Ingeniera de Diseo 2012 Investigacin para el diseo de obras subterrneas

Dentro de las obras de ingeniera de un proyecto, las obras subterrneas presentan una

incertidumbre especial, ya que el conocimiento de las condiciones del sitio donde se

desarrollarn es parcial. Por esta caracterstica, no existe una certeza absoluta en las

propiedades de los materiales (suelo o rocas) donde se construirn las obras, lo cual a su

vez provoca dificultades en la estimacin de los costos y tiempos del proceso

constructivo.

Para un proyecto hidroelctrico, el xito en la construccin del tnel de conduccin es

esencial, por eso con antelacin se debe tener un conocimiento adecuado de la zona

donde se desarrollar la obra. La parte inicial del proceso consiste en la planificacin de la

investigacin, lo cual incluye perforaciones, geofsica, cartografiado geolgico de

superficie, caracterizacin del macizo rocoso, ensayos geotcnicos, todo ello para generar

un modelo geolgico y geotcnico que permita disear la obra acorde a las variables del

medio.

La etapa de investigacin del tnel de conduccin del PHED contempl la realizacin de

10 perforaciones a lo largo del alineamiento del tnel (11 km de longitud), separadas en

promedio 1 km cada una. La profundidad de las perforaciones vari segn la necesidad

en cada caso de alcanzar la profundidad del tnel de conduccin. Las perforaciones

brindan informacin de la estratigrafa del rea, fallas geolgicas, hidrogeologa

(acuferos, nivel fretico, permeabilidad), adems de los resultados obtenidos de las

pruebas geotcnicas que se le realicen a las muestras (ncleos) recuperadas en la

perforacin. Asimismo, los estudios geofsicos (ssmica y sondeos elctricos verticales),

permiten definir estructuras como fallas geolgicas, estratigrafa y propiedades

hidrogeolgicas a lo largo de la lnea de tnel.

El modelo geolgico contiene la interpretacin de las estructuras geolgicas que se van a

encontrar a lo largo del tnel en los diferentes escenarios de cobertura y zonas

problemticas, es un insumo para el modelado geotcnico y por ende, el diseo de la

obra.

Ingeniera de Diseo 2012 El modelado geotcnico consiste en caracterizar el macizo rocoso en cuanto a sus

propiedades de resistencia y deformacin, permite realizar los anlisis de esfuerzos y

deformaciones, cuyos resultados son a su vez los datos de entrada principales para el

diseo tanto geotcnico como estructural del tnel.

El diseo geotcnico permite estimar la cantidad y calidad del soporte temporal requerido,

la cantidad de agua que se deber evacuar durante la excavacin, los tiempos de

colocacin del soporte que facilitan un proceso de excavacin seguro, as como hacer una

estimacin de las presiones que ejercer el macizo rocoso sobre la excavacin a largo

plazo, y a su vez realizar el diseo estructural del revestimiento definitivo.

Para efectos de la construccin de obras en general, es vital un diseo ya que ayuda a

que la planificacin sea ms detallada, haya mayor prevencin de problemas

constructivos y con ello generar un ambiente seguro para el personal que labora.

Una de las principales estructuras geolgicas que requieren ms detalle y una

investigacin exhaustiva son las zonas de fallas. Una falla geolgica es una superficie o

zona en la corteza terrestre a lo largo de la cual un lado o bloque se ha movido en

relacin con el otro en el plano de ruptura. El rea de deformacin (roca triturada,

cizallada y fracturada) que genera una falla es variable y depende en gran parte de la

extensin de la misma. En fin, en el contexto de diseo y construccin de obras, la roca

existente en zonas de falla, presenta caractersticas geomecnicas de menor calidad que

requieren soportes y mtodos de excavacin especiales.

La galera de investigacin en Colinas, una exploracin de la Falla Chnguena

A lo largo del alineamiento del tnel de conduccin, se identificaron varias fallas que lo

atraviesan de manera transversal, entre ellas la Falla Chnguena y la Falla Trraba.

Caracterizar de manera ms precisa las propiedades geolgicas y geotcnicas del

material y la respuesta del macizo bajo un escenario de excavacin resulta una necesidad

en los diseos de la obra. Es por ello que se busca un sitio que rena las condiciones

Ingeniera de Diseo 2012 para obtener la informacin, concluyendo que el sector de Colinas de Buenos Aires era

apto, puesto que se ubica en el trazo de la Falla Chnguena, hay facilidad de accesos y

disponibilidad de servicios bsicos que facilitaran la realizacin de una galera

exploratoria, a la cual se ingresara por una ventana de acceso.

Debido a los altos costos que implica excavar una obra subterrnea, al definir la longitud y

caractersticas de esta ventana de acceso, se busc optimizar un diseo de tal manera

que contemplara la menor longitud con la menor pendiente posible de acuerdo con la

topografa del rea. La ventana de acceso tiene una longitud aproximada de 660 m, con

una inclinacin descendente de 13%, la seccin transversal de la excavacin cuya forma

es de tipo bal, de 6 m de altura y 6 m de ancho.

Para desarrollar esta exploracin, la Secretara Tcnica Nacional Ambiental otorg un

permiso especfico para construir la ventana de acceso, necesaria para acceder a la zona

de falla, adems de un permiso para construir la galera para la investigacin de los 1000

metros de la falla Chnguena en tramo de la lnea de tnel.

Desde el inicio de esta investigacin subterrnea, personal de casi todas las reas del PH

El Diqus han laborado como equipo, ya que una obra de esta complejidad requiere del

apoyo tcnico de diversas reas.

La recoleccin de informacin geolgica y geotcnica la realizan dos cuadrillas, una por

cada rea. En el rea de geologa se cuenta con una cuadrilla encargada de describir el

frente de excavacin a diario (topes), clasificar el tipo de roca y el estado del macizo,

medir fracturas, buzamiento de la roca, planos de falla y monitorear el agua subterrnea

(caudal de salida, olor, color) en la ventana de acceso. Toda la informacin se integra y se

interpreta para establecer parmetros reales del macizo en zonas de falla o de baja

calidad.

En geotecnia, la cuadrilla realiza labores de monitoreo de las deformaciones de la

excavacin (medicin de convergencias) las cuales permiten observar el comportamiento

diario de la excavacin y su grado de deformacin a travs del tiempo. Este monitoreo es

fundamental en toda obra subterrnea, ya que la informacin obtenida permite realizar

Ingeniera de Diseo 2012 recomendaciones sobre los tipos de soporte que se deben utilizar, buscando siempre

mantener la estabilidad de la excavacin y la seguridad del personal. Otra labor realizada

por parte de la cuadrilla de geotecnia es la recuperacin de muestras de roca, las cuales

son sometidas a diferentes ensayos (de campo y de laboratorio) para determinar su

resistencia. Adems, la investigacin geotcnica contempla la realizacin de ensayos de

placa rgida mediante los cuales se determina el comportamiento de las deformaciones

del macizo rocoso ante diferentes presiones. Estos ensayos se realizan por medio de

gatas hidrulicas y medidores de deformacin en nichos o gavetas excavadas en las

paredes de la excavacin.

Para la construccin de esta obra, el personal con que se cuenta es de 10 tuneleros, de

los cuales la mayora posee ms de una dcada de experiencia. En su labor, tienen la

colaboracin de los auxiliares y peones provenientes de la zona, quienes con el proceso

de capacitacin que reciben, varios tienen proyeccin de convertirse en futuros tuneleros.

Actualmente la obra cuenta con cuatro cuadrillas de construccin que estn distribuidas

con las siguientes funciones: dos cuadrillas encomendadas a la excavacin; una de patio,

que es la encargada de la logstica de los materiales y requerimientos de la excavacin; y

una con rol cambiado o de horario inverso, que trabaja cuando el personal bisemanal est

de salida larga. La cuadrilla de rol cambiado tiene la tarea de colocar concreto en el piso y

de hacer la perforacin al avance, esta perforacin consiste en una prospeccin previa

al avance en la ventana o galera, para determinar las condiciones del macizo en el tramo

prximo a excavar as como obtener datos hidrogeolgicos como barreras, caudales y

presiones de agua. Estas perforaciones poseen entre 30 m y 40 m de longitud y

mantienen la misma direccin de la excavacin. Esta prctica es una norma de seguridad

que aplica en todas las obras subterrneas que el ICE desarrolla.

En setiembre del 2011, se inici la excavacin del portal, y casi dos meses despus, el 1

de noviembre del mismo ao se efectu el avance del primer metro de excavacin en la

ventana de acceso, esta se ubica entre 200 m y 250 m de la zona de falla, a pesar de no

estar ubicada en la zona de falla propiamente, se ha observado que la zona de afectacin

ha disminuido la calidad del macizo, dando lugar a zonas de cizalla, sectores con una

Ingeniera de Diseo 2012 relacin de fracturacin alta que aunado a la litologa (areniscas finas y lutitas), hace que

las condiciones constructivas sean difciles. Ante este escenario el proceso de excavacin

ha sido principalmente mecanizado y no mediante el uso de explosivos, lo cual se refleja

en un avance menor a lo planeado por el rea de construccin.

Aparte de la condicin y del tipo de material presente, un elemento que agrega ms

complejidad a una obra subterrnea es el agua. Hasta el momento la cantidad ha sido

poca y fcilmente manejable; no obstante, desde ya se estn tomando las medidas para

cuando haya que enfrentarse a un mayor volumen de agua. Para ello, aproximadamente

cada 120 m de la ventana se construye un nicho de bombeo. Estos nichos de bombeo

funcionaran sincronizados en serie, donde un nicho enviara el agua al siguiente y as

sucesivamente hasta sacar el agua a la superficie.

Esta ventana de acceso y la galera de exploracin son de las obras de exploracin ms

importantes en la actualidad del Proyecto Hidroelctrico El Diqus.