron. Como ejemplo de ellos se pueden citar los errores en el eje o sección de excavación, que son fácilmente corregibles en su inmediata detección, y que transcurrido un período de tiempo mayor, pueden dar lugar no sólo a situaciones complicadas que influyen en su coste, sino que también pueden entrañar peligro para la estabilidad de la excavación. Por estas razones, se hace necesario aparte del replanteo y comprobaciones sistemáticas que lleva a cabo el Contratista, un exhaustivo control que permita detectar y resolver los errores que se pueden producir, de una forma inmediata. A continuación se presentan los criterios y labores que como mínimo se deben llevar a cabo para la ejecución del túnel, en los aspectos geométricos y topográficos.



Topografía de exterior

Que consistirá en una triangulación con cierre entre las bocas y la colocación de las bases necesarias para acometer a los trabajos en el túnel. SUBTERRA INGENIERÍA, S.L. | Metodología de Seguimiento de Obras Subterráneas. Métodos Convencionales – Drill&Blast

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

Topografía de interior

Implantación y comprobación de bases topográficas en el interior del túnel durante las distintas fases del proceso de excavación, y reposición en su caso. Las bases deben estar protegidas y señalizadas. Replanteo de la sección de excavación en los sucesivos frentes de avance. Comprobación del eje del túnel. En caso de que para ello se colocasen puntos de replanteo del eje en bóveda su emplazamiento se hará por bisección. En principio no se recomienda sobrepasar una distancia de 5 metros entre puntos, y de 15 metros al frente de avance, en todo momento, desde el punto más próximo al mismo. Los puntos estarán debidamente señalizados y protegidos. Control de secciones transversales, con definición de separación entre ellas y al frente de avance. En el caso de utilizarse procedimientos topográficos convencionales se definirá asimismo el número de puntos que contengan el perfil con objeto de que queden reflejadas al mismo tiempo todas las irregularidades de la excavación. Se recomienda hacer coincidir las secciones transversales con los puntos de replanteo del eje en clave y distancia al frente de excavación no mayor de 15 metros, en el momento de tomar los perfiles. Los perfiles se tomarán para cada fase de excavación y una vez excavada y sostenida la sección completa del túnel. Determinación en cada fase de excavación del Punto Kilométrico del frente de excavación y distancia a boca. Para ello se tomará el valor promediado de cuatro puntos, tres se sitúan en la rasante de excavación (uno en el centro y dos en los bordes) y el cuarto en clave para la sección superior (Avance), y en el centro de la rasante de la sección de Avance, para la excavación en Destroza. Colocación y mantenimiento de tablillas cada 25 m en un lugar visible con el punto kilométrico del túnel perfectamente legible en todo momento. Control de rasante de excavación, al objeto de comprobar desviaciones de cota. Control de gálibo en sección completa excavada y sostenida, mediante carro de gálibo de sección igual a la teórica. Replanteo de tajeas, aceras, nichos de protección y partes constitutivas de los elementos de drenaje. Control geométrico de elementos de sostenimiento (espesor de hormigón proyectado y emplazamiento de cerchas). Todos los datos correspondientes al control geométrico y topográfico estarán puestos al día en todo momento y mediante archivos, para facilitar su consulta y análisis. Los datos serán tomados y procesados por la Unidad de Topografía de la Unidad de Control Geotécnico.

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4.

CONTROL GEOTÉCNICO

En este apartado se presenta la metodología a seguir para realizar el control en las actividades de construcción de un túnel.

4.1.

CONTROL DE LA CONSTRUCCIÓN DE LOS PORTALES

Los emboquilles o portales de un túnel constituyen una de las partes más delicadas de la construcción de un túnel; ya que, durante la construcción, se alteran desfavorablemente las condiciones de estabilidad del terreno natural y, por ello, muchas veces la construcción del emboquille acarrea colapsos que suponen incrementos de coste innecesarios. En los apartados siguientes se describen los aspectos de que deben ser controlados con especial interés durante el emboquille de un túnel.

4.1.1.

Control de la excavación de los taludes

En primer lugar se deberá controlar la excavación y, en su caso, las tareas de refuerzo previstas, de los taludes frontal y laterales del portal. Para ello se realizará un completo mapeo recogiendo los datos que se incluyen en la ficha que se muestra en la Figura 4.1.1.a.

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Figura 4.1.1.a.- Ficha de mapeo de taludes.

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4.1.2.

Paraguas de refuerzo

Para resolver el problema de estabilidad que puede suponer la construcción de un portal, habitualmente se suele construir un paraguas para reforzar el terreno antes del inicio de la excavación; después de haber saneado el talud frontal del emboquille. Los paraguas de refuerzo están constituidos por tubos de acero que se colocan en el interior de taladros, solidarizándolos al terreno mediante un mortero de cemento inyectado. En los terrenos blandos de naturaleza granular pueden emplearse opcionalmente columnas de jet-grouting, que también pueden armarse con tubos o redondos de acero. El control de la ejecución de un paraguas debe iniciarse comprobando el replanteo de los taladros en el terreno y verificando que la calidad de los tubos de acero de refuerzo es la especificada en el proyecto. Durante de construcción del paraguas hay que comprobar que la longitud de los taladros es la correcta y que los elementos de unión, que permiten el empalme de los tubos de refuerzo, tienen las características requeridas. Finalmente se debe prestar una atención especial a la construcción de la viga de atado y de la visera, normalmente formada por cerchas TH, que se suelen construir para evitar los nocivos efectos de la caída de piedras del talud frontal. En la Fotografía 4.1.2.a se muestra un detalle de la construcción de un emboquille, en la cual se puede apreciar la excelente ejecución de un paraguas pesado.

Fotografía 4.1.2.a.- Construcción de un paraguas doble pesado, y su correspondiente viga de atado.

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4.1.3.

Inicio de la excavación

El inicio de la excavación, al abrigo del paraguas previamente construido, debe hacerse tomando muy en cuenta las condiciones locales del terreno. Cuando éste permita la utilización de medios mecánicos para realizar la excavación, el inicio del túnel no deberá suponer problema alguno. Sin embargo, cuando sea necesario el uso de explosivos, deberán tomarse precauciones específicas. Como regla general la primera voladura irá orientada a conseguir un gran cuele, de 1 m x 1 m; situado preferentemente en la base de la futura excavación y cuya profundidad estará comprendida entre 1 y 2 m. A partir de este gran cuele se realizarán voladuras concéntricas hasta conseguir la excavación de la sección deseada. Mientras que el frente no haya salido del paraguas de protección, normalmente el pase de excavación no deberá superar los 2 m y, en cualquier caso, deberá respetar las especificaciones del proyecto moduladas de acuerdo con las características del terreno. En las primeras voladuras se prestará especial atención al reparto de la carga instantánea con objeto de no dañar las posibles edificaciones que se encuentren próximas al emboquille ni la propia viga de atado, previamente construida. En la Fotografía 4.1.3.a se muestra un ejemplo de los daños producidos en la viga de atado de un emboquille, por una voladura poco cuidadosa.

Fotografía 4.1.3.a.- Daños producidos por una voladura poco cuidadosa, en la viga de atado de un emboquille. SUBTERRA INGENIERÍA, S.L. | Metodología de Seguimiento de Obras Subterráneas. Métodos Convencionales – Drill&Blast

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4.2.

CONTROL GEOTÉCNICO DE LOS FRENTES

El control geotécnico del frente es esencial para poder elegir, en cada pase de avance, la Sección Tipo que debe ser aplicada en la excavación y sostenimiento con objeto de obtener los mejores resultados de seguridad y productividad. El control geotécnico del frente se lleva a cabo caracterizándolo in situ, mediante la aplicación de una clasificación geomecánica. Para la caracterización de los frentes se realizará, en cada pase, el estudio de la litología, estructura y calidad de los terrenos atravesados. El encargado de la clasificación del frente, tomará una fotografía digital del frente al realizar su caracterización. Lo más importante de este procedimiento es que la fotografía digital del frente tenga la resolución adecuada. De esta forma, además de constituir un archivo geotécnico de alta precisión, los Técnicos de la Inspección y de la Unidad Técnica de Apoyo, pueden contrastar conjuntamente la información geotécnica de los frentes y recomendar las acciones concretas necesarias para mejorar la calidad de la construcción. Conforme a esto se escogerá la Sección Tipo, entre las previstas en el Proyecto de construcción, que mejor se adapte a las características del terreno. Otro aspecto fundamental a tener en cuenta para que la caracterización de los frentes sea efectiva es que debe existir una comunicación fluida y precisa entre el Geotécnico encargado de la caracterización de los frentes y el Jefe de Producción de los túneles. Sólo si esta comunicación existe, será posible que la información geotécnica, una vez estructurada, se utilice lo antes posible en la construcción del túnel a fin de conseguir la mejor adaptación del proceso constructivo a las características reales del terreno. Esta adaptación debe conseguirse escogiendo adecuadamente la Sección Tipo, entre las previstas en el Proyecto de Construcción, que mejor se adapte a las características del terreno y modulando los parámetros variables, como la longitud del pase de avance, para mejorar los resultados. Cuando las características del terreno no se adapten a las Secciones Tipo del Proyecto Constructivo, el Responsable de Control del Túnel debe comunicarlo inmediatamente a la dirección de obra para realizar una modificación de éstas y conseguir los objetivos adecuados. En la Figura 4.2.a se presenta un ejemplo de la caracterización de un frente del Túnel de conducción de la Central hidroeléctrica de Cheves (Perú).

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Figura 4.2.a.- Caracterización geológica-geotécnica de un frente de excavación. SUBTERRA INGENIERÍA, S.L. | Metodología de Seguimiento de Obras Subterráneas. Métodos Convencionales – Drill&Blast

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En el Anexo I de este manual se incluye una detallada una descripción metodológica del mapeo de un frente.

4.3.

CONTROL DE LA EXCAVACIÓN

Las sobre-excavaciones o sub-excavaciones sobre el perfil teórico definido en el proyecto, no benefician a nadie; por el contrario pueden ser fuente de accidentes, si se utilizan cerchas como parte del sostenimiento y, siempre, supondrán sobrecostes no deseados. Para controlar las sobre-excavaciones se debe medir, en cada pase, la sobre-excavación producida y, controlar la eficiencia de cada voladura.

4.3.1.

Medida de las sobre-excavaciones

Para medir las sobre-excavaciones es conveniente utilizar un perfilómetro que, mediante un rayo láser que gira barriendo la sección a medir, permite obtener con precisión milimétrica el perfil de excavación. Normalmente estas medidas están digitalizadas, de tal forma que su comparación con el perfil teórico de excavación es sumamente fácil; instalando el correspondiente soporte informático. Estas medidas las puede realizar la Asistencia Técnica o la empresa constructora, siendo contrastadas por la unidad de Inspección. Al igual que sucede con la información geotécnica de los frentes, para que la medida de la sección excavada suponga un medio eficaz para controlar las sobre-excavaciones, estas medidas deben realizarse en cada ciclo de avance y la información que se obtenga debe ser transmitida rápidamente al Jefe de Producción del túnel. De esta forma, inmediatamente después de detectar la sobre-excavación, se podrán poner en práctica las medidas conducentes a resolver este problema. En la Figura 4.3.1.a se muestra un perfil de sobre-excavación y en la Figura 4.3.1.b se presenta un ejemplo del control de sobre-excavación en un frente del Túnel de conducción de la Central hidroeléctrica de Cheves (Perú).

Figura 4.3.1.a.- Sección topográfica de sobre-excavación. SUBTERRA INGENIERÍA, S.L. | Metodología de Seguimiento de Obras Subterráneas. Métodos Convencionales – Drill&Blast

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Figura 4.3.1.b.- Ficha de control de la excavación.

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4.3.2.

Eficiencia de las voladuras

Cuando es necesaria la utilización de explosivos resulta del máximo interés controlar la eficiencia de las voladuras, para conseguir los mayores avances posibles y para tratar de dañar lo menos posible la roca remanente. Esto facilitará el sostenimiento de las excavaciones y permitirá afectar lo menos posible el entorno del terreno en el que se realizan las voladuras. Se sabe que la eficiencia de una voladura está relacionada con la calidad de la matriz rocosa, el estado natural de fracturación, la geometría del frente, el diseño de la voladura y con la forma en que se carga cada barreno y se detona. La idea básica para mejorar la eficacia de las voladura, al igual que sucede con las Secciones Tipo que definen la excavación y sostenimiento del túnel, radica en calcular con la mayor precisión posible un modelo de voladura y corregirlo posteriormente, en función de las variaciones del terreno. Con los modernos jumbos de perforación robotizados, la optimización de las voladuras es mucho más fácil que con lo jumbos de perforación convencionales. Ello es debido, por un lado, a que al estar computerizado el movimiento de los brazos del jumbo, desaparecen los errores operacionales, inevitables en un posicionamiento manual de las deslizaderas de perforación. Por otro lado, todos los jumbos robotizados proporcionan información sobre los parámetros que definen la respuesta del terreno durante la perforación de cada barreno; lo cual hace posible variar la carga de cada barreno para acomodarla a las exigencias del terreno. Para controlar la eficiencia de la voladura se llevará a cabo un seguimiento de cada pase, en el que entre otros se recogerán: la longitud perforada y avanzada realmente en cada pase; el número de tiros realizados y la cuantía de explosivos utilizados; el RMR; la Sección Tipo aplicada; y, la sobre-excavación medida. En cualquier caso, como ayuda complementaria a la utilización de yumbos robotizados se propone a la Administración el control de la vibraciones generadas en cada voladura para optimizar la carga de explosivos y para asegurarse de que las vibraciones generadas no son nocivas para el entorno de la excavación del túnel. Para ello, se propone la utilización de equipos específicos. Estos equipos constan de varios canales, equipados con un acelerómetro para la medida de vibraciones y, en su caso, un sonómetro para la medida de la onda aérea, cuando sea necesario medir este parámetro. Cada uno de los canales del equipo, que tiene acoplado un acelerómetro, permite obtener los valores de pico y la frecuencia de las vibraciones reguladas. De esta forma, midiendo las vibraciones generadas en cada una de las voladuras, proporcionando medidas concretas para optimizar su eficiencia. En la Fotografía 4.3.2.a, se muestra uno de estos equipos, que no requieren cables de conexión por lo que se puede instalar en un pequeño hueco, próximo al frente que se va a volar, sin que produzca ninguna interferencia con los trabajos propios del ciclo de avance.

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Fotografía 4.3.2.a.- Vista de dos equipos para medir las vibraciones, colocados en un nicho próximo al frente de excavación.

4.4.

MAPEO ESTRUCTURAL DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS

Es fundamental en todo proyecto de túneles llevar a cabo un mapeo estructural de las excavaciones, además, es importante realizar esta tarea periódicamente pues puede ser requerida en cualquier momento. El mapeo estructural consiste en la proyección de las estructuras observadas en los avances de excavación, esta proyección es sobre un plano horizontal por lo que los hastiales se deben abatir para lograr la adecuada proyección. La Figura 4.4.a muestra cómo debe realizarse este mapeo.

Figura 4.4.a. - Secuencia del mapeo estructural.

En la Figura 4.4.b se adjunta un plantilla para la ejecución del mapeo estructural de los túneles, esta plantilla incluye una guitarra con información geológica que combinada con el mapeo da una visión global de la geología y geotecnia de la excavación. SUBTERRA INGENIERÍA, S.L. | Metodología de Seguimiento de Obras Subterráneas. Métodos Convencionales – Drill&Blast

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Figura 4.4.b.- Ficha de mapeo estructural. SUBTERRA INGENIERÍA, S.L. | Metodología de Seguimiento de Obras Subterráneas. Métodos Convencionales – Drill&Blast

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4.5.

CONTROL DE FENÓMENOS TENSIONALES

En túneles u obras subterráneas profundas, habitualmente por encima de los 500 m. de recubrimiento, y en macizos rocosos de buena calidad geotécnica, en general sobre los 60 puntos de RMR y por encima de 150 MPa de resistencia o la comprensión simple de la roca intacta; pueden producirse fenómenos tensionales que, en primera instancia, se reducirán a lajeos (“spalling”) y que, para estadios tensionales más severos, pueden desencadenar estallidos de roca (“rock bursting”). Para controlar estos fenómenos, se empleará la ficha que se muestra en la Figura 4.5.a.

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Figura 4.5.a – Ficha de mapeo del frente.

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5.

CONTROL DEL SOSTENIMIENTO

La correcta puesta en obra del sostenimiento, en calidad, cantidad y en el momento preciso, constituye una garantía de que la construcción del túnel se realiza en buenas condiciones de seguridad y que éste ofrecerá unas excelentes condiciones de explotación. El soporte colocado en el túnel será minuciosamente registrado de acuerdo a la ficha que se muestra en la Figura 5.a. Dada la gran importancia que tiene la correcta puesta en obra del sostenimiento en la metodología de control de calidad que se propone se ha puesto de manifiesto un énfasis especial en el control del sostenimiento, tal como se puede comprobar en los apartados siguientes.

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Figura 5.a – Ficha de control de soportes.

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5.1.

PERNOS

Actualmente los pernos constituyen, junto con el hormigón proyectado, los elementos básicos del sostenimiento en la mayor parte de los túneles que se construyen. Los problemas que más frecuentemente suele presentar la ejecución del bulonaje se concretan en el tiempo que transcurre desde la excavación y la colocación del perno y en la garantía del anclaje. En los apartados siguientes, se presentan los aspectos principales que deben ser controlados para garantizar la efectividad del bulonaje.

5.1.1.

Colocación de los pernos

El trabajo que deben realizar los bulones de sostenimiento está asociado al comportamiento estructural de la excavación. Cuando la excavación se comporta de manera cuasi-elástica, lo cual para profundidades normales sucederá con valores del Rock Mass Ratio (RMR) superiores a 60 puntos, la estabilidad de la excavación estará gobernada por una dinámica de bloques y la convergencia que se puede medir será del orden de pocos milímetros. En estos casos, normalmente es conveniente bulonar lo antes posible para “coser” cuanto antes las fracturas naturales que puedan individualizar bloques inestables. En frentes con RMR inferiores a 60 puntos, normalmente, se producirá una plastificación apreciable y las convergencias medidas será de varios centímetros; llegando a decímetros con valores de RMR inferiores a 40 puntos y profundidades importantes. En estos casos resulta más interesante aislar el terreno, para impedir la degradación por posibles cambios de humedad, y confinarlo aplicando, cuanto antes, una presión radial importante. Este objetivo puede conseguirse aplicando una capa de hormigón proyectado, de espesor mínimo de 3 a 5 cm. Por ello, en estos casos, normalmente será preferible colocar los bulones una vez que se haya aplicado la primera capa de hormigón proyectado.

5.1.2.

Calidad del anclaje

Normalmente en la construcción de túneles se utilizan bulones de anclaje repartido; esto quiere decir que el bulón debe estar en contacto con el terreno en toda su longitud. Esta condición se satisface fácilmente con los bulones de anclaje repartido mecánico y con los anclados con cemento. Sin embargo, cuando se utilizan bulones anclados con resina, esta condición es muy difícil de cumplir si no se una utiliza máquina bulonadora específica. Por ello, cuando se coloquen bulones anclados con resina, es imprescindible comprobar la longitud de bulón no anclado, introduciendo un alambre de acero entre el bulón y el taladro que lo aloja. Otro aspecto fundamental para asegurar la buena calidad del anclaje radica en el diámetro de perforación de los taladros para alojar los bulones, que debe respetar las especificaciones establecidas. En el caso de los bulones anclados con resina, la diferencia entre el diámetro de la barra de acero, normalmente 25 mm, y el diámetro del taladro no debe ser superior a 12 mm. Cuando la perforación de los taladros de bulonaje se hace con el SUBTERRA INGENIERÍA, S.L. | Metodología de Seguimiento de Obras Subterráneas. Métodos Convencionales – Drill&Blast

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jumbo del frente, normalmente esta condición no se cumple si no se usan bocas específicas para la perforación del bulonaje; por ello resulta necesario realizar un control meticuloso del diámetro de las bocas utilizadas para la perforación de los taladros de bulonaje. Finalmente, para el caso de los bulones expansivos tipo Swellex el diámetro de perforación es el siguiente:



Standard Swellex (Mn-12): 32-39 mm.



Super-Swellex (Mn-24): 43-51 mm.

5.1.3.

Comprobación de la resistencia de anclaje

Habitualmente en los túneles se realizan ensayos de tracción sobre bulones anclados en el terreno para comprobar las características del anclaje. Estos ensayos pueden hacerse con bulones cortos, normalmente con una longitud inferior a 40 veces el diámetro del bulón, o en bulones ya colocados en el túnel formando parte del sostenimiento. El ensayo con los bulones cortos tiene por objeto determinar la tensión de adherencia entre el bulón y el terreno; mientras que los ensayos con bulones normales, tienen por objeto comprobar que la resistencia del anclaje alcanza un valor predeterminado en Proyecto. En la construcción de túneles habitualmente se admite que los bulones de sostenimiento deben resistir una fuerza axial de 15 t. Para realizar ensayos que permitan comprobar esta resistencia de anclaje, Subterra propone utilizar un gato hueco y una estructura de carga que cumple lo especificado en la norma de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas para estos ensayos.

5.2.

HORMIGÓN PROYECTADO O SHOTCRETE

En los últimos diez años se ha producido un avance impresionante por lo que se refiere a la calidad del hormigón proyectado; de tal forma que, hoy en día, el hormigón proyectado es un producto de excelente calidad y de una gran regularidad en sus propiedades que se aplica en inmejorables condiciones de salubridad; siempre y cuando se siga una metodología correcta en su fabricación y puesta en obra. En los apartados siguientes se presentan, brevemente, los aspectos que suelen garantizar la calidad del hormigón proyectado.

5.2.1.

Puesta a punto de la dosificación

Actualmente la experiencia que se tiene en la preparación de dosificaciones para proyectar hormigón por vía húmeda es tan amplia, que es relativamente fácil proporcionar una dosificación patrón que, teóricamente, cumpla con los requisitos deseados.

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Sin embargo; hay que tener presente que algunos parámetros, que pueden variar localmente con gran facilidad, como la calidad de los áridos y, en particular, el equivalente de arena del árido, tienen una enorme influencia en la calidad del hormigón. Otro aspecto que depende directamente de cada obra en particular es el recorrido entre la planta de fabricación del hormigón y los frentes de los túneles; pues este parámetro incide directamente en los aditivos a emplear para conseguir un hormigón que se proyecte sin problemas. Por ello; para la puesta a punto de la dosificación del hormigón a proyectar se considera fundamental seguir las recomendaciones de la norma UNE 83-607/94 sobre hormigón y mortero proyectados que establece, en el apartado 10.1, las condiciones para la realización de los ensayos previos al inicio de la obra que permitan poner a punto la dosificación deseada. Así mismo resulta interesante seguir las especificaciones de la EFNARC en relación al hormigón proyectado (EFNARC; 1996) Especial interés debe ponerse en poner a punto y ensayar la denominada la “dosificación patrón”, sin aditivos, y en el objetivo de que la dosificación seleccionada proporcione una resistencia superior entre el 15 y 20% del valor mínimo deseado, sin exceder este en 7 MPa. Para realizar los ensayos previos que conduzcan a la definición de la dosificación a emplear, se propone la siguiente metodología:

I.-

Definición y ensayo de la dosificación patrón

La dosificación patrón es aquella que está constituida por el cemento, áridos, agua y superfluidificante reductor de agua. La dosificación patrón deberá establecerse utilizando los áridos, agua y cemento disponibles en el área donde se vaya a construir la obra subterránea. Normalmente la dosificación del cemento estará comprendida entre 350 y 450 kg/m3 y deberá utilizarse un cemento de alta resistencia inicial. Los áridos deberán cumplir las especificaciones contenidas en la norma UNE 83-607/94 y el agua respetará los condicionantes señalados en la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-98), del Ministerio de Fomento. En la preparación y ensayo de las probetas de control se seguirá lo establecido en la norma UNE-83-607/94 y las que están específicamente publicadas para estos procedimientos y ensayos. En la Tabla 5.2.1.I se muestra un ejemplo de una dosificación para un shotcrete de 25 MPa, y en la Figura 5.2.1.a de la granulometría de los áridos.

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CONCRETO 25 MPA (3.000 PSI) FINAL MIX DOSAGE (CORRECTED) CARGA

1000

LITROS

Componente

Kg

Litres

Arena 0/6

1.301,99

504,65

Gravin 5/8

668,78

264,34

Gravin 6/20

81,38

32,04

Cemento tipo I (CEM I 52,5)

300,00

98,68

Agua

97,09

97,09

Superplastificante

3,45

3,19

TOTAL(KG-L)

2.452,69

1.000,00

W/C Ratio

0,45

H25

Tabla 5.2.1.I. - Dosificación para un shotcrete.

Concrete

100,00

Mix Proposal

90,00

Min. Aggr. Zone Max. Aggr. Zone Min Aggre. Zone 0-15 Max Aggre. Zone 0-15 Min Aggre. Zone 0-20

80,00 70,00 % to pass

60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 100

10

1 0,1 Aggr. Zone 0-12, 0-15, 0-20, 0-25 (mm) UNE 83607/94

0,01

Figura 5.2.1.a. – Dosificación de la granulometría de los áridos.

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II.-

Definición de las proporciones de aditivos para mejorar las propiedades de la formulación base

Una vez puesta a punto la formulación base se estudiarán las proporciones de las adicciones que se deben incorporar para mejorar las propiedades de la formulación base que, son el humo de sílice (UNE 83460 1 y 2) y las fibras de acero, o polipropileno. El humo de sílice mejora la compacidad del hormigón y su resistencia a medio plazo a la vez que disminuye, a porcentajes inferiores al 5%, las pérdidas medias por rebote. Por su parte las fibras de acero o polipropileno son imprescindibles para conseguir aumentar el nivel tensional en el que aparece la primera fisuración del hormigón proyectado y para lograr que éste tenga una deformabilidad adecuada a la del macizo rocoso que se quiere estabilizar. La dosificación mínima de referencia para el humo de sílice es de un 3% en peso; aunque ésta dosificación se deberá variar en función de las exigencias de proyecto y de los resultados de los ensayos previos. La deformabilidad del hormigón se mide calculando la energía que absorbe una losa de 60 cm x 60 cm x 10 cm sometida al punzamiento de una fuerza, aplicada en el centro de la placa, a una velocidad de desplazamiento de 1 mm/minuto, cuando se ha producido una deflexión en el centro de la placa de 25 mm. Habitualmente el valor de referencia para la absorción de energía, en el ensayo en placa, es de 500 julios III.-

Definición de la proporción de acelerante

La definición de la proporción de acelerante se hará, necesariamente, mediante ensayos de proyección de hormigón con los equipos que vayan a utilizarse en la obra. En primer lugar se proyectará la formulación puesta a punto, sin utilizar acelerante, llenando dos artesas llenas de hormigón, según la norma UNE 83-602, y de cada artesa se obtendrán diez probetas de 6 cm de diámetro y 12 de longitud que se romperán a las siguientes edades:



3 probetas a 3 días



3 probetas a 7 días



4 probetas a 28 días

Una vez conocida la evolución de la resistencia del hormigón proyectado sin acelerante, se harán pruebas con proporciones crecientes de acelerante. Se recomienda que el acelerante utilizado no contenga álcalis en su formulación y que se emplee en la mínima proporción posible. Una proporción de referencia es la del 4% del peso de cemento en la formulación. Una vez realizada la proyección se determinará el tiempo de fraguado, mediante un penetrómetro de aguja, siguiendo las recomendaciones de la norma UNE 83-601. En cada proyección de prueba con acelerante se llenarán dos artesas y se realizarán los ensayos a 3, 7 y 28 días; antes citados.

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Resistencia del hormigón proyectado en obra

5.2.2.

El control en obra de la resistencia del hormigón proyectado se realiza, sobre probetas tomadas, según la norma 83602/97, por testificación en la parte central de una caja de fondo plano, de 15 cm de profundidad y 50 x 50 cm de lado como mínimo, construida según la UNE 83-605-91. En ella se habrá proyectado el hormigón perpendicularmente al fondo, estando la caja colocada formando 45º con la horizontal. Dado que el hormigón proyectado ejerce a corto plazo en los túneles un papel muy importante de sostenimiento, interesa mucho controlar la evolución de la resistencia del hormigón proyectado a plazo inferior a 28 días. Durante la primera hora posterior a la proyección del hormigón, su resistencia a compresión simple puede ser estimada mediante penetrómetro de aguja. Después de una hora, tras la proyección y antes de 24 horas, la resistencia a compresión simple del hormigón puede determinarse mediante ensayos indirectos como el arrancamiento de clavos de acero, previamente introducidos en el hormigón mediante una pistola. A partir de una edad de dos días, se pueden obtener probetas cilíndricas de hormigón proyectado para someterlos a ensayos convencionales de compresión simple. Combinando los tres métodos de ensayo se puede obtener una curva como la que se muestra en la Figura 5.2.2.a que corresponde al control de un hormigón proyectado en particular que debe tener una resistencia a compresión simple de 40 MPa. Una vez ajustada la curva de evolución de resistencia del hormigón, mediante los sencillos y rápidos ensayos con el penetrómetro, se puede conocer a muy corto plazo, la resistencia que va a alcanzar el hormigón a 28 días y, si es necesario, adoptar rápidamente las medidas correctoras que correspondan.

Resistencia a compresión (MPa)

100

10

Determinación con penetrómetro de aguja Arrancamiento de clavos, Metodo Hilti Ensayo a compresión sobre probetas

1

0,1 0,001

0,01

0,1

1

10

100

Edad de las muestras (días)

Figura 5.2.2.a.- Resultados de la determinación de la resistencia a compresión simple en un hormigón proyectado.

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5.2.3.

Espesores del hormigón proyectado

Aunque se ha progresado mucho en la tecnología en hormigón proyectado, durante los últimos 10 años, el control del espesor del hormigón proyectado en obra sigue siendo un problema mal resuelto que, normalmente, genera serias discrepancias entre el Contratista y la Dirección de Obra. Para resolver de forma eficaz este problema el objetivo básico debe orientarse a detectar, cuanto antes, las irregularidades en los espesores de hormigón proyectado a fin de poder poner los medios para corregir estas anomalías antes de que supongan un volumen tan grande que genere graves problemas presupuestarios. Hay que tener presente que, muchas veces, el volumen medio del hormigón proyectado coincide o incluso excede al previsto en el proyecto; pero su distribución a lo largo del desarrollo de una sección transversal es irregular. Ello es debido a que en la clave del túnel las pérdidas por rebote son sensiblemente mayores que en los paramentos y, si no se ejerce un control adecuado, el Contratista tenderá inevitablemente a no reponer las mayores pérdidas por robote en la clave; lo cual supone que el espesor real en la clave sea menor que en los paramentos. Para resolver de forma eficaz este problema se proponen varias actuaciones concretas, que deben ser llevadas a la práctica con mayor intensidad en la primera etapa de la construcción del túnel. La primera de ellas consiste simplemente en controlar el hormigón realmente proyectado a partir del volumen de mezcla, transportado desde la planta de fabricación hasta el frente. La comparación diaria de estas cifras respecto a las contenidas en el proyecto de construcción, permite ejercer un control, aproximado, pero muy sencillo de llevar a la práctica y muy eficaz. Otra vía de actuación consiste en realizar campañas puntuales para determinar, con la mayor precisión posible, el espesor de hormigón proyectado que efectivamente se coloca en obra mediante campañas selectivas de extracción de testigos de hormigón en varios puntos de la misma sección transversal del túnel. Otra forma eficaz y sencilla consiste en la colocación de clavos de control en toda la superficie, con una longitud idéntica al espesor de la capa que se debe proyectar. También para conocer con precisión el espesor de hormigón realmente proyectado, se puede utilizar el perfilómetro, empleado previamente para determinar las sobre-excavaciones.

5.2.4.

Deformabilidad del hormigón proyectado

El hormigón proyectado, al igual que el hormigón encofrado sin armar o el hormigón en masa, es un material con escasa resistencia a la tracción y con un comportamiento frágil; es decir, que tiene una resistencia residual muy baja cuando se sobrepasa la resistencia de pico. El comportamiento mecánico del hormigón proyectado mejora sustancialmente con la adición de fibras de acero; siempre que estas tengan las características y la dosificación adecuadas. Por ello resulta del máximo interés controlar que el hormigón proyectado en obra contiene la dosificación prevista de fibras y que estas tienen las características adecuadas para dar al hormigón las propiedades previstas en el proyecto. A fin de conseguir este objetivo se proponen dos tipos de controles, uno directo para determinar la proporción y características de las fibras y otro indirecto, para medir la absorción de energía.

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5.2.4.1.

Determinación del contenido y características de las fibras de acero

La determinación del contenido en fibras del hormigón proyectado se realizará de acuerdo con lo previsto en el apartado 4 de la Norma UNE 83-610/97 referente a la “Determinación del contenido en fibras de acero del hormigón y mortero proyectados”. Las fibras obtenidas en este ensayo se utilizarán para determinar sus características geométricas: forma, diámetro y longitud; a fin de poder compararlas con las indicadas por el fabricante. En caso necesario, estas fibras serán también utilizadas para realizar con ellas ensayos de tracción que permitan determinar su resistencia en el límite elástico y compararla con los datos del fabricante. Las fibras obtenidas en este ensayo se utilizarán para determinar sus características geométricas: forma, diámetro y longitud; a fin de poder compararlas con las indicadas por el fabricante. En caso necesario, estas fibras serán también utilizadas para realizar con ellas ensayos de tracción que permitan determinar su resistencia en el límite elástico y compararla con los datos del fabricante.

5.2.4.2.

Determinación de la absorción de energía

Ya se ha indicado, en el apartado 5.2.4. (II) que la deformabilidad del hormigón proyectado se debe determinar en el ensayo del punzonamiento de una placa de hormigón proyectado de 60 cm x 60 cm x 10 cm. Este ensayo está definido en la propuesta de norma europea PR EN BBB Part 5 (2000), denominada “Sprayed ConcreteDetermination of energy absorption capacity of fibre reinforced slab specimens” y, normalmente deberá realizarse en un laboratorio especializado fuera de la obra. En la Figura 5.2.4.2.a se muestra un ejemplo de un ensayo de determinación de la energía absorbida por una placa de hormigón proyectado.

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Figura 5.2.4.2.a.- Protocolo de un ensayo de punzonamiento en placa para determinar la energía absorbida.

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5.2.5.

Contenido en humo de sílice

Una vez fraguado el hormigón que se debe proyectar, actualmente, no hay ningún método fiable para determinar el contenido de humo de sílice en el hormigón. Por ello, dada la importancia que tiene este producto sobre las propiedades del hormigón y lo relativamente elevado de su coste, el procedimiento que se considera más eficaz para comprobar que se dosifica correctamente al fabricar el hormigón es el de realizar inspecciones en la planta de fabricación del hormigón. Estas inspecciones irán encaminadas a comprobar el trabajo correcto de las dosificadoras de humo de sílice y a verificar que los suministros de humo de sílice son acordes con las cantidades de hormigón fabricado. Dado que el humo de sílice mejora, entre otros aspectos, la impermeabilidad del hormigón proyectado; indirectamente se podrá utilizar el ensayo de penetración del agua bajo presión para comprobar que el hormigón ha sido fabricado con humo de sílice. La determinación de la penetración del agua en el hormigón puede llevarse a cabo según lo dispuesto en la propuesta de norma europea pr EN 12364 “Testing concrete-Determination of the depth of penetration of water under pressure”.

5.2.6.

Control de los aditivos para mejorar las condiciones de proyección

Como regla general hay que intentar que la proporción de los aditivos que se usen para mejorar las condiciones de proyección, como adecuantes, superfluidificantes, estabilizadores de fraguado..., sea la menor posible. En cualquier caso antes de utilizar un nuevo tipo de aditivo se deberá realizar los ensayos previos, descritos en el apartado 5.2.1, para comprobar que su utilización ni afecta a las características del hormigón. Durante la obra se comprobará regularmente que los aditivos empleados corresponderán a los previamente ensayados y se tarará los aparatos dosificadores para comprobar que trabajan correctamente.

5.3.

MARCOS

Las cerchas o marcos metálicos tipo TH, LG o HEB, son elementos que habitualmente se colocan en los túneles para completar el sostenimiento, normalmente se asume que su colocación es una tarea relativamente sencilla; lo cual es cierto si el terreno es de calidad media a buena. Sin embargo, normalmente, la colocación de las cerchas se suele reservar para los tramos de terreno de mala calidad y, por ello, será necesario controlar con esmero dos aspectos importantes: intercalación cercha-terreno y rigidificación longitudinal de las cerchas.

5.3.1.

Interacción marco-terreno

Para conseguir una buena interacción entre las cerchas y el terreno resulta imprescindible conseguir un perfil de excavación que se aproxime, todo lo que sea posible, al perfil de la cercha. Este objetivo limitará algo los rendimientos de excavación; pero hay que intensificar, al máximo necesario, el control sobre la excavación ya que, si el perfil transversal presenta sobre-excavaciones importantes, se producirá un indeseado e inútil aumento en el volumen de hormigón proyectado, el tiempo necesario para colocar una cercha aumentará apreciablemente y el rendimiento de avance disminuirá drásticamente. SUBTERRA INGENIERÍA, S.L. | Metodología de Seguimiento de Obras Subterráneas. Métodos Convencionales – Drill&Blast

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Cuando el terreno no es de calidad excesivamente mala, a efectos prácticos cuando su RMR esté comprendido entre 35 y 45 puntos, solidarizar las cerchas al terreno mediante bulones de anclaje repartido. En estos casos, se comprobará especialmente que el sistema de unión entre los bulones y las cerchas no debilita la sección resistente de las cerchas. Para obtener una buena intercalación entre las cerchas y el terreno se controlará que la superficie del terreno, entre dos cerchas consecutivas, se recubre cuanto antes con hormigón proyectado. En la zona de las cerchas el espesor del hormigón proyectado será suficiente para recubrir completamente el perfil de las cerchas y durante su puesta en obra se controlará, con esmero que no se produzcan zonas de sombra que debiliten el conjunto cercha – hormigón proyectado.

5.3.2.

Arriostramiento longitudinal de los marcos

El arrostramiento longitudinal de las cerchas desempeña un papel muy importante para limitar la progresión, hacia la parte ya excavada, de los posibles hundimientos que pudieran sobrevenir en la parte de túnel excavada y no sostenida. En el caso de que la excavación se haga con explosivos, el arriostramiento longitudinal de las cerchas es importante también para conseguir que las proyecciones producidas por las voladuras no vuelquen las cerchas previamente colocadas. Por ello, durante la puesta en obra de las cerchas, se controlará especialmente que se coloquen correctamente el número de tresillones previstos en el proyecto y que sus características y las del sistema de fijación a las cerchas sean las adecuadas.

5.4.

CONTROL DE LOS MATERIALES EMPLEADOS

En este apartado de presentan los controles a realizar sobre los materiales empleados en la construcción del túnel.

5.4.1.

Control de certificados de calidad

Se revisará que la empresa constructora entregue los certificados de calidad de todos los elementos empleados en la construcción del túnel y que sean susceptibles de ello.

5.4.2.

Seguimiento del P.A.C. del constructor

Primeramente se debe confeccionar un cuadro en el que se recojan los ensayos y pruebas establecidas en el Proyecto; así como la frecuencia y el número total de ensayos a realizar en función de las unidades previstas. A continuación se procederá a comprobar que el Plan de Aseguramiento de la Calidad incluye los ensayos y pruebas previstos, con las frecuencias y las cuantías establecidas. Una vez comprobado que el P.A.C. cumple con las exigencias del Proyecto, se procederá a establecer junto con la empresa constructora la periodicidad de la entrega de los protocolos de los resultados de los controles realizados. Esta periodicidad puede ser diaria para los controles diarios, y semanal para el resto.

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6.

CONTROL DE LA AUSCULTACIÓN

6.1.

MONITOREO DE TALUDES

Durante el proceso de excavación se produce, en las inmediaciones del frente de avance, un proceso de ajuste de tensiones que se materializa en movimientos del terreno y cargas sobre el sostenimiento, hasta que se llega al estado de equilibrio. Es esencial comprobar que se consigue llegar al equilibrio en una sección determinada; ya que si no se estabiliza la sección, la integridad del túnel a medio-largo plazo podría verse afectada, aunque se colocará un revestimiento que tuviera una apreciable resistencia estructural. Por otra parte no solo es necesario constatar que se consigue la estabilización de la excavación; sino que, además, es preciso controlar el proceso completo de la estabilización para detectar a tiempo anomalías que pueden ser indicio de un colapso de la excavación. Partiendo de unas hipótesis de base, que son el resultado del estudio y análisis de los datos suministrados por la campaña de investigación llevada a cabo con anterioridad, se empezará a construir el túnel, y es por medio de un seguimiento sistemático de la frente de los túneles, mediante su mapeo sistemático, cuando se podrá comparar los datos de partida con los reales y proceder a la adaptación de aquellos, si fuera necesario, con objeto de ejecutar la obra de la manera más segura y económica posible. El mapeo de los frentes de excavación constituirá, por tanto, el aspecto esencial del Control de la obra subterránea. Sin embargo se definirá un programa de instrumentación que complemente el trabajo geotécnico descrito y que dependerá directamente de la Unidad de Control Geotécnico. El programa de instrumentación estará basado, a su vez, en las medidas de convergencia. Estas medidas se realizarán de forma sistemática y constituyen el núcleo del programa de instrumentación. No obstante aparte, se dispondrá, puntualmente, de otro tipo de instrumentación. En los apartados siguientes se presenta la metodología que se propone para controlar el comportamiento de la excavación.

6.1.1.

Auscultación

El control de los movimientos del terreno durante la construcción de un emboquille es esencial para poder pronosticar el inicio de inestabilidades y, consecuentemente, poder proponer las medidas de refuerzo o cambios en el sistema constructivo adecuado. El sistema más económico y preciso para poder controlar los movimientos del terreno durante la construcción de un emboquille consiste en realizar nivelaciones topográficas de puntos de referencia colocados en las proximidades del emboquille; uno de los cuales, necesariamente deberá estar situado en la clave del túnel. Por ello, antes de iniciar la construcción del emboquille, se deberán colocar los puntos de referencia en el terreno y dar coordenadas a las bases de partida para las nivelaciones. Se pondrá una atención especial en la ubicación y construcción de estas bases, para conseguir que estas no se vean afectadas por las obras.

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En el caso de emboquilles difíciles, se deberán complementar las nivelaciones topográficas con medidas sobre inclinó metros o extensómetros incrementales. En la Figura 6.1.1.a se muestra un ejemplo de la ficha que habitualmente utiliza Subterra para estas muestras.

Figura 6.1.1.a – Ficha de monitorio de taludes.

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6.1.2.

Inclinómetros

Las tuberías inclinométricas sirven para medir la las deformaciones en el interior del terreno, para ello se alojarán en sus correspondientes sondeos. La sonda tendrá una resolución de 0,01 mm y su rango de medida será de; 50º; medido desde la vertical. La tubería inclinométrica será de aluminio extrusionado o material similar, con cuatro acanaladuras para la guía de la sonda. Las características de los tubos serán las siguientes:



Longitud del tubo

3000 mm.



Diámetro exterior

53 mm.



Diámetro interior

48 mm.

Las características de las juntas entre tubos serán las siguientes:



Longitud de la junta



Diámetro exterior

63 mm.



Diámetro interior

55 mm.

300 mm.

El tapón de fondo estará dotado de tornillo de bloque. Se ejecutará el sondeo para la introducción la tubería inclinométrica, con un diámetro de perforación será de 100 mm; una vez acabado el sondeo, se procederá a la introducción de las tuberías y al relleno del hueco a anular con lechada de cemento. Finalmente se procederá a la colocación del cabezal de protección, recibida en el terreno con obra de fábrica. La frecuencia de la lectura se adecuará a la velocidad de los movimientos. En la Figura 6.1.2.a se muestran la salida gráfica típica de los registros de desplazamientos acumulados obtenidos a partir de un inclinómetro.

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Figura 6.1.2.a.- Registro de desplazamientos acumulados. Inclinómetro.

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6.2. 6.2.1.

MONITOREO DEL TERRENO Convergencia

Las medidas de convergencia constituyen, junto al levantamiento de los frentes de excavación, el núcleo del control de la obra. Se han de tomar una serie de datos cuantitativos de deformaciones para juzgar el comportamiento de la excavación y del soporte aplicado. Estos datos se obtendrán mediante la instalación adecuada de las secciones de medida a lo largo del túnel. En estas secciones se controlarán las deformaciones de convergencia en el perímetro de la excavación. La convergencia es el movimiento relativo que se produce, a lo largo del tiempo, entre dos puntos de referencia colocados en el perímetro de la excavación. Para la medida de la convergencia se utilizará la cinta extensométrica de invar con dispositivo de tensionado automático, con un rango de 0 a 20 m y una precisión de 0,05 mm. Como dispositivo de lectura es aconsejable el calibre de cuadrante. En la Figura 6.2.1.a se muestra un esquema de una cinta extensométrica. Las secciones de convergencia se colocarán en principio según lo dispuesto en el Proyecto, a una distancia aproximada entre sí que dependerá del tipo de obra y de la calidad geotécnica del terreno excavado. En zonas especialmente conflictivas desde el punto de vista del terreno o debido a entronques, intersecciones, ensanches, etc., no previsto, y con autorización de la Dirección de Obra, se podrán instalar secciones adicionales. En ningún caso se instalarán un menor número de secciones que las estipuladas en el Proyecto, salvo expreso deseo de la Dirección de Obra. A menos que la Dirección de Obra o el Proyecto, disponga otra cosa, cada una de las secciones de medida estará formada por 3 pernos de convergencia rígidamente unidos a la roca o al hormigón proyectado. Los pernos serán tipo argolla. Los pernos se situarán: uno en clave, dos en la base de los hastiales de la sección de avance, si existe sección de destroza, se instalarán dos pernos adicionales en la base de los hastiales de la sección completa. La distancia mínima entre la solera y el punto de medida será de 150 cm. Los clavos se deben colocar los más rápidamente posible tras la excavación, y como máximo a las 24 horas del paso del frente de excavación por la respectiva sección. En el momento de la instalación de los pernos se efectuará una lectura, que se establecerá como el origen de las medidas.

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Figura 6.2.1.a. - Esquema de la cinta extensométrica.

Las medidas a realizar será la de la cuerda horizontal entre los puntos situados en la base de la sección de avance y en la base de la sección de destroza, diagonales entre éstos y el punto de clave. Si se considera necesario adicionalmente se controlará asiento del punto de clave, medido por medios topográficos. En secciones partidas o por galerías, se definirán puntos de control en las secciones parciales. En un gráfico tipo deformación tiempo se pueden diferenciar tres tramos derivados de la alteración introducida por la excavación; inmediatamente después del paso de la excavación se produce una desestabilización reflejada en una mayor pendiente de deformación en ese primer tramo. Posteriormente se presenta un segundo tramo donde la pendiente va disminuyendo hasta hacerse prácticamente nula. En el tercer tramo, que sigue al anterior, la deformación se estabiliza y la curva tiene una pendiente prácticamente nula, apreciándose en ellas las deformaciones a largo plazo que en general son bajas, comparadas con las que han tenido lugar anteriormente. Las pendientes de los tramos y el tiempo de estabilización dependen, en cada casa, de las características del terreno, profundidad del túnel, sostenimiento colocado y sistema de excavación, así como de la distancia al frente de excavación de la sección de convergencia. La distribución de medidas a realizar en el tiempo dependerá de la calidad del terreno, de la velocidad de deformación y de la magnitud de ésta, así como de las operaciones a realizar en el túnel. La frecuencia de las mediciones debe acomodarse a las exigencias del proceso de estabilización de la excavación, teniendo en cuenta las previsiones del proyecto de construcción que son las siguientes:



1ª semana y tras la colocación de la estación

1 Medida diaria



2ª y 3ª semanas tras la colocación de la estación

1 Medida cada tres días



4ª, 5ª y 6ª semana tras la colocación de la estación 1 Medida semanal



A partir de la 7ª semana hasta la estabilización

1 Medida mensual

Durante las mediciones deben anotarse todas las incidencias que se observen en el entorno de la excavación realizada. SUBTERRA INGENIERÍA, S.L. | Metodología de Seguimiento de Obras Subterráneas. Métodos Convencionales – Drill&Blast

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Se considera estabilizada una sección cuando las tres últimas medidas han suministrado una velocidad inferior a 0,01 mm/día. Se considera en fase de estabilización cuando las medidas son inferiores a 0,1 mm/día. Por último se considera que no está estabilizada cuando presenta velocidades superiores a 0,1 mm/día. Las medidas debe analizarse lo antes posible, para lo cual es imprescindible contar con un programa informático de archivo, análisis y representación de medidas de convergencia que permita archivar y analizar las medidas de convergencia, así como emitir las salidas que se reproducen en la Figura 6.2.1.b. Todos los instrumentos y accesorios necesarios para el estudio de las convergencias serán suministrados por el Contratista, debiendo estar disponibles a pie de obra con anterioridad al comienzo de las obras de construcción de los túneles. El personal de instrumentación responsable de la instalación, pruebas, vigilancia, toma de lecturas y registros de los instrumentos deberá ser personal cualificado y con experiencia en el campo de instrumentación para túneles, a satisfacción de la Dirección de Obra. Los instrumentos empleados en la medida de convergencias, deberán ser probados durante el proceso de instalación. Será necesario adoptar todo tipo de precauciones, especialmente frente a las labores de ejecución del túnel. Se protegerán los clavos de medida para evitar posibles choques de la maquinaria, así como la proyección de hormigón sobre aquellos. Cualquier instrumento que no funcione debidamente al término de la instalación, habrá de ser instalado de nuevo o será sustituido, según establezca la Dirección de Obra. Con anterioridad al comienzo de las obras, el Contratista deberá presentar a la Dirección de Obra el método y un programa preliminar que se adoptará para la instalación de los instrumentos. Asimismo, el Contratista mantendrá todos los instrumentos para la medida de convergencias en perfectas condiciones de trabajo durante el transcurso de las obras. En caso de que algún instrumento resultase dañado por las operaciones efectuadas por el Contratista, éste habrá de sustituirlo, siendo responsable del coste económico adicional. La Dirección de Obra, podrá exigir que el Contratista interrumpa la construcción en las proximidades de los instrumentos dañados hasta que éstos sean sustituidos y estabilizados. En ocasiones se realiza también el monitoreo de convergencias con medidas obtenidas con estación total. En este caso las medidas presentan una dispersión mayor debido a los factores que influyen en la toma de datos (polvo en suspensión, vibraciones, intensidad de luz y la propia precisión de los equipos). En las medidas de convergencias, tanto en lecturas de cinta extensométrica como con estación total, es habitual realizar correcciones para compensar medidas erróneas (generalmente valores negativos). Es importante a la hora de hacer estas convergencias tener que cuando se corrige un valor negativo sumando su mismo valor en positivo la convergencia acumulada aumenta y ya no representa el valor real entre la primera y última medida. Por ello, toda corrección positiva debe llevar una corrección negativa para asegurar que el valor final de la convergencia sea el correcto.

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Figura 6.2.1.b.- Salida gráfica para el archivo de convergencias.

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6.2.2.

Descenso de la clave

Las medidas de convergencia son relativas y, por ello, no permiten conocer cuál es el sentido de movimiento del perímetro de la excavación; circunstancia que es importante conocer en algunos casos como cuando se presume que la estructura de la bóveda del túnel pueda hincarse en el terreno. En estos casos resulta de la máxima importancia realizar nivelaciones topográficas de algunos puntos del perímetro de la excavación que, normalmente, corresponden a la clave. En el estado actual de la tecnología no existe inconveniente apreciable para conseguir nivelaciones topográficas con una precisión de  1 mm, que son ampliamente suficientes en la inmensa mayoría de los casos. En la Figura 6.2.2.a se muestra la ficha que habitualmente emplea Subterra con esta finalidad.

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Figura 6.2.2.a. – Ficha control de nivelación de la clave.

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6.2.3.

Extensómetros

El extensómetro de varillas es un aparato que consta de varios anclajes, tal como se muestra en la Figura 6.2.3.a, los cuales se sitúan dentro de un taladro, en las localizaciones donde se desea controlar desplazamientos entre anclajes y cabeza. Cada anclaje hace posible la transmisión de movimientos a la cabeza por medio de un varillaje metálico, recubierto por una tubería de polietileno. El extensómetro proporciona la variación de la distancia relativa entre la cabeza y cada punto de anclaje. No se trata de una medida absoluta, y si se quiere conocer los movimientos absolutos se debe controlar topográficamente la cabeza o bien suponer que la varilla más profunda no sufre desplazamientos. Las lecturas se realizan en cabeza utilizando un comparador mecánico, como el que se aprecia en la Figura 6.2.3.b o un transductor de desplazamiento eléctrico (potenciómetro o sensor de desplazamiento de cuerda vibrante), tal como se muestra en la Figura 6.2.3.c. Estos extensómetros también facilitan la obtención de gradientes de deformación entre anclajes y permiten conocer:



Zonas comprimidas o traccionadas



Zonas activas y planos de deslizamiento



Zonas sin tensiones



Tensiones, siempre que se conozcan las características de deformabilidad del macizo rocoso.

En algunos casos difíciles, que se suelen dar habitualmente en los emboquilles, en el paso de zonas de falla y en este caso en las cavernas; resulta interesante medir la expansión del terreno alrededor de la excavación para controlar la extensión de radio de plastificación. Los extensómetros se instalarán con suficiente antelación con respecto al momento en que la influencia de la excavación alcance el punto en que están situados. Como norma general, la distancia mínima entre el extensómetro y el frente de excavación en el momento de la instalación será de 50 metros. La cabeza del extensómetro estará debidamente protegida por una arqueta cerrada con llave. No deberán transcurrir más de 3 días desde el momento de la excavación hasta el momento de la primera lectura. En el caso de que se empleen extensómetros incrementales estos están constituidos por tubos telescópicos de PVC o de otro material de características similares de 1 m de longitud, en cuyo interior se sitúan los anillos magnéticos de referencia que constituyen los puntos de medida y generan un campo magnético que pueden ser captados por los sensores de la sonda. La sonda, con forma de torpedo se compone de dos captadores inductivos separados por una barra de acero invar de longitud invariable e igual a 1 metro. El cilindro superior de la sonda contiene la electrónica de los dos captadores. La conexión a la superficie se realiza con un cable especial de kevlar. Se ejecutará un sondeo con un diámetro comprendido entre los 76 mm (3”) y los 102 (4”).

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Una vez finalizado el sondeo se procederá a la introducción de los tubos de PVC, que se unirán los unos a los otros mediante sus elementos de anclaje, juntas tóricas y tornillos de acero. A continuación se procederá a la inyección de cemento-bentonita, con una proporción de bentonita comprendida entre el 1 y el 10% de hueco anular existente entre las paredes del sondeo y los tubos de PVC para anclar los tubos de referencia al terreno. Las deformaciones comenzarán a medirse inmediatamente tras su instalación. Se realizarán medidas cada dos días hasta que el frente se aleje de la sección de control un mínimo de 30 metros, o más, si la lectura no se estabiliza. Posteriormente se efectuarán medidas semanales hasta su estabilización, y cada mes en el resto de la obra. El procedimiento de medida consiste en introducir la sonda dentro de la tubería extensométrica y alinearla con dos bases de aluminio consecutivas. Como los captadores inductivos de la sonda para la medida de desplazamientos están a una distancia invariable, cualquier variación de la distancia entre dos anillos consecutivos debida a una deformación del terreno, se va a traducir en una variación del campo magnético inducido por la bobina de la sonda, debido a la variación de la superficie de las bobinas que quedan dentro de dos tramos de tubo de aluminio consecutivos. Asimismo, el Contratista mantendrá todos los extensómetros en perfectas condiciones de trabajo durante el transcurso de las obras. En caso de que algún instrumento resultase dañado por las operaciones efectuadas por el Contratista, éste habrá de sustituirlo, siendo responsable del coste económico adicional. La Dirección de Obra podrá exigir que el Contratista interrumpa la construcción en las proximidades de los instrumentos dañados hasta que éstos sean sustituidos y reinstalados.

Figura 6.2.3.a. - Sistemas de anclaje.

Figura 6.2.3.b. - Comparador mecánico.

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Figura 6.2.3.c. - Sensor de desplazamiento de cuerda vibrante.

En la Figura 6.2.3.d se muestra un ejemplo de las medidas proporcionadas por un extensómetro incremental.

0,2 0,1

Deformación (mm/m)

0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Días al origen base 1 -1.4 m

base 2 -2.4 m

base 3 -3.4 m

base 4 -4.4 m

base 5 -5.4 m

base 6 -6.4 m

base 7 -7.4 m

base 8 -8.4 m

base 9 -9.4 m

base 10 -10.4 m

base 11 -11.4 m

base 12 -12.4 m

base 13 -13.4 m

base 14 -14.4 m

Figura 6.2.3.d.- Curvas de deformación y desplazamientos en un extensómetro.

1,0

SUBTERRA INGENIERÍA, S.L. | Metodología de Seguimiento de Obras Subterráneas. Métodos Convencionales – Drill&Blast 0,0

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6.2.4.

Piezómetros

Ocasionalmente puede resultar de interés conocer la piezometría o carga de agua existente en el terreno en el que se está excavando el túnel. Para ello es necesario instalar piezómetros. Existen dos tipos de piezómetros, los abiertos que suelen emplearse exclusivamente en sondeos verticales perforados desde la superficie, o los de cuerda vibrante que pueden ser utilizados indistintamente en sondeos verticales o en taladros perforados desde el túnel. En la Figura 6.2.4.a se muestra la salida de un piezómetro.

Figura 6.2.4.a. – Salida de un piezómetro.

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6.3. 6.3.1.

MONITOREO DEL SOPORTE Células de presión total

Las células de presión total se emplean para la medida de presiones radiales y tangenciales del terreno sobre el sostenimiento, es decir para medir las tensiones a las que trabaja el hormigón proyectado, o el anillo de hormigón encofrado de un túnel. Su funcionamiento es hidráulico y constan de una placa hueca elástica rellena de un líquido a presión. Su espesor es pequeño y tiene gran rigidez en la dirección normal a la de la aplicación de la carga. Midiendo las variaciones de presión de dicho líquido conoceremos los incrementos de presión del material que rodea a la placa, que es el hormigón. Las células pueden colocarse de forma radial o tangencial, tal como se aprecia en la Fotografía 6.3.1.a y en la Figura 6.3.1.b. Las radiales miden la presión que el terreno ejerce sobre el revestimiento, mientras que las tangenciales miden las compresiones dentro del anillo de hormigón. Con los espesores habituales de hormigón proyectado (5-20 cm) no hay espacio suficiente para colocar células tangenciales, por lo que su uso se limita a los revestimientos de hormigón encofrado.

Fotografía 6.3.1.a.- Aspecto de dos células de presión total instaladas en el hormigón proyectado, radial y tangencialmente.

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Figura 6.3.1.b.- Esquema de colocación de una sección instrumentada con células de presión total.

El sensor se compone de dos placas (circulares o rectangulares) de acero soldadas a lo largo de sus bordes. El espacio entre placas está relleno de aceite de modo que sus características deformacionales sean lo más parecidas posible a las del medio de ubicación. El fluido se comunica a través de un tubo de acero solidario con las placas, con un transductor de cuerda vibrante. El funcionamiento del transductor se basa en el principio de que la frecuencia propia de vibración de una cuerda tensada es función de la tensión a la que está sometida. Para ello cuenta con un hilo tensado que se excita mediante una bobina electromagnética que, a su vez, detecta la frecuencia de la vibración inducida. A partir del valor que adquiere la frecuencia, se conoce la tensión a la que está sometida la célula de presión, a través de la ecuación obtenida en el calibrado correspondiente. Dependiendo del aparato de medida, se suele medir el período de vibración o la frecuencia. El rango de presiones será de 3 MPa para las células radiales y de 30 MPa para las transversales. La precisión en todo caso será como mínimo de 1%. Es recomendable instalar un sistema de medición a distancia mediante cuerda vibrante y centralita de lectura. La colocación de las células habrá de ser lo más cuidada posible, pues defectos en su instalación generarán importantes errores en las tensiones suministradas por la célula. Para ello es muy importante que el apoyo se encuentre perfectamente liso, y el hormigón envuelva perfectamente a la placa. La distribución de medidas a realizar en el tiempo dependerá de la calidad del terreno, de la velocidad de deformación y de la magnitud de ésta, así como de las operaciones a realizar en el túnel. En principio y salvo otra indicación de la Dirección de Obra, se realizarán medidas cada dos días hasta la estabilización de la curva de deformación-tiempo y, a partir de dicho momento, mediciones mensuales de comprobación.

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Las células de presión se colocarán en los puntos indicados en el Proyecto, y además, en zonas especialmente conflictivas desde el punto de vista del terreno, y no previstas en el Proyecto, siendo necesaria en este caso la autorización correspondiente por parte de la Dirección de Obra. Dentro de cada sección, las células se dispondrán según lo indicado en el Proyecto. Generalmente se colocará tres parejas de células transversal/radial, una en clave y dos en hombros a cada lado. En la Figura 6.3.1.c se muestra un ejemplo de las medidas proporcionadas en una célula de presión total.

Figura 6.3.1.c.- Curva variación de presión - tiempo. Célula de presión total.

6.3.2.

Extensímetros

Los extensímetros de cuerda vibrante se emplean para el control de las deformaciones inducidas en el hormigón y su enferradura. Por tanto, es importante que se encuentren colocados sobre la fibra neutra de éste, lo cual, no obstante, es muy difícil de materializar al depender del nivel de carga a flexo compresión de la pieza de hormigón. El sistema empleado por estos aparatos es similar al descrito para las células de presión total. Su composición se describe en la Figura 6.3.2.a y su aspecto se muestra en la Figura 6.3.2.b.

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Figura 6.3.2.a.- Esquema de colocación un extensímetro.

Figura 6.3.2.b.- Extensímetros colocados antes del hormigonado.

Las deformaciones de la masa de hormigón producen un movimiento relativo de los extremos del extensímetro, a los que va anclado un hilo de acero tensionado. Este movimiento produce una alteración de la tensión, siendo dicha tensión proporcional a la frecuencia de vibración del hilo. Una vez conocida la deformación sufrida por el hormigón, se puede calcular la carga a la que está sometido. Las lecturas de los extensímetros se realizarán diariamente desde su instalación, hasta que las lecturas se estabilicen. Esta secuencia de lectura se repetirá cada dos semanas.

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Durante la fase de excavación se tomarán dos lecturas semanales, cuando el frente de la excavación esté situado entre 10 y 40 m por delante o por detrás del módulo que contiene el extensímetro. Cuando el frente de excavación se encuentre a menos de 10 m por delante o por detrás del módulo instrumentado, se tomará una lectura diaria. Finalmente, cuando el frente de excavación se encuentre a más de 40 m del módulo instrumentado, se tomarán dos lecturas por semana hasta que éstas se estabilicen. Pasado un mes, se volverá a tomar una nueva lectura y si ésta no es igual a la anteriormente estabilizada, se tomarán dos lecturas semanales hasta que éstas se estabilicen. Repitiendo el proceso mensualmente.

6.3.3.

Carga axial sobre anclajes

Las células empleadas para la medida de carga en los pernos o anclajes permiten conocer la carga soportada por la placa del bulón y cuánto se carga el bulón en su extremo externo (Fotografía 6.3.3.a).

Fotografía 6.3.3.a.- Células toroidales para la medida de cargas en anclajes.

El funcionamiento se basa en la medida de la deformación provocada en un cilindro de acero situado entre el paramento y la placa del bulón, al transmitir la fuerza ejercida por el bulón en oposición a la deformación del hastial. La medida de las deformaciones producidas en la célula de carga se efectúa mediante un medidor de deformaciones digital, diseñado especialmente para su conexión a puente de Wheatstone, cuyas resistencias son bandas extensométricas. Para pasar de deformaciones registradas a cargas soportadas es preciso realizar la correspondiente calibración de la célula. Esta operación consiste en aplicar cargas crecientes anotando para cada una el valor proporcionado por el medidor digital. A partir de estos pares de valores, mediante una regresión lineal se obtiene la ecuación de calibrado de la célula.

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6.4.

METODOLOGÍA DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE AUSCULTACIÓN

La auscultación y el seguimiento técnico comprende todas las labores a realizar por la Unidad de Control Geotécnico que permitan en todo momento el conocimiento de la situación del túnel en cuanto a características de los terrenos atravesados, idoneidad de los sistemas de excavación y comportamiento de los sostenimientos colocados; así como respecto al control de la calidad de excavación y los sostenimientos que se ejecutan. Estos trabajos son imprescindibles para que la obra pueda realizarse con las mínimas condiciones de garantía, economía y calidad. En la toma de datos, el Contratista deberá colaborar con los medios de ayuda humanos y materiales que se le requieran y admitir los entorpecimientos que puedan causar en la marcha de la obra, sin que por este motivo tenga derecho a realizar ningún tipo de reclamación económica ni de otro tipo, pudiendo ser penalizado si no presta colaboración cuando se le requiera. Al margen de cualquier otro tipo de colaboración que en su momento pueda solicitar la Dirección de Obra en trabajos rutinarios o especiales se establecen a continuación, los requisitos usuales y más importantes de acuerdo a la práctica usual en la construcción de túneles. Todos los instrumentos y accesorios necesarios deberán ser suministrados por el Contratista, debiendo estar disponibles a pie de obra con anterioridad al comienzo de las obras de construcción del túnel. El personal de instrumentación responsable de la instalación, pruebas, vigilancia y toma de lecturas y registros de los instrumentos, deberá ser personal cualificado y con experiencia en el campo de la instrumentación para túneles, a satisfacción de la Dirección de Obra. Los instrumentos empleados deberán ser probados durante el proceso de instalación. Cualquier instrumento que no funcione debidamente al término de la instalación, habrá de ser instalado de nuevo o será sustituido, según establezca la Dirección de Obra. Todos los instrumentos deberán ser fijados de manera firme y cuidadosa, debiendo ser protegidos para asegurarse de que no reciban daño alguno durante el transcurso de las operaciones de excavación del túnel. Con anterioridad al comienzo de las obras, el Contratista deberá presentar a la Dirección de Obra el método y un programa preliminar que se adoptará para la instalación de los instrumentos. Durante los trabajos de Inspección a la obra se elaborarán dos tipos de informes; unos de carácter periódico y otros excepcionales. Los informes de carácter periódico serán de frecuencia mensual, aunque se hará un seguimiento semanal del avance. Dentro del Informe Mensual de seguimiento de Obra, en el capítulo de túneles se recogerán todas las actividades relativas a la ejecución de los túneles, especificando las partes de obra o unidades de obra ejecutadas al mes. En el informe mensual se incluirá, al menos, la siguiente información:

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

Reportaje fotográfico de la situación de cada uno de los frentes.



Documentación relativa al control de calidad de cada una de las unidades de obra.



Documentación sobre las medidas de convergencia.



Documentación sobre otras medidas de instrumentación.



Documentación sobre el control de ejecución.

Los informes excepcionales, elaborados para resolver problemas técnicos fuera del ámbito de la Inspección en obra, serán realizados por la Unidad de Control Geotécnico, pudiendo recurrir a la Oficina Técnica Especializada del contratista, para poder realizar los cálculos justificativos que se estimen oportunos.

6.5.

ESQUEMA PREVIO DE AUSCULTACIÓN

En este apartado se resume brevemente cuales deben ser los criterios generales que se deben aplicar para definir un plan de monitoreo. Sin embargo esto constituyen sólo criterios generales debiéndose en cada caso, particularizar la instrumentación a cada obra y a las características del terreno en que esta se vaya a desarrollar. El control geométrico y topográfico se aplicará de forma sistemática en todas las obras en distancias entre 5 y 15 metros al frente de excavación, de acuerdo lo especificado en este documento. Los levantamientos del frente se realizarán inmediatamente después de la excavación de forma sistemática de todas las obras subterráneas. Las convergencias se medirán en túneles y rampas cada 100 metros y en pozos y cavernas cada 25 metros con las frecuencias descritas. No obstante tal como se indica en el apartado mencionado, se dispondrá de estaciones de medida de convergencias adicionales cuando el terreno por su calidad geotécnica lo amerite, así como en secciones geométricas especiales. Los extensómetros en principio deben preverse en las excavaciones de cámaras, cavernas y en pozos interiores. En pozos superficiales se dispondrán de inclinómetros diametralmente opuestos, para la medida de las deformaciones del terreno. Las células de presión total se colocarán en los túneles, en las cavernas y en los pozos internos. Los extensímetros en los pozos excavados. Se dispondrá de células de carga axial de bulones de forma sistemática, en todas las obras subterráneas donde haya constancia del empleo de los mismos, en especial en cavernas. Por último se realizarán dos tipos de informes, uno de carácter mensual que debe incluir documentación sobre control de la ejecución de cada una de las obras y otro de carácter excepcional para resolver problemas técnicos fuera del ámbito de la inspección de obra, tal como se ha descrito en este documento.

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7.

CONTROL DE ACABADOS

Normalmente, si no hay problemas de plazo acuciantes, se espera a tener calado el túnel para acometer las obras auxiliares de drenaje, desagüe y canalizaciones; así como a poner en obra el revestimiento. Esta fase de la construcción del túnel es realmente muy importante; aunque con demasiada frecuencia no se le presta la atención necesaria. Esto es debido a que, erróneamente, se suele considerar que un túnel calado está prácticamente finalizado y esta errónea percepción puede tener graves consecuencias sobre la fase de explotación del túnel, si las obras auxiliares y el revestimiento no se construyen adecuadamente. Hay que tener presente que la construcción del sistema de drenaje y de las canalizaciones de un túnel suelen exigir la excavación de zanjas importantes, que pueden incidir negativamente sobre la estabilidad de alguno de los tramos del túnel ya construidos. Por ello, durante la construcción de las obras auxiliares, es imprescindible realizar algunas medidas de convergencia para constatar que las zanjas excavadas no son causa de inestabilidades.

CONTROL DE LA COLOCACIÓN DE LA IMPERMEABILIZACIÓN

7.1.

La impermeabilización de los túneles se puede realizar entre la capa de sostenimiento y el revestimiento o sobre la cara vista del revestimiento. Si la impermeabilización consiste en la colocación de algún tipo de lámina, el control se centrará en las siguientes actividades:



La lámina debe adaptarse perfectamente a la superficie, cuidando que no existan bolsas.



Comprobación de la correcta fijación de la lámina a la bóveda mediante el uso de los tacos apropiados, en cuantía total y distribución de los mismos, cuidando que exista solape suficiente con la lámina adyacente.



Correcta ejecución de la banda de soldadura.



Correcta conexión con el drenaje longitudinal.

Si la impermeabilización se realiza mediante la aplicación de una resina o de cualquier otro producto, el control se dirigirá a asegurarse que se cumplen las recomendaciones del fabricante del producto empleado.

7.2.

CONTROL DEL REVESTIMIENTO

Por ello, durante la construcción de las obras auxiliares, es imprescindible realizar algunas medidas de convergencia para constatar que las zanjas excavadas no son causa de inestabilidades. Por lo que se refiere al propio revestimiento hay que señalar que antes de su puesta en obra hay que constatar que la excavación está totalmente estabilizada; ya que, en caso de que el túnel estuviera sometido a convergencias residuales, la integridad del revestimiento podría verse negativamente afectada a medio-largo plazo.

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En cualquier caso, la puesta en obra del revestimiento se controlará aplicando los criterios contenidos en la vigente Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-98). En el caso de que el revestimiento se ejecute mediante hormigón bombeado, los principales aspectos a controlar en esta actividad son:



El gálibo y las formas de los carros de encofrados dispuestos en obra; se deberá exigir una adaptación total a la geometría definitiva de la sección definida en proyecto.



Correcto posicionamiento del carro de encofrado en cada una de las puestas realizadas. Se realizará mediante métodos topográficos.



Regularidad superficial, limpieza de paramentos y aplicación de líquidos desencofrantes.



Ventanas suficientes para controlar el proceso de hormigonado, así como orificios de respiración.



Correcta puesta en obra del hormigón bombeado. Perfecto relleno de huecos. Control de inyección de trasdós posterior en caso de existir.



Cuantías de acero según planos de proyecto. Correcta colocación, fijación y limpieza.

En el caso en que el revestimiento se efectúe mediante hormigón proyectado se controlarán los siguientes aspectos:



Limpieza mediante chorro de agua a presión de la superficie de la capa de hormigón proyectado de sostenimiento.



Espesor de la capa de hormigón proyectado de revestimiento, mediante alguno de los métodos citados anteriormente.

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8.

ACTUACIONES ESPECIALES ACTUACIONES ANTE HUNDIMIENTOS DEL TERRENO

8.1.

La presencia de tramos en los que el terreno tiene propiedades geotécnicas sensiblemente inferiores a las del entorno, se suele saldar con hundimientos del terreno en el propio frente de avance. Para minimizar el impacto de estas situaciones sobre los resultados de la construcción del túnel; la política que parece más acertada consiste en tener prevista la metodología para hacer frente a estos hundimientos y tener definidas las medidas de refuerzo y sostenimiento a aplicar en cada caso. A título de ejemplo, en la Figura 8.1.a, se presentan las medidas previstas para el paso de zonas con hundimientos en el frente. A tal efecto, de acuerdo con la práctica habitual, se proponen los siguientes criterios de actuación en el caso de hundimientos en el frente:



I.

Si el hundimiento es de pocos m3 o su altura hundida es inferior a 1,5 m se proyectará, lo antes posible, una capa de hormigón sobreacelerado; acercándose todo lo que sea prudentemente posible, durante la proyección, a la zona de hundimiento. Este hormigón tendrá, como mínimo, una dosificación en acelerante del 10% del peso del cemento.

II.

Si la altura del hundimiento es superior a 1,5 m o su volumen es de varias decenas de m3, se procederá como en el caso anterior, evaluando la necesidad de rellenar el hueco producido con hormigón, para lo que se colocará sobre las cerchas metálicas chapas de enfilaje que realicen el papel de encofrado.

III.

Si el volumen de terreno afectado por el hundimiento supera el centenar de m3, o el frente de excavación está prácticamente cegado por escombro, el procedimiento de actuación será el siguiente:

No se moverán ni se retirarán los escombros caídos, tomando las medidas necesarias para asegurar la estabilidad del montón de escombros producidos por el hundimiento. Estas medidas, atendiendo al orden creciente de la gravedad del hundimiento, serán: Apilado de escombros gruesos en el pie del talud de hundimiento. Proyección de hormigón sobreacelerado sobre la superficie del talud de hundimiento. Construcción de un tape de hormigón.



Una vez estabilizado el talud de hundimiento, se procederá a colocar cerchas metálicas, de perfil TH-29 o similar, con una separación entre ejes de 50 cm; arrancando desde la zona firme inmediata al hundimiento.



Cuando las cerchas colocadas lleguen a la parte de la bóveda en que se ha iniciado el hundimiento, se intentará introducir una tubería metálica, de las usadas para bombear hormigón, en el hueco relleno de escombros y se procederá a bombear hormigón H-15 de consistencia fluida. En el caso de que no sea posible bombear hormigón, porque éste no penetre en la masa de terrenos hundidos, se realizará una inyección de lechada de cemento, con una relación agua/cemento próxima a 0,5 y una presión de rechazo de 0,7 kp/cm².

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Transcurridas 24 horas desde el bombeo del hormigón o desde la primera inyección se procederá a reinyectar los terrenos hundidos con una presión de rechazo de 2 kp/cm².



Finalizadas la reinyección se procederá a la construcción de un paraguas pesado que cubra todo el perímetro del hundimiento, con micropilotes de 15 m de longitud y 40 cm de separación entre ejes.



Una vez construido el paraguas se procederá a avanzar bajo su protección colocando cerchas metálicas y los demás elementos de sostenimiento en las condiciones establecidas para la Sección Tipo de emboquille del túnel.



El avance proseguirá bajo el paraguas durante 10 m, situación en que se parará el avance y se procederá a la construcción de un nuevo paraguas; de tal forma que el solape entre la nueva aureola de paraguas sea de 5 m.



En la zona de paso del hundimiento se colocarán puntos de referencia para la medida de la convergencia cada 5 m y también se controlará el posible descenso de la clave mediante nivelaciones. Las medidas de control se realizarán diariamente hasta que el incremento de convergencias en un día sea inferior a 0,5 mm.

Si el suministro de hormigón no se pudiera garantizar en un plazo inferior a media hora desde su solicitud, el contratista deberá disponer un mixer en las inmediaciones del frente con 5 m3 de hormigón al que se le habrá añadido un agente estabilizador de fraguado que permita mantener la calidad del hormigón durante un período mínimo de 12 horas.

Figura 8.1.a.- Medidas previstas ante hundimientos por delante del frente de excavación.

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8.2.

PASO DE CAVIDADES

Durante la excavación de un túnel cabe la posibilidad de que se intercepten cavidades del macizo rocoso. Este fenómeno se desarrolla mayoritariamente en terrenos calizos o yesíferos. La presencia de estos huecos puede comprometer tanto la estabilidad del túnel durante su construcción como la funcionalidad del mismo en la fase de servicio. Por este motivo en el caso de preverse y/o detectarse este fenómeno se deberá disponer de soluciones constructivas para su implementación. A tal efecto, de acuerdo con la práctica habitual, se describen a continuación los criterios de actuación en el caso de aparición de cavidades en la traza del túnel diferenciando entre si estas afectan a la bóveda o a la solera del túnel



Cavidades que afecten a la bóveda Colocación de marcos reticulados espaciados 1,0 m longitudinalmente y arriostrados entre sí mediante tresillones. Colocación de chapa acanalada tipo Bernold a modo de encofrado perdido contra los marcos metálicos. Bombeo de una capa de concreto para la formación de una bóveda de 1,0 m de espesor. Relleno de la cavidad en el trasdós de la bóveda mediante inyección de lechada de bentonita-cemento.



Cavidades que afecten a la solera Relleno de la cavidad mediante concreto Ejecución de micropilotes de cimentación ubicados con separación transversal equidistante comprendida entre 1,5-2,0 m, y 3,0 m de separación longitudinal. Su longitud será tal que proporcione un empotramiento de 2 metros en terreno sano. Construcción de una losa levemente armada de rigidización de concreto con 30 cm de espesor.

A título de ejemplo, en las Figuras 8.1.a y b, se presentan las medidas previstas para el paso de zonas con cavidades.

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Figura 8.2.a.- Medidas previstas ante cavidades que afecten a la bóveda del túnel.

Figura 8.2.b.- Medidas previstas ante cavidades que afecten a la solera del túnel.

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9.

CONTROL DE CICLO DE AVANCE

Aunque aparentemente el ciclo de avance no esté relacionado directamente con la calidad de construcción de un túnel, la experiencia de Subterra indica que el conseguir un ciclo de avance equilibrado, que proporcione unos rendimientos razonables, es el mejor escenario para conseguir la máxima calidad en la construcción. Los métodos convencionales, basados en la excavación con explosivos, han progresado notablemente en los últimos años y, hoy en día, empieza a ser habitual longitudes de pase de hasta 5 m avanzando a sección completa. Para conseguir unos rendimientos elevados es imprescindible reducir la duración del ciclo y esto, contando con que el terreno lo permita, supone aplicar los medios tecnológicos adecuados para realizar cada una de las operaciones del ciclo. Cuando el ciclo tiene una duración excesiva, todos los esfuerzos se concentran en reducirla; lo cual, muchas veces, degrada la calidad de la construcción. Por todo ello se considera del máximo interés realizar un seguimiento diario de la duración del ciclo de avance en los distintos frentes del túnel que estén activos, para poder colaborar con la empresa constructora en la reducción del ciclo de una forma efectiva y racional. En este orden de ideas resulta de la máxima importancia manejar, en todo momento, una información precisa y veraz sobre el desarrollo de los trabajos que integran el ciclo de trabajo en los frentes en actividad; para ello se propone una vigilancia permanente en los frentes del túnel. En la Figura 9.a se muestra un ejemplo de ficha para el seguimiento semanal de los ciclos de avance de un túnel, y en la Figura 9.b se incluye el ejemplo de seguimiento semanal del avance. Adicionalmente es posible mediante el control de los rendimientos establecer de forma actualizada, una previsión de la finalización de la obra. En la Figura 9.c se muestra un ejemplo de este tipo de predicción.

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Figura 9.a.- Ficha de seguimiento semanal del ciclo.

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Figura 9.2.b.- Ficha de seguimiento semanal del avance.

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Figura 9.c.- Ficha de seguimiento del rendimiento de avance.

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10. ELABORACIÓN DE INFORMES Durante los trabajos de Inspección a la obra se elaborarán dos tipos de informes; unos de carácter periódico y otros excepcionales. En los seguimientos de obras subterráneas se genera una gran cantidad de información que debe ser correctamente archivada y documentada. Es importante además realizar esta documentación de forma periódica pues con el tiempo se pierde la información y es más complicada su actualización. A continuación se indican los trabajos que deben ser documentados y los intervalos de tiempo idóneos. Así mismo se indica la necesidad de realizar informes semanales que recopiles la toda la información del proyecto.



Mapeo de frentes. Información debe ser actualizada diariamente al final de cada turno, de tal forma que en la siguiente inspección del frente si no la realiza la misma persona todo el personal disponga de esa información.



Tablas parámetros geotécnicos y sostenimientos. Actualización diaria.



Mapeo estructural. Se recomienda su ejecución semanal.



Monitoreo. Actualización diaria, de acuerdo a la frecuencia de medidas.

Los informes de carácter periódico serán de frecuencia mensual, aunque se hará un seguimiento semanal del avance. Dentro del Informe Mensual de seguimiento de Obra, en el capítulo de túneles se recogerán todas las actividades relativas a la ejecución de los túneles, especificando las partes de obra o unidades de obra ejecutadas al mes.

10.1. INFORME SEMANAL Para facilitar la realización de la documentación as built es necesario realizar un informe semanal que contenga los siguientes apartados por cada frente de excavación: 1.

Introducción. Avance semanal – producción y incidentes

2.

Geología. Descripción geológica del tramo avanzado durante la semana. Estadísticas de la calidad del macizo rocoso (RMR,

3.

Geología Estructural. Análisis de las estructuras observadas (juntas), análisis estereográfico y características de las juntas (persistencia, rugosidad, valores de martillo de Schmidt….). adjuntar como apéndice el mapeo estructural y todas las fichas de evaluación de frentes.

4.

Sostenimientos instruidos. Incluir tabla de sostenimiento tramificada. Validación de los sostenimiento mediante cálculos de Unwedge realizados para cada túneles o frente con los valores promedios de las juntas obtenidos en la semana.

5.

Monitoreo. Presentación de los monitoreos y su análisis.

6.

Sondeos exploratorios. Relación de los sondeos ejecutas y su descripción.

7.

Inyecciones. Si se llevo a cabo algún proceso de inyecciones se detallaran las circunstancias y sus resultados.

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8.

Incidentes. Descripción de los incidentes ocurridos en los túneles debido a aspectos geológico-geotécnicos.

9.

Comentario y recomendaciones.

La realización de este informe semanal que se distribuirá de forma interna en Subterra facilitara la presentación de un informe mensual que generalmente es requerido por los clientes como justificación de la facturación. En el informe mensual se incluirá, al menos, la siguiente información:



Informes Semanales.



Reportaje fotográfico de la situación de cada uno de los frentes.



Documentación relativa al control de calidad de cada una de las unidades de obra.



Documentación sobre el control de ejecución.



Mapeo estructural de los túneles.

10.2. INFORMES ESPECIALES Los informes excepcionales, elaborados para resolver problemas técnicos fuera del ámbito de la Inspección en obra, serán realizados por el Equipo de Apoyo, pudiendo recurrir a la Oficina Técnica Especializada, a requerimiento del cliente, para poder realizar los cálculos justificativos que se estimen oportunos. Este tipo de reportes se denominaran Informes técnicos y se nombran de acuerdo a la siguiente denominación. IT-Código proyecto-Numeración Correlativa- Versión-Título informe-Fecha, (IT-1139-001-01-Justificacion Técnica Sostenimiento tipo IV_02032013) En casos excepcionales es necesario realizar pequeños reportes que sirvan de respaldo de las decisiones que se tomen en proyecto, tanto de respaldo de Subterra como de respaldo de nuestro cliente. Este tipo de reportes se denominaran Notas Técnicas y se nombran de acuerdo a la siguiente denominación. NT-Código proyecto-Numeración Correlativa- Versión-Título informe-Fecha (NT-1139-001-01-Justificacion Técnica Sostenimiento tipo IV_02032013).

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11. COMPARACIÓN ENTRE LAS PREVISIONES DEL PROYECTO Y LA REALIDAD La comparación entre las previsiones del proyecto y la realidad de la obra resulta esencial para objetivizar las desviaciones que se puedan producir y, en cualquier caso, para poder tomar durante la obra decisiones que estén plenamente justificadas. En el caso en que el terreno presente una calidad mejor que la prevista en el proyecto será posible optimizar el sostenimiento empleado, colocando uno menos resistente que el definido en el proyecto, y aumentar el pase de avance. Ambas acciones redundarán en menores costes; directamente, al colocar un sostenimiento más ligero, e indirectamente porque se aumentará el rendimiento al aumentar el pase de avance. Si, por el contrario, el terreno tiene efectivamente un comportamiento peor que el previsto en el proyecto, será necesario colocar en obra un sostenimiento más resistente que, evidentemente, será más caro que el previsto. Ante este problema es necesario que el nuevo sostenimiento a colocar se ajuste lo mejor que sea posible a las exigencias del terreno y, para ello, resultará muy útil tener datos fiables sobre el comportamiento real del terreno en los tramos de túnel ya construidos. Estos datos, contrastados con la realidad de los tramos de túnel ya construidos, pueden utilizarse para ajustar los modelos de cálculo, a fin de conseguir la mayor precisión posible en el dimensionado de las nuevas Secciones Tipo. De acuerdo con todo lo anterior, en la Figura 11.a se muestra la comparación de la situación real de la obra con el proyecto en la construcción de un tramo de la CH La Confluencia. Adicionalmente, durante la construcción de un túnel puede ser necesario recalcular las Secciones Tipo del proyecto o bien calcular otras nuevas, cuya aplicación se considere necesaria durante la construcción.

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Figura 11.a.- Comparación entre el proyecto y la obra durante la construcción de un túnel.

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Para hacer frente a estas necesidades, la Unidad Técnica de Apoyo contará con la amplia biblioteca de programas específicos que posee Subterra, entre los que cabe destacar los que se presentan a continuación. FLAC V6.0 El programa, desarrollado por ITASCA, es utilizado en la modelización numérica por el Método de las Diferencias Finitas (MDF) que permite simular el comportamiento de suelos, rocas y otros materiales estructurales que se ajustan a modelos elásticos, elastoplásticos y viscoelásticos, en dos dimensiones. La forma de la excavación o estructura puede ser ajustada por el usuario prácticamente sin limitaciones. En el código del programa se contempla la posibilidad de modelizar estructuras como hormigón proyectado, pantallas, vigas, bulones y anclajes que interaccionan con el terreno y facilitan el análisis de los efectos de estabilización que dichos elementos estructurales tienen sobre excavaciones subterráneas o superficiales. En la Figura 11.b se representa un ejemplo típico de aplicación del programa FLAC, en la cual se muestran los desplazamientos, deformaciones cortantes y distribución de tensiones en el terreno, así como los esfuerzos máximos registrados en los elementos de sostenimiento, bulones en este caso. FLAC 3D V.5.0 Es la evolución natural del programa FLAC para resolver aplicaciones en tres dimensiones mediante el Método de las Diferencias Finitas. En la Figura 11.c se presenta una aplicación del programa FLAC 3D realizado por SUBTERRA para la medida de los desplazamientos producidos por la excavación de un túnel y su afección a diversas estructuras existentes. EXAMINE 2D V.7.0 Es un programa destinado al análisis tensional de excavaciones subterráneas en dos dimensiones, desarrollado por la Universidad de Toronto (Rock Engineering Group) (Ontario, CANADÁ), que emplea el Método de Elementos de Contorno (MEC). Este programa emplea modelos simplificados que el análisis elástico que utiliza considera un terreno con comportamiento homogéneo, isótropo o transversalmente isótropo, y linealmente elástico, sin embargo es muy rápido y útil por ejemplo, para estudiar la separación entre diferentes excavaciones subterráneas; como se ilustra en la Figura 11.d. EXAMINE 3D V.4.0 Tiene el mismo fundamento que el EXAMIDE 2D, pero en este caso en análisis que se realiza es tridimensional. En la Figura 11.d. se muestra un ejemplo en el cual se analiza el Factor de Resistencia, es decir, la relación entre la resistencia propia del material objeto de estudio y las tensiones inducidas en un determinado punto, para un caso particular de cruce de túneles.

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JOB TITLE : MAITENES-CONFLUENCIA. TÚNELES 1 Y 2. ST II. Dm 4.780

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JOB TITLE : MAITENES-CONFLUENCIA. TÚNELES 1 Y 2. ST II. Dm 4.780

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