TEMA 15. ASISTENCIA EN TÚNELES.pdf

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Ao Acadmico: 2008/2009

UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

FACULTAD DE CIENCIAS GEOLGICAS

MDULO DE EXCAVACIONES SUBTERRNEAS

MASTER DE INGENIERA GEOLGICATCNICAS CONSTRUCTIVAS DE 5 DE INGENIERO GELOGO

TEMA XV

ASISTENCIA EN TNELES

Versin 2009

Francisco J. Castanedo NavarroIngeniero de Caminos

UCM


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TEMA XV. ASISTENCIA EN TNELES

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INDICE

1. INTRODUCCIN ...................................................................................................... 4

2. REVISIN DEL PROYECTO....................................................................................7

2.1 Planteamiento general .................................................................................... 8

2.2 Estudio geolgico y geotcnico e hidrogeolgico ......................................... 18

2.2.1 Modelo geolgico................................................................................20

2.2.2 Modelo geotcnico..............................................................................21

2.2.3 Estudio hidrogeolgico ....................................................................... 22

2.3 Mtodo constructivo......................................................................................23

2.4 Sostenimiento ............................................................................................... 26

2.5 Plan de auscultacin.....................................................................................29

3. CONTROL CUALITATIVO .....................................................................................30

3.1 Hormign proyectado....................................................................................30

3.1.1 Condiciones del material .................................................................... 32

3.1.2 Ensayos..............................................................................................35

3.1.3 Puesta en obra ................................................................................... 37

3.2 Malla electrosoldada ..................................................................................... 39

3.3 Bulones ......................................................................................................... 40

3.3.1 Materiales ........................................................................................... 41

3.3.2 Puesta en obra ................................................................................... 41

3.3.3 Ensayos..............................................................................................42

3.4 Cerchas.........................................................................................................43

3.5 Hormign de revestimiento ........................................................................... 46

4. CONTROL GEOMTRICO Y DE MEDICIN.........................................................49

4.1 Equipos para la toma de perfiles...................................................................49

4.2 Aplicaciones.................................................................................................. 51

4.2.1 Control de la seccin de excavacin .................................................. 51

4.2.2 Mediciones....................................................................................................52

4.3 ANLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENDIOS EN UN CASO REAL...............54

4.3.1 Hormign de revestimiento ........................................................................... 54


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4.3.2 Excavacin....................................................................................................604.3.3 Hormign proyectado....................................................................................63

5. CONTROL GEOTCNICO .....................................................................................69

6. AUSCULTACIN....................................................................................................74

7. SEGUIMIENTO ECONMICO Y DEL PLAN DE OBRA........................................80

8. CONCLUSIONES ................................................................................................... 82

9 BIBLIOGRAFA ...................................................................................................... 84


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1. INTRODUCCIN

Dentro de una obra adjudicada para su construccin, existe actualmente la figura

operativa de la asistencia tcnica a la Direccin de Obra.

Teniendo en cuenta que la Direccin de Obra es el representante ejecutivo de la

Propiedad (bien sea privada o de un Organismo estatal), las misiones de la asistencia

son:

- Revisar el proyecto y comprobar que el mismo es construible. Este tipo de funcin

est actualmente encomendado a otra figura que interviene en la fase de

proyecto, y que sera la Supervisin de Proyecto.

- Comprobar que las hiptesis de proyecto, en este caso la naturaleza del terreno,

se ajustan a lo que realmente aparece durante el desarrollo de la obra.

En cualquier obra de ingeniera en que intervenga el terreno, la estructura del

mismo se supone en base a un nmero de reconocimientos puntuales, con lo que

la fiabilidad de estas hiptesis debe comprobarse durante la ejecucin de la obra.

La influencia de variaciones en las hiptesis de partida sobre la estructura del

terreno es mucho mayor en el caso de tneles, por la mayor interaccin de la obra

a realizar con el terreno existente.

As, dentro de las hiptesis del Nuevo Mtodo Austriaco de construccin de tneles, se

exige como mtodo observacional que vaya adecundose el sostenimiento definido en

proyecto al terreno que realmente aparezca en el frente, tal y como refleja Bieniawski en

la siguiente afirmacin:

El N.M.A. exige a todas las partes involucradas en el diseo u construccin de un

proyecto de tneles comprender y aceptar esta aproximacin y cooperar en las


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decisiones constructivas y en la resolucin de problemas. La propiedad, el proyectista y

el constructor tienen que trabajar como un equipo. La ejecucin del proyecto debe ser

dirigida por ingenieros con gran experiencia a pie de obra (capaces de interpretar las

observaciones y actuar en consecuencia) y por proyectistas (o consultores) que la visiten

con frecuencia y estn en contacto permanente para la toma de decisiones constructivas

difciles.

Por tanto, dentro de una obra de tneles, las misiones de la Asistencia Tcnica sern:

- Revisin del proyecto.

- Comprobacin del terreno que realmente est apareciendo al excavar el tnel y

comparacin con el previsto en el proyecto, adoptando en caso de discrepancia

las decisiones oportunas sobre acomodacin de secciones segn criterios que

deben venir igualmente reflejados en los documentos contractuales del proyecto,

bien sea en el documento Planos o en el documento Pliego.

- Comprobar que la colocacin de las distintas unidades de obra se ajustan a las

exigencias del Pliego de Condiciones y a los procesos constructivos reflejados en

los planos, levantando en caso contrario las correspondientes no

conformidades.

Dentro de este apartado se incluiran las siguientes comprobaciones:

* Parmetros a exigir en los materiales que se utilizan en las unidades de

obra, bien sea resistencia, fluidez, etc.

* Mtodo de colocacin de las distintas unidades.

* Condiciones de seguridad en situacin provisional durante la ejecucin de

las obras.

- Comprobacin de mediciones, esto es que el volumen, superficie o longitud de

material, que por parte del Contratista se indica como colocado, corresponde al


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real para cuya finalidad debern realizarse todos los ensayos y toma de datos quesean necesarios.

Dentro del equipo de asistencia tcnica a un tnel, siempre debe existir un

Gelogo o actualmente tambin Ingeniero Gelogo, que realice o d el visto bueno

al levantamiento del frente (que puede tambin ser realizado por otro Tcnico Gelogo

o Ingeniero Gelogo perteneciente a la constructora adjudicataria de las obras), y al que

igualmente pueden encomendarse otra serie de labores dentro de las funciones

anteriormente reseadas.

Por tanto, en la ejecucin de todas las obras y especialmente en las de tneles, es

fundamental la colaboracin del Gelogo o Ingeniero Gelogo en el control y

asistencia de las obras durante el periodo de construccin.

Para la realizacin de esta misin se cuenta con la ayuda de los resultados de los

elementos de auscultacin y control, cuya enumeracin y descripcin se realiz en el

captulo anterior, y que pueden permitir garantizar que el comportamiento del tnel se

ajusta a las previsiones de proyecto segn los parmetros geotcnicos para los distintos

niveles litolgicos diferenciados, es mejor que el considerado en proyecto, con lo que se

tendra un margen adicional de seguridad, o permitira reducir la densidad del

sostenimiento, o por el contrario, las deducciones de los resultados de la auscultacin

dan unas caractersticas peores a los materiales atravesados que las consideradas en

proyecto, con lo que se tendra riesgo de hundimiento del mismo y sera necesario el

refuerzo inmediato del sostenimiento.


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2. REVISIN DEL PROYECTO

En Espaa existen las siguientes normativas que afectan al proyecto de una obra

subterrnea, fundamentalmente a las condiciones de seguridad y capacidad de la obra a

construir:

* El Real Decreto 635/2006, de 26 de Mayo sobre requisitos mnimos de seguridad

en los tneles de Carreteras del Estado.

Debe destacarse de esta normativa:

- Se limita nicamente a las necesidades de seguridad del tnel en

funcionamiento, y por tanto no incluye ninguna especificacin sobre el

periodo constructivo.

- Sera nicamente de obligado cumplimiento en los tneles de carreteras

del Estado Central, promovidas por tanto por el Ministerio de Fomento. No

sera por tanto obligado su cumplimiento en el caso de obras promovidas

por las administraciones autonmicas, provinciales o locales.

* La ITC 04.6.05 establece las condiciones mnimas de seguridad que deben

cumplir las obras subterrneas que se realicen con fines industriales o de uso

civil, en lo que concierne al sostenimiento de las mismas, tanto en fase de

proyecto como de ejecucin.

* Con anterioridad se contaba tambin con la norma IOS 98, actualmente derogada,

en que se incluan con carcter obligatorio todos los criterios y aspectos que

deban incluirse tanto en el proyecto de un tnel, como sus condiciones de

ejecucin y su manual de explotacin, una vez puesto en servicio el mismo. A

pesar de que esta norma se encuentra derogada, como ya se ha citado, es usual

el realizar el proyecto cumpliendo las exigencias que se reflejaban en la misma.


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2.1 Planteamiento general

En primer lugar debe comprobarse, tal y como obliga la Ley de Contratos del Estado, que

el proyecto es una obra completa, que puede alcanzar su funcionalidad sin ninguna

actuacin accesoria.

Dentro de los aspectos que deben incluirse para el diseo del tnel, y que se recogen enun anejo independiente (anejo de tneles), se tendra:

- Definicin de seccin y justificacin de la misma en base a la normativa existente

(Decreto 635/2006 en caso de tnel carretero del Ministerio de Fomento, o

normas IGP para tneles ferroviarios de alta velocidad).

Seccin tnel nico con doble sentido y tabique central segn prescripciones

Decreto 635/2006


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- Consideracin de la influencia del Dictamen de Impacto Ambiental (D.I.A.) en el

diseo del tnel, ya que en la solucin proyectada es de obligado

cumplimiento las prescripciones del anterior dictamen.

- Estudio geolgico y geotcnico, especfico para el tnel, que puede extraerse y

desarrollarse con mayor amplitud y distinta orientacin del estudio geolgico y

geotcnico general de la traza en que se incluye el tnel.

Perfil longitudinal geolgico de tnel

- Estudio hidrogeolgico, cuya importancia es, de forma creciente, cada vez mayor

por los riesgos que conlleva el cometer delito ecolgico, si se modifican o alteran

las condiciones de acuferos, sobre todo en el caso de parajes naturales

protegidos.


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- Mtodo constructivo, incluyendo la definicin del sostenimiento y revestimiento, ylos criterios de aplicacin del sostenimiento en funcin del terreno que realmente

vaya apareciendo en el frente.

Tramificacin del tnel


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Definicin seccin excavacin y sostenimiento

- Definicin de la auscultacin (en planos, pliego, presupuesto y anejo) y criterios

para la valoracin de los resultados que se obtengan de la misma.


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Definicin auscultacin

- Geometra de emboquilles y boquillas.

Deber incluirse en planos la geometra de la excavacin para los emboquilles y

con los tratamientos en el frente de los mismos (los tratamientos de los taludes

laterales y sus pendientes vienen definidos en la geotecnia del corredor).


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Planta de excavacin en emboquille

Planta final boquilla


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Tratamiento talud emboquille y paraguas

- Instalaciones del tnel, en que se incluya ventilacin, iluminacin y sealizacin y

control.


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Vista tnel acabado con sus instalaciones

Interior edificio ventilacin


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Centro de Control

- Instalaciones y elementos de seguridad.

Dentro del diseo de instalaciones de seguridad deben incluirse la situacin,

diseo y dimensionado de refugios, de nichos de seguridad y de accesos.

Acceso a salida de seguridad


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Vista interior refugio de seguridad

Vista de equipamiento de nicho de seguridad

- Etc.


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Tambin, en un anejo aparte, que puede dar lugar a planos y mediciones independientes,se incluye el estudio de afecciones del tnel as como el estudio de restauracin

ambiental. Estos anejos suelen ser realizados por personal especializado independiente

del que realiza el diseo del tnel, pero en cualquier caso, debern proyectarse obras

que van a afectar al funcionamiento de la obra subterrnea, como seran las plantas de

depuracin del agua infiltrada o vertida al tnel, etc.

Planta de tratamiento de agua

2.2 Estudio geolgico y geotcnico e hidrogeolgico

Debe tenerse en cuenta que la solucin adoptada, en cuanto a mtodo constructivo y

sostenimiento, se basa en la modelizacin geomecnica del macizo rocoso, por lo tanto,

un paso previo a la valoracin de dicha solucin es la comprobacin de que el macizo

afectado por la obra est bien caracterizado, es decir, que estn bien construidos sus

modelos geolgico y geotcnico.

La extrapolacin de los datos obtenidos durante el estudio geolgico deben permitir la

caracterizacin del macizo a cota del tnel. Segn la ITC 04.6.05, el terreno que como

mnimo debe ser caracterizado es el comprendido en un paraleleppedo cuyo eje es el de

la excavacin prevista y cuya seccin tiene una altura y anchura seis veces superiores a

las de aquella.


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El estudio debe abarcar las zonas de acceso y boquillas. En estas ltimas se requiere

una investigacin ms profunda, no slo por que los primeros metros del tnel

constituyan un tramo crtico, sino por que la estabilidad de los taludes de los emboquilles

es en s misma un problema geotcnico. La Asistencia Tcnica tiene que analizar la

solucin dada en el proyecto a este ltimo punto y aportar alguna alternativa en el caso

de que, al realizar la excavacin, el terreno encontrado no se corresponda con aqul en

que se basaron los clculos.

Foto 1. Emboquille en el talud margoso tratado con bulones, mallazo y hormign

proyectado


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2.2.1 Modelo geolgico

En el modelo geolgico deben estar contemplados los siguientes aspectos:

* Estratigrafa

* Estructura del macizo rocoso

* Litologa (definicin de litotipos)

* Contactos y distribucin de litologas* Geomorfologas

* Espesor y caractersticas del manto de alteracin

* Espesor de los materiales de recubrimiento

* Posicin y movilidad del agua

* Zonas alteradas, karstificadas o milonitizadas

* Presencia de rocas alterables, solubles o expansivas

A partir de estos datos, se ha debido confeccionar un perfil geolgico-geotcnico de laexcavacin, en el que aparezcan los tramos de terreno, a cota de tnel, con

caractersticas homogneas, especificando cuales son estas.

La escala de cartografa geolgico-geotcnica debe ser 1:2000, y en puntos singulares

(emboquilles, zonas de cobertura escasa, etc) es conveniente ampliarla a 1:500 e incluso

1:200.

Tras el anlisis de esta informacin deber juzgarse si es suficiente o bien hay que

reforzarla mediante la realizacin de ms estaciones geomecnicas, tcnicas geofsicas,

ensayos geotcnicos in situ o sondeos. La decisin sobre este ltimo punto es la que

tiene, con diferencia, mayor repercusin econmica y, por lo tanto, es la que requiere un

anlisis ms profundo y que, en lneas generales, debe hacerse basndose con los

siguientes criterios:

* Debe existir un sondeo en cada boquilla


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* Dificultad de la obra: existencia de pozos de ventilacin, rampas de acceso, etc* Existencia de zonas cuya estructura, litologa, etc no ha podido ser inferida a partir

de datos de afloramiento

* Los sondeos existentes se han situado con criterios geolgicos, con objeto de

poder definir singularidades por un lado, y poder realizar una caracterizacin

estadstica completa del material que va a atravesarse por el tnel por otro lado.

Debe destacarse que en el modelo geolgico debe incluirse no slo la posicin de la

litologa, sino tambin el espesor de zona rota o milonitizada.

Como cifra orientativa para un tnel de dificultad media, puede tomarse una longitud

acumulada de sondeos no inferior al 50% de la longitud del tnel.

2.2.2 Modelo geotcnico

En cuanto al modelo geomecnico, debe aportar los parmetros fsicos, resistentes ydeformacionales del macizo rocoso, es decir, los parmetros de clculo:

a) Parmetros resistentes de cada litotipo (roca intacta): cohesin, friccin y

parmetro mi del criterio de rotura de Hoek-Brown. La determinacin de estos

parmetros requiere que se hayan realizado ensayos de rotura a compresin

simple, traccin (Brasileo) y compresin triaxial.

b) Clasificacin geomecnica del macizo: ndices RMR de Bieniawski y Q de Barton

El tnel debe estar tramificado segn los valores de estos ndices.

c) Parmetros resistentes del macizo rocoso: m y s obtenidas a partir de miy RMR a

travs de las expresiones de Priest y Brown. Conocidas m y s, existen

expresiones que permiten conocer la cohesin y el ngulo de friccin del macizo

en funcin del estado tensional.


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d) Parmetros deformacionales del macizo: mdulo de elasticidad, E, obtenido a

partir de expresiones empricas o de ensayos presiomtricos y dilatomtricos in

situ y coeficiente de Poisson, que puede considerarse igual al del litotipo

correspondiente.

e) Propiedades mecnicas de las discontinuidades: coeficiente de rugosidad, JRCo,

resistencia a compresin simple, JCSo, ngulo de friccin bsico o residual, b, o

r, y apertura inicial, eo.

f) Estado tensional del macizo rocoso.

2.2.3 Estudio hidrogeolgico

El agua es un elemento que dificulta en gran medida los trabajos durante la ejecucin,

est relacionada con la mayora de los fenmenos de inestabilidad y es la causa principal

de deterioro de un tnel durante el periodo de explotacin. En consecuencia, es de suma

importancia que en el proyecto se haya previsto una estrategia para hacer frente al

problema durante la construccin (depresin de niveles freticos, sondeos de drenaje al

frente, drenajes provisionales, bombeo, etc), as como definido un sistema de

impermeabilizacin captacin y drenaje que la mantenga controlada a largo plazo. Para

que esto sea posible es necesario conocer su situacin, cantidad, movilidad y

variabilidad.

Segn Galera (1997) los puntos que debe abordar un estudio hidrogeolgico son los

siguientes:

* Localizacin de los niveles freticos o artesianos y piezomtricos, as como su

variabilidad y su carga a lo largo del tnel.

* Delimitacin de acuferos y sus fuentes de alimentacin o recarga.

* Existencia o no de aguas agresivas para el hormign.


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* Localizacin de barreras o fronteras del flujo subterrneo.* Estimacin en los diferentes terrenos de la permeabilidad, transmisibidad,

capacidad de almacenamiento, etc. A este respecto se realizarn ensayos de

Lugeon o Lefranc en los sondeos de reconocimiento.

* Obtencin de datos (especialmente caudales afluentes) para el proyecto de

medidas de drenaje e impermeabilizacin y su adecuada previsin al avance de

las operaciones constructivas.

* Prevencin de problemas de afeccin a acuferos (agotamiento de pozos, etc).

* Localizacin de zonas carstificadas o con fenmenos de disolucin o erosin

interna.

* Localizacin de aportes puntuales de agua (diques, milonitas, etc).

2.3 Mtodo constructivo

En el tnel existe una estrecha interrelacin entre diseo y sistema constructivo, de

hecho, algunos sistemas, como los integrales y el precorte mecnico, determinandirectamente la seccin de excavacin e incluso otros como los escudos llevan asociado

un revestimiento de dovelas prefabricadas.

Los sistemas de excavacin existentes en la actualidad, de forma resumida, son los

siguientes:

a) Perforacin y voladura

b) Medios mecnicos

b.1 Mquinas de ataque puntual

* Rozadoras

* Martillos rompedores

b.2 Mquinas integrales

* Topos (para roca)

* Escudos (para suelos)

b.3 Otros


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* Precorte mecnico* Excavacin manual (Mtodo Belga)

La seleccin del sistema constructivo supone un proceso de razonamiento en el que

intervienen variables o condicionantes de muy diferente ndole, desde el impacto social

hasta las propiedades mecnicas del terreno.

As, se tendra que dentro de planos y pliego podran incluirse los siguientes criterios

obligados para el mtodo de excavacin:

- Tuneladoras integrales (TBM o EPB), si as viene definida la seccin y se

considera obligado para el cumplimiento del plazo, o por la dificultad y/o

aleatoriedad en la aparicin del terreno que impide la aplicacin de cualquier

sistema observacional (NMA).

- En los casos de rocas que por su dureza o abrasividad sean no rozables, deber

indicarse excavacin mediante voladura o martillo en zonas de emboquilles o de

especial dificultad. Sin sobrecargo de coste, siempre podr el contratista sustituir

la excavacin mediante voladura por la excavacin con martillo hidrulico, pero no

al contrario.

- En los terrenos que puedan excavarse mediante rozadoras de ataque puntual,

debe indicarse en los documentos contractuales que la excavacin puede

realizarse mediante rozado o voladura (igualmente dentro de voladura se incluye

el concepto de excavacin mecnica mediante martillo hidrulico).

En este caso, los espesores de abono debidos a las sobreexcavaciones suelen

tomarse los correspondientes al empleo de rozadoras, que dan

sobreexcavaciones muy inferiores a las de la voladura.

Unicamente puede incluirse dentro de planos y pliego como obligado el empleo de

las rozadoras cuando se justifique en funcin de la existencia de cavidades


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krsticas que puedan ser afectadas por voladuras, etc., pero en este caso debejustificarse de forma exhaustiva que el material es rozable, no slo en lo que

respecta a la posibilidad de este mtodo de excavacin, sino tambin en lo que se

refiere a que el ritmo de avance sea razonable.

- En el caso de suelos, pasos de falla, etc., puede indicarse en documentos

contractuales que la excavacin se realizara mediante martillo hidrulico,

retroexcavadora o si es necesario medios manuales.

- En el caso de tneles en suelo mediante mtodos tradicionales, como el Mtodo

Belga, se especifica la obligatoriedad de la excavacin manual y la prohibicin de

que toda o parte de la excavacin pueda realizarse mediante medios mecnicos,

aunque sean retroexcavadoras para trabajos urbanos de mucha menor potencia y

glibo.

En cuanto al proceso de ejecucin, han de estar definidas las secciones de excavacin

en que se divide el frente y las longitudes de avance, para cada seccin tipo, es decir

para cada calidad de terreno. Deben especificarse todas las fases que componen el ciclo

de avance, estableciendo la maquinaria y procedimientos previstos en cada una de ellas,

as como las condiciones de su utilizacin y las exigencias a respetar en la colocacin del

sostenimiento, tanto por lo que se refiere a la metodologa de colocacin de los

elementos de sostenimiento, como a la distancia mxima que puede colocarse cada

elemento de sostenimiento del frente.

Cuadro de aplicacin de excavacin y sostenimiento


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2.4 Sostenimiento

Se trata de comprobar que la solucin proyectada es correcta en funcin del tipo y

requerimiento de la obra, caractersticas del terreno, litologa, estructura del macizo

rocoso y estado tensional. El mtodo de clculo empleado debe ser apropiado a las

circunstancias anteriores y a la fiabilidad de los datos de partida. Para valorar la

idoneidad del mtodo de clculo empleado, segn la estructura de la roca, puede servirde orientacin la Fig. 1.

Figura 1. Mtodos de clculo en funcin de estructura del macizo rocoso (Rodrguez

Ortiz, J.M, 1995)

En este sentido la UTC 04-06-05 establece cuatro niveles de proyecto, en cuanto a

exigencia, de acuerdo con el tiempo de utilizacin de la obra y con el comportamiento

previsible del terreno, estimado mediante el cociente c/H (Tabla 1), siendo:


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c= Resistencia a compresin simple del litotipo ms representativo de la excavacin,

expresada en MPa.

H = Profundidad media de la excavacin respecto a la superficie exterior, expresada en

metros.

Tabla 1. Niveles de los proyectos

TIEMPO DE UTILIZACIN DE LA OBRA

c/H MENOR DE 15 AOS MAYOR DE 15 AOS

>0.1 A B

0.1 0.05 B C


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- Paraguas pesados- Inyecciones de cemento

- Inyecciones qumicas

- Congelacin

Debe trazarse un perfil constructivo por tramos a lo largo de toda la obra, definiendo las

zonas en las que debe aplicarse cada tipo de sostenimiento y las secciones de

excavacin que resulten al tener en cuanta el efecto de la convergencia, para que la

seccin final sea la requerida segn los glibos de proyecto.

Figura 2. Requisitos mnimos de los niveles de proyecto segn UTC 04-06-05


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2.5 Plan de auscultacin

En la Norma derogada IOS-98, se indicaba que sera obligatorio incluir en el proyecto el

plan de auscultacin del tnel, siempre que concurriera al menos una de las siguientes

circunstancias.

a) Cuando el mtodo de construccin elegido requiera la obtencin de parmetros a

medida que progresa la excavacin, con objeto de adaptar localmente el diseo

del sostenimiento.

Esto es, que la auscultacin sera siempre obligada en el caso de tneles

realizados por el Nuevo Mtodo Austriaco, dado su fundamento

observacional.

b) Cuanto los movimientos estticos o dinmicos inducidos por la excavacin o por

la presencia de la obra, puedan afectar a edificaciones instalaciones industriales o

de cualquier otro tipo.

Por tanto, en el caso de tneles urbanos, en que puedan existir afecciones

superficiales, resulta tambin obligado el proyecto de auscultacin, que

deber estar fundamentalmente enfocado a la determinacin de las

subsidencias en superficie o a profundidad de servicios o apoyo de

estructuras.

c) Cuanto se prevea una modificacin sustancial, o influjo decisivo, en las

condiciones hidrogeolgicas del contorno.

Esto debe considerarse en todos los tneles que puedan afectar a acuferos

explotados o a macizos ubicados en zonas protegidas.

d) Cuando las circunstancias previsibles influyan en la seguridad de las operaciones,

personal de mantenimiento o usuarios.


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No obstante, y en cualquier caso, se deber llevar a cabo un control mnimo de

convergencias.

3. CONTROL CUALITATIVO

Este apartado engloba el control de calidad de las unidades de obra ms frecuentemente

empleadas en la ejecucin de un tnel y la inspeccin de su correcta puesta en obra.

El pliego de prescripciones tcnicas del proyecto define las especificaciones que deben

cumplir las diferentes unidades de obra en cuanto a materiales y puesta en obra, junto

con los criterios de aceptacin. No obstante, en gran parte de las especificaciones se

deja abierta la posibilidad de modificacin, en manos de la direccin de obra, por lo que

la Asistencia Tcnica deber aportar los criterios necesarios en cada caso. En este

apartado se describen los principales puntos a controlar, as como la normativa aplicable,

cuanto existe.

3.1 Hormign proyectado

ste es un elemento fundamental en la ejecucin de tneles y cuyo sistema de puesta en

obra aumenta el nmero de variables que influyen en el resultado final respecto al

hormign encofrado, causando una mayor dispersin de los resultados, por lo que

requiere una atencin especial.

Con el hormign proyectado debe conseguirse una superficie interior del tnel

suficientemente regular y homognea, de forma que pueda confiarse en que parte del

material colocado acte como membrana de directriz curva asimilable a circular. En el

caso de que el sostenimiento incluya cerchas, el hormign proyectado deber rellenar las

sobreexcavaciones por detrs de las cerchas y cubrir las mismas.


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Por las razones anteriores, las sobremediciones de hormign proyectado por el rellenode la sobreexcavacin son muy importantes, y en muchos casos sin haberse

excavado la mitad del tnel, se ha colocado ya la medicin de proyecto prevista

para todo el mismo.

En el caso de que no sea de abono todo el volumen de hormign proyectado, ya que las

sobreexcavaciones sean imputables al Contratista, es normal que se produzcan

deficiencias en el espesor del relleno, quedando en muchos casos las cerchas

prcticamente por fuera de la superficie interior del gunitado, como puede verse en la foto

3.1.

Foto 3.1

En este caso por parte de la Asistencia debe levantarse una no conformidad, obligando

a que se complete el gunitado al menos hasta rellenar totalmente las alas de la cercha.


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En el caso de que el tiempo que haya transcurrido entre el gunitado inicial y el momentodel regunitado sea suficientemente dilatado para que haya podido depositarse una

pelcula de polvo sobre las capas iniciales, debe indicarse que para el regunitado se cosa

previamente mediante spits un mallazo a fin de garantizar que no puedan producirse

desprendimientos parciales de trozos de gunita, como puede verse en la foto 3.2.

Foto 3.2

3.1.1 Condiciones del material

Los requisitos exigidos al hormign proyectado conciernen fundamentalmente a la

resistencia a compresin a diferentes edades y vienen fijadas en el Pliego.


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La definicin y condiciones de hormign proyectado vienen definidas en la norma UNE83-607-94.

Adems de la resistencia final debe exigirse al hormign proyectado un valor

determinado suficientemente alto de las resistencias iniciales, con unos valores similares

a los que se reflejan en la tabla adjunta.

Adems tambin se suele exigir una resistencia para tiempos menores de 24 horas,

medida en este caso en base a la adherencia del hormign proyectado a una barra

introducida previamente a la proyeccin (con las resistencias alcanzadas en tiempos

menores de 24 horas, no suele ser viable la extraccin de testigos sin disgregar la

muestra).

De acuerdo con la citada norma, se distinguen tres tipos de resistencias segn cul sean

las longitudes y geometras de la capa colocada, tal y como puede verse en la figura 3.1.


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Figura 3.1. Resistencias del hormign proyectado joven (UNE 83-607-94)

Estos requisitos especiales se aplican en los siguientes casos:

J1: Cuando el hormign proyectado tiene que colocarse lo ms rpidamente posibleen capas gruesas (incluso bveda), cuanto se produzcan afluencias de agua o

tensiones como consecuencia de las operaciones realizadas inmediatamente

despus de colocar el hormign (por ejemplo, perforacin de taladros para anclaje

de pernos, colocacin de lminas, vibraciones producidas por voladuras).

J2: Si la inmediata presin activa de la roca precisa de grandes exigencias al

hormign proyectado joven.

J3: Slo debe emplearse en casos excepcionales ya que las latas resistencias a

edades tempranas conducen una disminucin de las resistencias finales.

La incorporacin de fibras de acero modificada las propiedades de masa fresca,

aumentando la capacidad de desgaste de las mangueras en va seca y la consistencia de

la mezcla en va hmeda, lo que afecta a la bombeabilidad, al mismo tiempo disminuye la

figuracin e incrementa las propiedades estructurales del hormign proyectado

endurecido.


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La caracterstica principal del hormign proyectado con fibras de acero es su tenacidad,

que debe especificarse claramente y determinarse como resistencia equivalente a flexin

o a travs de los ndices de tenacidad, definidos en la UNE 83-510.

3.1.2 Ensayos

3.1.2.1 Ensayos previos

Deben llevarse a cabo a pie de obra, con antelacin al inicio de la misma y empleando

las instalaciones y los componentes del hormign.

La UNE 83-607-94 recomienda los husos a utilizar en la confeccin de morteros y

hormigones proyectados para diversos tamaos mximos. El tamao mximo empleado

en tneles es normalmente de 12 mm. Es conveniente tener en cuenta que a mayor

tamao mximo del rido el rechazo aumenta.

Debe determinarse la composicin del hormign proyectado (dosificacin de cemento y

acelerante) y comprobarse que cumple los requisitos estipulados.

Debido a la inevitable dispersin de los resultados de los ensayos, el diseo de la mezcla

debe tratar de producir un material de resistencia superior a la especificada. Como valor

orientativo se puede tomar del 15% al 20% del valor mnimo del tipo de resistencia

correspondiente, sin que el incremento sea superior a 7 MPa.

Si se aaden fibras de acero debe comprobarse de qu forma influyen en las

propiedades resistentes del hormign proyectado (resistencia a compresin, flexitraccin,

deformabilidad y tenacidad) respecto al material sin ellas.


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Hay que contrastar la dosificacin necesaria con cada tipo de fibra para alcanzar laresistencia y tenacidad exigidas, teniendo en cuenta que dicha dosificacin es la que

debe quedar incorporada al hormign tras el rechazo.

De acuerdo con la experiencia en la utilizacin de fibras metlicas, se comprueba que

existe una dotacin mnima por debajo de la cual su contribucin es prcticamente

despreciable.

3.1.2.2 Ensayos de control

Se distinguen dos tipos de ensayo: de endurecimiento y de control de calidad.

a) Ensayos de endurecimiento

Se aplican al hormign joven y, por no poderse extraer testigos cilndricos, ya que su

resistencia a compresin (en torno a 5 MPa) no lo permite, es necesario emplear

mtodos indirectos normalizados, aplicables cada uno de ellos en un intervalo de valores

de edad y resistencia a compresin tal como se muestra en la figura 3.2.

Figura 3.2. Ensayos de hormign proyectado (UNE 83-607-94)


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b) Ensayos de control de calidad

Los ensayos de control de calidad consisten en la rotura a compresin de testigos

extrados de una muestra proyectada sobre una artesa normalizada, y cuyas

dimensiones deben ser de 7.5 cm de dimetro y 15 cm como mximo de altura.

En cuanto a la frecuencia de la toma de muestras y ensayos correspondientes deben ser

determinados en funcin de las garantas de calidad y la uniformidad en el

abastecimiento a la planta de hormign. Las normas UNE vigentes al respecto

recomiendan, como determinaciones mnimas, una semanal para el hormign proyectado

joven, una cada 2000 m2o dos semanas de trabajo para el que se utiliza como soporte

temporal y una cada 1500 m2 o una semana de trabajo, para el que tiene funciones

estructurales.

Los contenidos en fibras se comprobarn tanto en la mezcla (UNE 83-512/1) como en la

pared gunitada a partir de testigos extrados de ella.

3.1.3 Puesta en obra

Durante la puesta en obra del hormign proyectado deben vigilarse los siguientes puntos:

- Con objeto de aumentar la adherencia entre la capa de hormign proyectado y la

superficie sobre la que se aplica, sta debe lavarse previamente con agua y aire a

presin, especialmente cuando se trate de capas superpuestas y haya pasado

mucho tiempo entre la ejecucin de una y otra.

Esta operacin apenas consume tiempo ya que puede realizarse con el mismo

equipo de gunitado, una vez que est posicionado para comenzar la proyeccin y

asegura una buena unin entre las capas, adems de disminuir el rechazo.


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Sin embargo, dado que este proceso de limpieza es difcilmente controlable, tal ycomo se ha comentado en apartados anteriores, puede ser obligada la colocacin

de una malla de gallinero cosida mediante spits para garantizar la adherencia

entre las capas posteriores.

- Como norma, la aplicacin debe comenzarse por la parte baja para evitar que el

rebote se incorpore a la estructura.

- Si se proyecta sobre cerchas, mallazo o cualquier otro tipo de armadura debe

drsele al chorro una direccin oblicua con el fin de no dejar huecos detrs del

elemento metlico en cuestin. Todos los elementos metlicos deben quedar

recubiertos por, al menos, 3 cm de hormign.

- La incorporacin de fibras debe realizarse evitando la formacin de erizos o

grupos trabados de fibra. La operacin de mezcla debe durar como mnimo 3

minutos, y, siempre, hasta que se observe la total homogeneidad y la regular

distribucin de las fibras dentro de ella.

- El control directo del espesor durante la proyeccin mediante la colocacin de

clavos no se considera operativo, ya que supone una parada del frente difcil de

justificar, adems de no asegurar que se consigue el espesor requerido de forma

regular, Es mejor la medida del espesor obtenido, mediante la realizacin de

taladros y establecer unas normas que indiquen cuando hay que regunitar, en

funcin de los resultados obtenidos.

Debe obligarse a que las perforaciones para la comprobacin de los espesores se

realicen mediante el propio jumbo de perforacin, ya que en caso contrario sera

obligado por parte de la asistencia la realizacin de las perforaciones utilizando

medios de menor potencia, como los martillos Hilti o similares.

- Actualmente todos los equipos de proyeccin en tneles son por va hmeda, y

nicamente se utilizara la va seca en caso de que se dispusiera un equipo


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complementario de trabajo para refuerzos y acabados. En la foto 3.3 puede verseun equipo de gunitado por va hmeda.

Foto 3.3. Equipo de gunitado por va hmeda listo para comenzar la proyeccin

3.2 Malla electrosoldada

La colocacin de una malla electrosoldada en el permetro del tnel excavado, una vez

realizado el sellado para su total cubricin por las capas de hormign proyectado,

presenta las siguientes ventajas:

- Por un lado constituye un armado de la gunita, e impide el riesgo de

desconchones y cadas de trozos de gunita que se hubiera fisurado.


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- Por otra parte constituye una gua para el gunitado, al tener que cubrir la mallaque obliga a que el perfil interior siga una superficie curva suficientemente suave.

A pesar de estas ventajas, la complicacin y el tiempo que supone la colocacin de la

malla, hace que se utilice actualmente de forma muy espordica.

El control de calidad de materiales de esta unidad, as como del resto de las unidades

metlicas (bulones y cerchas), se limita, a no ser que en el Pliego se diga lo contrario, a

recabar los certificados de calidad de los proveedores y la comprobacin de que cumplen

las especificaciones.

En cuanto a la puesta en obra, el mallazo debe quedar pegado a la pared (a una

distancia mxima de entre 2 y 7 cm) firmemente sujeto a ella. La sujecin puede

realizarse con los bulones del sostenimiento, completndose con clavos spits y en rocas

de mala calidad en las que stos no funcionen, con anclajes cortos (unos 30 cm). La

cuanta de puntos de sujecin puede ser del orden de 2 por m2.

Este punto tiene gran importancia y el tiempo empleado en ejecutarlo correctamente se

recupera con creces durante el gunitado, pues, de no hacerlo as, las vibraciones de la

malla dificultan la adhesin del hormign proyectado aumentando el rechazo, facilitan la

creacin de huecos, e incluso, el peso del hormign adherido al mallazo puede llegar a

despegarlo. Las capas de mallazo deben estar solapadas unas dos cuadrculas.

3.3 Bulones

Los bulones que normalmente se colocan para el sostenimiento de tneles son de 3

tipos:

- Bulones de barra metlica, normalmente 25, anclados con resina, y con

longitudes de 3 a 6 m.


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- Bulones de barra metlica, 25 a 32 inyectados con lechada, con longitudes de4 a 8 m.

- Bulones de expansin hidrulica, tipo Swellex o similar, en que la capacidad de

sujecin se fundamenta en el fundamento de una chapa metlica expandida por

presin de agua.

Por su mayor facilidad de colocacin, la tendencia actual es la de colocacin de bulones

tipo Swellex, y nicamente en el caso de terrenos muy fracturados, en que sean mayores

los esfuerzos de cortantes, se colocan hormigones de barra resinados.

Los bulones inyectados no son usuales, salvo el de recalce de las patas del

sostenimiento del avance.

Adems, y de forma ocasional dado su coste muy superior, pueden colocarse en algunos

casos bulones autoperforantes (el detritus de perforacin se elimina mediante lechada

inyectada por el interior del buln, que es hueco), de dimetro 40 y longitudes que

suelen variar de 8 a 12 m.

3.3.1 Materiales

Tanto los materiales metlicos como el mortero de inyeccin o resina, debe cumplir las

especificaciones anteriormente comentadas de recabar los correspondientes certificados

de calidad de las empresas suministradoras.

3.3.2 Puesta en obra

Debe comprobarse que se respetan el espaciamiento y densidad de la seccin tipo

correspondiente y que la placa de reparto queda apretada contra el terreno.

Para que se consiga una buena mezcla de los componentes en bulones anclados con

resina, el dimetro de perforacin no debe exceder en 8 mm y su longitud, en 10 cm, por


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otra parte, una vez introducido el perno, debe continuarse el batido durante unos 15segundos.

La resina debe llenar completamente el hueco anular existente entre el buln y taladro,

de forma que el anclaje se reparta a lo largo de toda la longitud del perno, pues lo

contrario puede acarrear graves consecuencias. La Foto 3.4 muestra el hueco dejado por

el desprendimiento de un bloque ya empernado; puede observarse que los bulones

aguantaron sin ser arrancado pero al estar incorrectamente ejecutado el anclaje repartido

gran parte del peso de la cua descansaba sobre las placas de reparto, que acabaron

cediendo.

Foto 3.4. Desprendimiento de bloques en el frente de avance de un tnel

3.3.3 Ensayos

Para comprobar la resistencia al arranque se efectan ensayos de traccin con gato

hueco, como puede verse en la foto 3.5.


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Los esfuerzos mximo de traccin a alcanzar deben ser los utilizados en el diseo delsostenimiento y suelen estar en torno a 20 t.

El porcentaje de bulones a ensayar suele estar entre el 3% y el 5%, siendo un criterio de

aceptacin razonable reponer los bulones que fallen y obligar a un rebulonado en el caso

de que el nmero de bulones fallidos sea superior al 20% de los ensayados.

Foto 3.5. Ensayo de traccin de bulones

3.4 Cerchas

Deben quedar colocadas en un plano perpendicular al eje del tnel y separadas entre si

la distancia estipulada; se debe controlar que el perfil interno de la cercha no queda

dentro de la seccin terica de excavacin, dejando el espacio suficiente para la

colocacin del revestimiento con el espesor estipulado, pues los fallos en este sentido

son laboriosos de corregir (foto 3.6).


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Foto 3.6. Colocacin de cerchas HEB-160

Deben quedar firmemente acuadas contra el terreno y apoyadas en roca u hormign; si

es necesario deben utilizarse placas u otros elementos que garanticen un firme apoyo desus bases.

Para rigidizar longitudinalmente la estructura, las cerchas pueden estar unidas mediante

tresillones soldados o atornillados (foto 3.7).


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Foto 3.7. Tresilln atornillado

Sin embargo, es ms habitual por su menor coste y mayor simplicidad, que el

acodalamiento longitudinal entre cerchas se realice mediante redondos 32, como puedeverse en la foto 3.8.


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Foto 3.8. Unin entre cerchas mediante redondo 32

3.5 Hormign de revestimiento

El hormign de revestimiento se coloca mediante carros telescpicos, con una estructura

metlica interior que permite el paso de camiones por dentro del mismo, tal y comopuede verse en la foto 3.9.


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Foto 3.9. Carro de hormigonado

El control de calidad del revestimiento debe ajustarse a la Instruccin de Hormign

Estructural EHE, con las particularidades que se especifiquen en el pliego de

prescripciones tcnicas particulares del proyecto.

En su puesta en obra deben vigilarse:

* La consistencia, que debe estar comprendida entre 6 y 10 cm del cono de

Abrams.

* El vibrado: pueden compaginarse vibradores de superficie para toda la seccin

con vibradores de aguja en los hastiales. La falta de vibrado causa coqueras y el

exceso prdidas de lechada. La correcta ejecucin depende en gran medida de la


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experiencia de los operarios y las correcciones oportunas en este punto tienenque hacerse a la vista de los resultados.

Los carros modernos suelen incorporar vibradores de superficie.

* Llenado: si la seccin del tnel es regular, puede bastar con dejar una ventana en

la clave del tape a travs de la cual se vigila la progresin del hormign que debe

ser bombeado desde la tobera ms cercana al tramo ya hormigonado hacia la

ms cercana al tape. Si hay sobreexcavaciones importantes, la nica forma de

controlar el llenado total del hueco es mediante tubos chivatos(foto 3.10).

Foto 3.10. Hormigonado del revestimiento

* Tiempo de desencofrado: debe haberse alcanzado la resistencia a compresin

necesaria para soportar su peso propio con un coeficiente de seguridad de 1.25.


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4. CONTROL GEOMTRICO Y DE MEDICIN

Las labores a realizar en este campo son la comprobacin de los replanteos realizados

por el equipo de topografa del contratista y la seccin excavada y sostenida mediante la

toma de perfiles:

Triangulacin y cierre entre las bases de ambas bocas previamente al inicio de la

excavacin.

Comprobacin de las bases que se coloquen a lo largo del tnel.

Comprobacin de las referencias de eje y rasante colocadas en clave y hastiales.

Comprobacin de la colocacin de los encofrados durante la fase de

revestimiento. Si, como es habitual, ste se realiza en dos fases: muretes gua y

bveda, deber ser comprobada la colocacin del encofrado de la primera de

ellas antes de hormigonar y posteriormente el resultado final, ya que la situacin

de la bveda est obligada por la de los muretes.

Control de la seccin excavada: debe garantizarse que todo el permetro de laseccin real queda por fuera de la seccin terica de excavacin, de forma que el

espesor del revestimiento sea en todos los puntos, como mnimo, el de proyecto.

Esto, sin perjuicio de que al finalizar la fase de excavacin y sostenimiento se

pase un carro de glibo, slo se puede controlar mediante la toma sistemtica de

perfiles, que deben realizarse lo ms cerca posible del frente de forma que las

posibles desviaciones puedan corregirse lo antes posible.

4.1 Equipos para la toma de perfiles

Pueden utilizarse los siguientes equipos:

- Distancimetro montado sobre estacin total, como el que se representa en la foto

4.1, y que sera el sistema ms artesano. La posicin del distancimetro se

controla mediante las coordenadas suministradas por la estacin total.


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Foto 4.1 Distancimetro sobre estacin total

El sistema de toma de distancias se realiza mediante lser, lo que evita la

necesidad de la colocacin de prismas.

- Equipos automticos basados en la restitucin terrestre de dos videos tomadoscon cmaras de separacin fija, tal y como se desarroll en el tema de

auscultacin (figura 4.1).

Figura 4.1 Caractersticas principales del sistema de escner de tneles DIBIT


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4.2 Aplicaciones

4.2.1 Control de la seccin de excavacin

El ajuste de la seccin de excavacin real a la terica redunda en importantes beneficios

econmicos por las siguientes causas:

* Disminucin de las zonas dentro de seccin y de los sobrecostes que implica sueliminacin.

* Reduccin de sobreexcavacin y con ello del tiempo desescombro y de las

cantidades de gunita y hormign necesarias.

Por lo que atae al primer punto, la deteccin de las reas que se encuentran dentro de

seccin puede realizarse mediante la toma de sistemtica de perfiles o bien mediante el

paso de un carro de glibo.

El segundo mtodo tiene la ventaja de no dejar ningn punto sin comprobar, pero

presenta como inconvenientes que no puede realizarse hasta que est ejecutada la

destroza y se hayan construido las aceras; es decir, es una comprobacin a posteriori

que no sirve para adoptar medidas correctoras durante la fase de excavacin y

sostenimiento.

La fiabilidad que ofrece la toma de perfiles en cuanto a la deteccin de todos los puntos

que se encuentren dentro de seccin depender, evidentemente, de la separacin

adoptada entre los mismos que, a su vez, deber estar condicionada por la regularidad

del paramento. En condiciones normales, realizando perfiles cada dos metros es difcil

que queden entrantes sin detectar, no obstante, hay que sealar que este mtodo tiene

que ir acompaado de una inspeccin visual continua, contrastando los perfiles dibujados

en la oficina con la realidad del tnel y retomando con un espaciado menor los tramos

que ofrezcan dudas.


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El conocimiento casi inmediato de las zonas a eliminar proporciona un amplio margen de

tiempo para la planificacin de los trabajos de reperfilado del paramento, permitiendo

elegir el momento ms conveniente y la apertura de tajos que no interfieran en otras

fases de la ejecucin, al mismo tiempo que permite realizar dichos trabajos con menor

dificultad y mayor rendimiento: es ms fcil picar y regunitar la zona de clave desde la

cota de avance que desde la de destroza.

En cuanto a la adopcin de medidas correctoras para ajustar la seccin de excavacin a

la terica, debe tenerse en cuenta que los perfiles tiene que tomarse a una distancia del

frente lo suficientemente grande como para no interferir en el avance del mismo; es decir,

en el momento de la toma se tendr los resultados de lo que se hizo das atrs. En

consecuencia, para poder establecer una relacin casual que permita realizar

correcciones en el futuro, deber llevarse un riguroso control de las circunstancias en que

se realiz la excavacin, tanto en el referente al terreno como al procedimiento

constructivo (radio de replanteo del recorte, longitud del pase, cantidad de explosivo,

etc.).

4.2.2 Mediciones

La cubicacin de cada una de las unidades consideradas es el sumatorio de la

estimacin del volumen existente entre cada dos perfiles consecutivos. El programa

realiza la estimacin promediada segn la expresin:

V =2

21 SS +D

Siendo:

S1 y S2 = reas de los dos perfiles consecutivos


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D = Distancia entre perfiles

En la figura 4.2 se muestran las reas correspondientes a cada unidad de obra.

Figura 4.2 Secciones de medicin: (A) Excavacin. (B) Gunita. (C) Hormign

En el caso del hormign proyectado es necesario asociar a cada perfil un espesor; la

aplicacin permite asignar a cualquier serie de ppkk un conjunto de valores de espesor

de forma biunvoca, adoptando para cada perfil el valor resultante de la interpolacin

lineal de los valores de los extremos del intervalo correspondiente.


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4.3 ANLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENDIOS EN UN CASO REAL

En el presente apartado se analizan las mediciones obtenidas a partir de los perfiles

tomados a lo largo de un tramo de tnel de 690 m de longitud, excavado en un macizo

rocoso calcreo por el mtodo de perforacin y voladura.

Uno de los objetivos bsicos de este anlisis es determinar la precisin y fiabilidad de las

mediciones obtenidas. De las tres unidades consideradas, la nica cuya cantidadrealmente puesta en obra puede conocerse con la suficiente precisin como para servir

de referencia como medicin real, es el hormign de revestimiento; por esta razn ser

sta la primera en analizarse.

4.3.1 Hormign de revestimiento

El hormign de la bveda del tnel se realiz segn tramos de 15 m de longitud. A lolargo de los 690 m se contabiliz el volumen de hormign colocado en cada puesta, para

posteriormente compararlo con la medicin calculada mediante perfiles en el mismo

tramo. El resultado se muestra en las figura 4.3 y 4.4, pudiendo comprobarse que de 46

hormigonados, excepto en un caso, el error cometido es inferior al 10%, siendo menor al

5% en 36 ocasiones.


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Figura 4.3 Comparacin de mediciones por perfiles y real en hormigonados 15 m

de longitud de la bveda del tnel

Figura 4.4 Errores de medicin por puesta en valor absoluto y porcentaje

Sin embargo, la medicin que realmente interesa es la acumulada que, como puede

comprobarse en la figura 4.5, mantiene un error porcentual inferior al 1.3% a lo largo de

todo el tnel.


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Figura 4.5 Error en medicin acumulada.

Si tenemos en cuenta la medicin terica (7.56 m3/m) se ve que mientras la mediciones

segn perfiles y real apenas se distinguen, la terica es del orden de la mitad de

aquellas, Figura 4.6.

Figura 4.6 Mediciones acumuladas

El resumen de los resultados de las mediciones totales para el tramo de 690 m es el

siguiente:


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Tabla 4.1 . Resultado de mediciones totales en el tramo analizado.

Hormign Diferencia(m3) (m3) (%)

Perfiles 988747 0.47

Real 9840

Terica 52294688 47.64

La diferencia entre las mediciones real y terica se comenta por s sola; no obstante seha seleccionado un perfil cuyo rea prcticamente coincide con la media, figura 4.7 para

dar una idea de cmo sera la seccin real que provoca estos excesos de medicin.

Figura 4.7 La zona sombreada representa el hormign de la bveda con un rea

de 14.34 m2frente a los 7.57 m2de la seccin de proyecto.

Para tener una idea de hasta que punto la precisin alcanzada en este caso es

generalizable se va a ver cules son las fuentes de errores.

Al sustituir la seccin real por una polilnea se comete un error que se puede considerar

despreciable frente al rea total, ya que, si los puntos del perfil estn los suficientemente

cerca, las posibilidades de que las ondulaciones de la superficie del sostenimiento


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queden del lado interior o exterior de cada segmento tienden a igualarse,compensndose las reas, figura 4.8. Admito esto, el error cometido ser el propio de la

estimacin del volumen real a travs de un muestreo estadstico.

Figura 4.8 Compensacin de errores en la medicin de rea

El volumen real ser el producto de la longitud del tramo por el rea de la superficie

media real, siempre desconocida, y que se estima mediante la toma de perfiles; el rea

del perfil en cada punto es una variable aleatoria continua. Asumiendo que esta variable

aleatoria sigue una distribucin normal, si se toma una muestra de n perfiles con una

media M y una desviacin estndar , el nivel de confianza del 95% ser:

1.96 (/ raz cuadrada n)

Es decir, se puede asegurar que existe un 95% de probabilidades de que se cumpla:

M 1.96 (/ raz cuadrada n) < MEDIA REAL< M + 1.96 (/ raz cuadrada n)

En consecuencia, para una longitud de tnel determinada, la fiabilidad de la medicin

ser menor cuanto mayor sea el espaciado entre perfiles ya que disminuye n,

aumentando el intervalo de confianza.


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En nuestro caso se tomaron 343 perfiles espaciados 2 m, mostrndose en la figura 4.9 elhistograma de los valores de sus reas junto con la distribucin normal correspondiente.

Se ha simulado los resultados que se hubiesen obtenido si los espaciados hubieran sido

4, 8 y 16 m eliminando los perfiles necesarios en cada caso. En la figura 4.10 puede

observarse cmo aumentan los intervalos para un nivel de confianza del 95% hay que

resaltar que no necesariamente la medicin obtenida es menos precisa cuanto mayor es

el espaciado (con 16 m se consigue una cifra ms cercana a la real que con 8 m); lo que

s se puede asegurar es que el resultado es menos fiable.

Lo dicho sobre el error cometido en la medicin de hormign es vlido tambin para la de

excavacin. En el caso de la gunita intervienen otros factores que requieren otro

planteamiento, tal como se ver en su momento.

Figura 4.9 Histograma y distribucin normal de secciones de hormign


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Figura 4.10 Fiabilidad de la medicin en funcin del espaciado entre perfiles

4.3.2 Excavacin

La seccin analizada ha sido la de avance, de forma semicircular y con radios de

excavacin y abono distintos para las diferentes secciones tipo (vase tabla 1). Los

resultados se han agrupado segn dichas secciones tipo denominadas A, B y C, a las

que correspondan diferentes calidades del macizo rocoso, de acuerdo con los siguientes

intervalos de valores del ndice RMR de Bieniawski:

A: 65 < RMR

B: 50 < RMR < 65

C: 35 < RMR < 50

Los tramos con valores inferiores (secciones tipo D) no se han tenido en cuenta, ya que

al tener que colocar cuadros metlicos al frente en cada avance, hubo que tomar los

perfiles una vez puestos aquellos, cuando la seccin de excavacin ya estaba oculta.


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La longitud total de los tramos de cada seccin tipo analizada, as como el nmero deperfiles correspondientes fueron:

Longitud (m) N PerfilesA 244 124B 216 112C 140 63

La distribucin normal de los valores de las reas se representan en la figura 4.11,

pudiendo apreciarse cmo efectivamente, para peor calidad del macizo rocoso ladistribucin se desplaza hacia la derecha, en el sentido de las reas crecientes.

Figura 4.11 Distribuciones de las secciones A, B y C de excavacin

En la tabla 4.2 se muestran sus valores ms representativos, as como la medicin y elerror mximo esperable con un 95% de probabilidades de acertar, que resultan de

multiplicar la longitud de cada tramo por el valor medio del rea de la seccin y el nivel de

confianza respectivamente.


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Tabla 4.2 Valores de las distribuciones normales de las secciones de excavacin

Error mximo (95%)Valormedio

(m)

N.Confianza

(m2)

Longitud(m)

Medicin(m3) (m3) %

A 66.85 0.4 244 16311 98 0.60B 68.08 0.42 216 14705 91 0.62C 70.75 0.83 140 9905 116 1.17

Ya que las lneas de abono se definen incrementando el radio de excavacin en una

longitud determinada, para poder comparar aquellas con los valores medios de las reas

de los perfiles se ha calculado para stos un radio equivalente, que sera el que tendra

un semicrculo de igual seccin.

En la tabla 4.3 se muestran los resultados, que ponen de manifiesto la idea generalmente

admitida de la escasez de las lneas de abono.

Tabla 4.3 Secciones de excavacin tericas, de abono y reales.

Valores terico Valores abono Valores reales

R

excavacinSeccin (m2) R abono

Seccin

(m2)

R

equivalente

Seccin

(m2)

A 6.17 59.80 6.24 61.16 6.52 66.85

B 6.22 60.77 6.31 62.54 6.58 68.08

C 6.27 61.75 6.39 64.14 6.71 70.75

Veamos a continuacin el tiempo total invertido en desescombrar el exceso de materialexcavado respecto al de abono. En la tabla 4.4 se calcula estos excesos que, junto con

los rendimientos de carga y transporte, dan los tiempos empleados en la operacin.

Obsrvese que los rendimientos bajan al hacerlo la calidad del terreno; esto se debe a

que en los tiempos de desescombro est incluido gran parte del saneo.


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Tabla 4.4 Tiempo de desescombro por sobreexcavacinAbono Real

Longitud(m) Seccin

(m2)Medicin

(m3)Seccin

(m2)Medicin

(m3)

Exceso

(m3)

Rendimiento

(m3/h)

Tiempo

(h)

A 244 61.16 14923 66.85 16311 1388 61.34 23B 21 62.54 13509 68.08 14705 1197 60.05 20C 140 64.14 880 70.75 9905 925 49.7 19

Total = 61

Se comprueba que al final de la ejecucin del tramo se hubieran invertido 61 h en cargar

y transportar un volumen de excavacin que no sera cobrado, lo que pone de relieveque, en el trabajo cclico de un tnel, incrementos aparentemente despreciables en

alguna de las fases del ciclo, terminan teniendo relevancia.

4.3.3 Hormign proyectado

A las cuatro secciones tipo de sostenimiento colocadas A, B, C y D les correspondan

unos espesores tericos de gunita de 5, 10, 15 y 20 cm respectivamente. Los datos setomaron durante la fase de avance, por lo que las dimensiones de las secciones tericas

son las mismas que las del apartado anterior.

En primer lugar se va comparar la medicin terica, la obtenida segn perfiles y el

volumen realmente proyectado. Estas tres cantidades se han obtenido de la forma

siguiente:

a) Medicin terica, resultante de multiplicar el permetro de la seccin terica por

el espesor de la capa, segn la expresin:

Mt = Pt 2

1++ eieili


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Siendo:

Pt = media de los permetros de las secciones de excavacin y de sostenimiento tericas.

ei = espesor correspondiente, obtenido por interpolacin lineal de los valores medidos en

los extremos del intervalo en el que se encuentra el perfil.

li = separacin entre los perfiles i e i+1

b) Medicin segn perfiles, obtenida de forma anloga a la anterior, pero utilizando

ahora los permetros de los perfiles tomados, segn la expresin:

Mp = 2

11 +++ eiPieiPili

Siendo:

Pi = media de los permetros de las secciones de excavacin y sostenimiento del perfil i.

c) Volumen de hormign realmente proyectado, Vr, contabilizado en el tajo

Para estimar los espesores reales a lo largo del tramo se han ejecutado taladros en la

capa de gunita en 102 secciones, realizando 3 medidas (2 en hastiales y 1 enclave) en

cada una de ellas, siendo el espaciado entre secciones del orden de 6 m. El espesor de

hormign proyectado asignado al pk correspondiente ha sido la media de los tres valores

obtenidos.

Los perfiles, como ya se ha dicho anteriormente, se tomaron cada dos metros.

El resultado del muestro es el de la tabla 4.5.


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Tabla 4.5 Valores de las distribuciones normales de espesores y permetrosEspesores Permetros

Longitud Media(m)

Desv.Est. (m)

n Media (m)Desv.

Est. (m)n

A 244 0.054 0.023 30 20.81 0.44 121B 216 0.073 0.026 32 21.08 0.52 108C 140 0.107 0.023 21 21.61 1.03 69D 100 0.298 0.066 16 20.36 0.26 50

Las mediciones obtenidas, agrupadas por secciones tipo, se muestran en la tabla 4.6, en

la que pude observarse que el volumen de hormign necesario para conseguir unespesor determinado es muy superior al terico.

Tabla 4.6 Mediciones terica, segn perfiles y de volumen realmente proyectado

Mt (m3) Mp (m3) Vr (m3) Vr/MtA 263 283 421 1.60B 333 362 549 1.65C 294 326 563 1.91D 570 595 1066 1.87

Este exceso tiene las siguientes causas:

* Rechazo. La medida del rechazo durante la ejecucin de la obra es difcil de

realizar ya que interfiere de forma notable en el desarrollo de los trabajos, por lo

que, para fijar el valor de esta variable, se ha recurrido a datos bibliogrficos,

asignndole un 15% por tratarse de va hmeda de flujo denso.

* El rea de la superficie real a gunitar es mayor que la terica. Al sustituir lassecciones tericas por los perfiles tomados realizamos una aproximacin a la

superficie real que vendr reflejada en medicin por la diferencia Mp-Mt, sin

embargo, esta aproximacin no recoge las irregularidades de la superficie debidas

a las juntas y discontinuidades del terreno, que suponen un incremento importante

de la superficie a gunitar. En la figura 4.12 se represente de forma esquemtica

este hecho.


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Segn este esquema, se podra dividir el incremento de superficie en dos niveles: eldebido al incremento de permetro por la diferencia de forma y dimensiones entre las

secciones real y terica (el medio mediante la toma de perfiles), y el resultante de las

irregularidades de la superficie. Considerando por separado los excesos debidos a estas

dos causas, el reparto del volumen de hormign realmente proyectado sera el que se

muestra en la figura 4.13.

La superficie debida a irregularidades aumentar al disminuir el espaciado entre juntas,

por lo que la cantidad de gunita absorbida por esta causa debera estar inversamente

relacionada con la calidad del terreno. En nuestro caso esta tendencia se confirma tal

como se muestra en la tabla 4.7, en la que aparecen la distribucin en porcentaje sobre

el total proyectado.

Figura 4.12 Esquema de los incrementos de superficie a gunitar


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Figura 4.13 Reparto del hormign proyectado

Tabla 4.7 Distribucin del exceso debido a incremento de superficie a gunitar

EXCESO POR INCREMENTO DESUPERFICIE

Por incrementopermetro

Porirregularidades

A 5 % 18 %B 5 % 19 %C 6 % 27 %

D 2 % 29 %

El incremento de superficie debido a esta causa no puede medirse directamente pero, si

puede deducirse del balance de hormign realmente proyectado un coeficiente que la

caracterice para cada tipo de terreno, ya que el resto de las variables que intervienen si

son medibles o estimables a travs de un muestreo.

En efecto, al gunitar un tramo de tnel deber cumplirse:

Vr = Mr + R = Sr e + R

Siendo:

Vr = Volumen de hormign realmente proyectado

Mr = Medicin de gunita realmente colocada

R = Volumen de rechazo


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SR = superficie real a gunitare = espesor medio en el tramo.

O bien:

Vr = St Ks e + Kr Vr (1)

St = superficie terica a gunitar

Ks = relacin entre superficies real y terica

Kr = relacin entre el volumen rechazado y el proyectado

Si hacemos:

Ks = Ksp Ksi

Ksp = relacin entre la superficie segn perfiles y la terica (Sp/St)

Lsi = relacin entre la superficie real y la superficie segn perfiles (Sr/Sp)

Sustituyendo en (1) y despejando Ksi, queda:

Ksi =Mp

KrVr

eSp

KrVr

KspeSt

KrVr )1()1()1( =

=

Y la medicin real sera:

Mr = Ksi Mp

Hacemos aqu un comentario que, aunque se sale de los objetivos de este trabajo,

pensamos que puede tener cierta relacin: este fenmeno de imbricacin del hormign

proyectado con el terreno a travs del relleno de irregularidades, que justificara una

parte importante del exceso de medicin, probablemente est directamente relacionado

con el hecho generalmente admitido que la gunita suele funcionar mejor de la esperable


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al concebirla como una capa regular de hormign que soporta unos esfuerzos normales:una observacin, que es hecha comnmente por constructores con aos de experiencia

en el uso de hormign proyectado en obras subterrneas, es que casi siempre funciona

mejor de la previsto. Hay muchos ejemplos (muy pocos de ellos documentados) en los

que el hormign proyectado ha sido utilizado como ltimo recurso en un esfuerzo por

estabilizar la roca descomprimida en el entorno del tnel y, para sorpresa de casi todos,

ha trabajado. (Hoek 1995).

5. CONTROL GEOTCNICO

Estos dos tipo de control van ntimamente unidos, siendo necesario un contraste

constante de los datos y conclusiones obtenidos a partir de cada uno de ellos.

El control geotcnico y la auscultacin tienen especial importancia en tneles ejecutados

por el Nuevo Mtodo Austriaco, en cuyo proyecto existen varias secciones tipo de

sostenimiento, emplendose cada una de ellas en una clase de terreno determinada(control geotcnico) y se deja abierta la posibilidad de su modificacin en funcin de su

comportamiento (auscultacin), con objeto de optimizaras

La aplicacin de cada seccin tipo a la clase de terreno correspondiente se hace a travs

de alguna clasificacin geomecnica.

La que mejor se adapta a esta labores y ms ampliamente utilizada es la de Bieniawski,

asignando a cada seccin un intervalo de valores de RMR. Aunque el ndice Q de Barton

permite la aplicacin directa de los tipos de sostenimiento, es poco habitual su empleo en

la experiencia tradicional de construccin de tneles en Espaa.

Para la evaluacin de la calidad del terreno segn avanza el tnel se hace necesario un

seguimiento geotcnico continuo, teniendo que calificar el terreno en cada avance. En la

figura 5.1 y 5.2 se muestra un estadillo para el levantamiento sistemtico del frente en el

avance.


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Figura 5.1 Levantamiento de frente

Como puede verse, deben incluirse dentro de la ficha los siguientes datos:


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Representacin esquemtica de la estratificacin, las juntas principales y ladistribucin de las diferentes litologas.

Rumbos y buzamientos de principales discontinuidades.

Parmetros de la clasificacin geomecnica utilizada para valorar la calidad del

macizo, normalmente, la de Bieniawski.

- Resistencia a la compresin del litotipo ms representativo.

- RQD

- Espaciado de las discontinuidades.

- Rugosidad y apertura o relleno de las juntas.

- Presencia de agua

En este punto, cabe preguntarse en que medida influye en la determinacin del RMR, y

en consecuencia, en la asignacin del sostenimiento tipo, una de las objeciones que se le

ponen a las clasificaciones geomecnicas: su subjetividad.

La experiencia demuestra que, personas con la adecuada formacin llegan a resultados

muy parecidos, y dado el grado precisin que se exige (cada seccin tipo suele asignarse

a un intervalo de valores de 20 puntos) el factor subjetividad no suele ser relevante.

Lo que s constituye un problema de cara a la caracterizacin, y dada la heterogeneidad

en la naturaleza del terreno y fracturacin que puede tenerse en el frente de avance, es

el criterio a adoptar para asignar un valor medio del RMR representativo de toda la

extensin del frente. Esta es la mayor base de discrepancias entre los dos tcnicos que

habitualmente realizan esta funcin (un gelogo o ingeniero gelogo, tanto por parte dela constructora como por parte de la asistencia). Para evitar discrepancias que puedan

incluso obligar a la paralizacin de los trabajos, la mejor solucin es que el levantamiento

y asignacin de calidades sea realizado en conjunto por ambas partes.

La figura 5.2 muestra las calificaciones dadas a los sucesivos frentes de un tramo de

tnel, elegido al azar, por dos personas distintas, de forma independientemente,

pudiendo observarse que, aunque la subjetividad se manifiesta en un mayor


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conservadurismo de los valores correspondientes a la lnea discontinua, excepto en tresfrentes, si hubiese asignado el mismo sostenimiento en ambos casos.

Figura 5.2. Comprobacin de calificaciones de frentes

Con la informacin recogida en estos levantamientos de frente debe confeccionarse un

perfil longitudinal del tnel en el que se vayan registrando los datos de los terrenos

atravesados, prestando especial atencin a aquellos que ms afecten a la estabilidad, en

cada caso concreto.

La figura 5.3 muestra un ejemplo de este tipo de registro; las cartografas de clave y el

perfil representan las proyecciones en planta y alzado de las intersecciones de las juntascon la superficie del tnel y el plano vertical que contiene al eje, respectivamente. Estas

representaciones muestran la tendencia y evolucin con el avance de las

discontinuidades y sirven para conocer la estructura del macizo rocoso en el entrono del

tnel y a excavado y estimar lo que se va a encontrar en los siguientes avances.


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Figura 5.3. Perfil geotcnico longitudinal

En macizos rocosos poco fracturados, constituidos por rocas cuya resistencia es alta

respecto a las tensiones generadas por la excavacin, no se produce la plastificacin de

la matriz rocosa y los desplazamientos son despreciables. En estas circunstancias,

frecuentes en obra civil por excavarse los tneles a poca profundidad, el problema se

reduce a controlar la estabilidad de cuas y bloques que pueden caer o deslizar por

gravedad, por lo tanto, el conocimiento de la forma, situacin y dimensiones de estos

cuerpos, as como las caractersticas resistentes de las juntas, es fundamental.

Actualmente existen en el mercado programas informticos que pueden ser una

herramienta til en este sentido, permitiendo llevar a cabo un seguimiento continuo de los

posibles tipos de inestabilidad, determinando el coeficiente de seguridad obtenido al

aplicar el sostenimiento correspondiente, como puede verse en la figura 5.4. En el perfil

longitudinal de la figura se reflejan estos resultados unto a la proyeccin estereogrfica

para la cua ms desfavorable.


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Figura 5.4. Anlisis de la estabilidad de cuas

En caso de macizos rgidos pero con fracturas abiertas y/o rellenas de milonitos, como esel caso de los granitos, el riesgo de cada de cuas puede obligar a limitar la longitud de

pase, y por tanto puede ser obligado disponer en las oficinas de la asistencia de un

programa especfico para la determinacin del riesgo de cada de cuas, realizndose

esta comprobacin de forma sistemtica junto con el levantamiento del frente.

Unicamente debe aadirse que en el programa de cuas se considera la continuidad y

persistencia de las mismas, as como que no existe confinamiento por efecto del cierre

de la seccin, con lo que normalmente los resultados del mismo quedan del lado de laseguridad.

6. AUSCULTACIN

La descripcin de los equipos de auscultacin se ha desarrollado en el tema XIV, y los

que normalmente se colocan seran los que se resumen en la figura 6.1.


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Figura 6.1. Seccin de auscultacin

Los objetivos de la auscultacin se pueden plantear a dos niveles: como parte del

proceso de diseo y como control de la estabilidad de la excavacin.

En el primero de ellos el fin sera la optimizacin del sostenimiento ajustando el modelo

utilizado en los clculos a partir de los datos medidos acerca del comportamiento

tensodeformacional real de la excavacin, que est definido por la deformacin de la

seccin, las tensiones radial y tangencial en el sostenimiento y las deformaciones del

terreno en el entrono de la excavacin. stas son las variables que se miden en la

seccin de auscultacin completa como la que se ha representado en la figura 6.1.


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Foto 6.1. Instalacin de clulas de presin para medida de tensiones radial y tangencial

El coste de extensmetros y clulas de presin es relativamente elevado (no respecto a

los costes de ejecucin del tnel, pero s respecto a los de convergencia), por lo que ellugar y el momento de su instalacin debe ser cuidadosamente elegido, de forma que el

retroanlisis realizado a partir de los datos que aportan suponga un ahorro significativo

en el sostenimiento.

En la prctica, las labores sistemticas de auscultacin se reducen a la medida de

convergencias y van encaminadas a comprobar que con el sostenimiento colocado se

consigue la estabilidad del hueco. Si es as, puede plantearse la posibilidad de rebajarlo

en el futuro, en terrenos de iguales caractersticas; si no, habr que reforzarlo.

Antes de comenzar la obra debe establecerse un plan de auscultacin (/el de proyecto, si

se considera que no necesita ninguna modificacin) en el que se defina el espaciamiento

inicial de secciones de medida de convergencias, la frecuencia de lecturas en funcin de

los resultados obtenidos y los criterios de actuacin a la vista de dichos resultados.

En cuanto a la planificacin del espaciamiento, teniendo en cuenta que la medida de

convergencias es una operacin barata que apenas interfiere en las labores de ejecucin


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y el grado de incertidumbre que siempre existe respecto al comportamiento de laexcavacin, lo ms razonable es partir de una postura conservadora comenzando con

intervalos cerrados que podrn ampliarse si las lecturas confirman que en terrenos de

calidad similar, el comportamiento de las secciones es anlogo y est dentro de lo

admisible en cuanto a magnitud y velocidad de la deformacin y tiempo de estabilizacin.

Una cifra de partida orientativa puede ser cada 15 m en zona de influencia de boquillas y

cada 50 m en el resto.

Datos a registrar deben ser: calidad del terreno, recubrimiento, sostenimiento colocado, y

tiempo transcurrido entre cada una de las lecturas y la inicial, as como la distancia a la

que se encuentra el frente en el momento en que se mide. Ya que la convergencia es

funcin de la distancia al frente y del tiempo deben realizarse grficas en las que se

refleje la relacin entre estas dos variables, as como entre la convergencia y cada una

de ellas, figura 6.2.

La convergencia de una seccin crece rpidamente cuando el frente se aleja, por lo

tanto, la primera lectura deber tomarse lo antes posible, tomndose como lmite 24

horas desde el momento del paso del frente por ella. Las lecturas debern ser diarias

durante el tiempo en que la seccin est afectada por el efecto frente y a partir de aqu, el

criterio depender de la velocidad de deformacin.

Como ejemplo de criterio inicial para tneles en roca, puede tomarse el siguiente:

1. Lecturas diarias siempre que la di

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