Manual Subterra Seguimiento Obras Subterraneas D&B_v03.pdf

METODOLOGA DE SEGUIMIENTO DE OBRAS

SUBTERRANEAS

MTODOS CONVENCIONALES DRILL&BLAST

PROCEDIMIENTO DE TRABAJO

SUBTERRA Ingeniera SL

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Fecha: Cdigo: Revisin: Realizado: Supervisado:

18/06/2013

02

JMG/SVM

JMG


METODOLOGA DE SEGUIMIENTO DE OBRAS SUBTERRANEAS

MTODOS CONVENCIONALES - DRILL&BLAST

NDICE DE CONTENIDOS

1. INTRODUCCIN ......................................................................................................................................... 8

2. ORGANIZACIN DEL EQUIPO DE CONTROL DE OBRAS SUBTERRNEAS ............................... 10

3. TRABAJOS PREVIOS .............................................................................................................................. 13

3.1. ESTUDIO Y ANLISIS DEL PROYECTO .............................................................................................. 13

3.2. CONTROL GEOMTRICO Y TOPOGRFICO .................................................................................... 13

4. CONTROL GEOTCNICO ....................................................................................................................... 15

4.1. CONTROL DE LA CONSTRUCCIN DE LOS PORTALES ............................................................... 15

4.1.1. Control de la excavacin de los taludes ............................................................................................. 15

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

4.1.3. Inicio de la excavacin .......................................................................................................................... 18

4.2. CONTROL GEOTCNICO DE LOS FRENTES .................................................................................... 19

4.3. CONTROL DE LA EXCAVACIN ........................................................................................................... 21

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

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

4.4. MAPEO ESTRUCTURAL DE EXCAVACIONES SUBTERRNEAS ................................................. 24

4.5. CONTROL DE FENMENOS TENSIONALES ..................................................................................... 30

5. CONTROL DEL SOSTENIMIENTO ......................................................................................................... 32

5.1. PERNOS ..................................................................................................................................................... 34

5.1.1. Colocacin de los pernos ..................................................................................................................... 34

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

5.1.3. Comprobacin de la resistencia de anclaje ....................................................................................... 35

5.2. HORMIGN PROYECTADO O SHOTCRETE ..................................................................................... 35

5.2.1. Puesta a punto de la dosificacin ........................................................................................................ 35

5.2.2. Resistencia del hormign proyectado en obra .................................................................................. 39

5.2.3. Espesores del hormign proyectado .................................................................................................. 40


5.2.4. Deformabilidad del hormign proyectado .......................................................................................... 40

5.2.4.1. Determinacin del contenido y caractersticas de las fibras de acero ..................................................... 41

5.2.4.2. Determinacin de la absorcin de energa ................................................................................................... 41

5.2.5. Contenido en humo de slice ................................................................................................................ 43

5.2.6. Control de los aditivos para mejorar las condiciones de proyeccin ............................................. 43

5.3. MARCOS .................................................................................................................................................... 43

5.3.1. Interaccin 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

6. CONTROL DE LA AUSCULTACIN ...................................................................................................... 45

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

6.1.1. Auscultacin ........................................................................................................................................... 45

6.1.2. Inclinmetros .......................................................................................................................................... 47

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

6.2.1. Convergencia ......................................................................................................................................... 49

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

6.2.3. Extensmetros ....................................................................................................................................... 55

6.2.4. Piezmetros ............................................................................................................................................ 58

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

6.3.1. Clulas de presin total ........................................................................................................................ 59

6.3.2. Extensmetros ......................................................................................................................................... 61

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

6.4. METODOLOGA DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE AUSCULTACIN ........................... 64

6.5. ESQUEMA PREVIO DE AUSCULTACIN ........................................................................................... 65

7. CONTROL DE ACABADOS .................................................................................................................... 66

7.1. CONTROL DE LA COLOCACIN DE LA IMPERMEABILIZACIN .................................................. 66

7.2. CONTROL DEL REVESTIMIENTO ........................................................................................................ 66

8. ACTUACIONES ESPECIALES ................................................................................................................ 68

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

8.2. PASO DE CAVIDADES ............................................................................................................................ 70

9. CONTROL DE CICLO DE AVANCE ....................................................................................................... 72


10. ELABORACIN DE INFORMES ............................................................................................................. 76

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

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

11. COMPARACIN ENTRE LAS PREVISIONES DEL PROYECTO Y LA REALIDAD ......................... 78


NDICE DE TABLAS Y FIGURAS

Figura 2.a.- Organigrama de la organizacin del equipo de control de obras subterrneas. .................... 12

Figura 4.1.1.a.- Ficha de mapeo de taludes. ..................................................................................................... 16

Fotografa 4.1.2.a.- Construccin de un paraguas doble pesado, y su correspondiente viga de atado. . 17

Fotografa 4.1.3.a.- Daos producidos por una voladura poco cuidadosa, en la viga de atado de un

emboquille. ............................................................................................................................................................. 18

Figura 4.2.a.- Caracterizacin geolgica-geotcnica de un frente de excavacin. ..................................... 20

Figura 4.3.1.a.- Seccin topogrfica de sobre-excavacin. ............................................................................ 21

Figura 4.3.1.b.- Ficha de control de la excavacin. .......................................................................................... 22

Fotografa 4.3.2.a.- Vista de dos equipos para medir las vibraciones, colocados en un nicho prximo

al frente de excavacin. ........................................................................................................................................ 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. - Dosificacin para un shotcrete. ................................................................................................. 37

Figura 5.2.1.a. Dosificacin de la granulometra de los ridos. .................................................................. 37

Figura 5.2.2.a.- Resultados de la determinacin de la resistencia a compresin simple en un hormign

proyectado. ............................................................................................................................................................. 39

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

absorbida. ............................................................................................................................................................... 42

Figura 6.1.1.a Ficha de monitorio de taludes. ................................................................................................ 46

Figura 6.1.2.a.- Registro de desplazamientos acumulados. Inclinmetro. ................................................... 48

Figura 6.2.1.a. - Esquema de la cinta extensomtrica. .................................................................................... 50

Figura 6.2.1.b.- Salida grfica para el archivo de convergencias. ................................................................. 52

Figura 6.2.2.a. Ficha control de nivelacin de la clave. ................................................................................ 54

Figura 6.2.3.a. - Sistemas de anclaje. ................................................................................................................ 56

Figura 6.2.3.b. - Comparador mecnico. ........................................................................................................... 56

Figura 6.2.3.c. - Sensor de desplazamiento de cuerda vibrante. ................................................................... 57

Figura 6.2.3.d.- Curvas de deformacin y desplazamientos en un extensmetro....................................... 57

Figura 6.2.4.a. Salida de un piezmetro. ........................................................................................................ 58

Fotografa 6.3.1.a.- Aspecto de dos clulas de presin total instaladas en el hormign proyectado,

radial y tangencialmente. ...................................................................................................................................... 59


Figura 6.3.1.b.- Esquema de colocacin de una seccin instrumentada con clulas de presin total. ... 60

Figura 6.3.1.c.- Curva variacin de presin - tiempo. Clula de presin total.............................................. 61

Figura 6.3.2.a.- Esquema de colocacin un extensmetro. ............................................................................. 62

Figura 6.3.2.b.- Extensmetros colocados antes del hormigonado. ............................................................... 62

Fotografa 6.3.3.a.- Clulas toroidales para la medida de cargas en anclajes. ........................................... 63

Figura 8.1.a.- Medidas previstas ante hundimientos por delante del frente de excavacin. ..................... 69

Figura 8.2.a.- Medidas previstas ante cavidades que afecten a la bveda del tnel. ................................. 71

Figura 8.2.b.- Medidas previstas ante cavidades que afecten a la solera del tnel. ................................... 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.- Comparacin entre el proyecto y la obra durante la construccin de un tnel. .................... 79

Figura 11.b.- Salida tpica del programa FLAC V.6.0. ..................................................................................... 81

Figura 11.c.- Salida grfica de desplazamientos del terreno. FLAC 3D V 5.0. ............................................ 82

Figura 11.d.- Salida tpica del Programa Examine 2D V 7.2. ......................................................................... 83

Figura 11.e.- Salida del Programa Examine 3D V 4.0. .................................................................................... 84

Figura 11.f.- Salida tpica del programa PHASE2 V 8.0. ................................................................................. 85

Figura 11.g.- Salida tpica del programa UNWEDGE. ..................................................................................... 85

Tabla 1.I.- Criterios de valoracin de la clasificacin de Bieniawski (2003). ................................................ 90

Tabla 1.II.- Criterios de valoracin de la clasificacin de Barton. Sistema Q. .............................................. 91


ANEXOS

ANEXO I.- CLASIFICACIN GEOMECNICA Y CARACTERIZACIN GLOBAL DEL MACIZO ROCOSO

ANEXO II.- FICHAS DE SEGUIMIENTO

MANUAL

SUBTERRA INGENIERA, S.L. | Metodologa de Seguimiento de Obras Subterrneas. Mtodos Convencionales Drill&Blast 8

METODOLOGA DE SEGUIMIENTO DE OBRAS SUBTERRANEAS

MTODOS CONVENCIONALES - DRILL&BLAST

1. INTRODUCCIN

El proyecto de una obra subterrnea necesariamente debe ser matizado durante la obra para adaptarse a las

caractersticas reales del terreno; ya que, por muy buena que haya sido la campaa de reconocimientos realizada durante

el proyecto y aunque se hayan empleado mtodos muy precisos de clculo, siempre ser 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 construccin, pueden ser menos exigentes

que las correspondientes a largo plazo, que se darn durante la explotacin. De esto se deduce que algunas decisiones

tomadas durante la construccin pueden ser razonables para resolver problemas a corto plazo, que se hayan planteado al

Contratista durante el da a da de la obra; pero, sin embargo, estas decisiones pueden no ser correctas para garantizar la

presencia de problemas a largo plazo, durante la explotacin final del tnel.

Para optimizar el Proyecto y aproximarlo lo ms posible a la realidad, se hace necesario un seguimiento y control tcnico

durante la construccin que complemente las hiptesis bsicas del Proyecto, y que permita cuando estas difieran de las

reales durante la excavacin, tomar las medidas necesarias para adaptar tanto el sistema de excavacin como los

elementos de sostenimiento, a las necesidades de los terrenos existentes.

Se proceder a la recopilacin de todos los datos existentes relacionados con las obras subterrneas, tanto en el Proyecto

como en el resto de informacin 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 informacin de campo constituye el fundamento sobre el que se elaborarn sus conclusiones y

recomendaciones. Para poder llegar a la solucin ms econmica y segura, entre las distintas posible, es preciso que los

datos obtenidos en el reconocimiento de campo sean correctos y fiables en el ms alto porcentaje posible.

Es fundamental en cualquier proyecto de obra mantener actualizada la informacin permanentemente, por el carcter

dinmico del proyecto se debe asegurar la toma de la mayor informacin posible en cada momento y, almacenar esta de

forma fcil y accesible.

En las obras subterrneas la funcin principal que se desarrolla es la del seguimiento de las excavaciones y la instruccin

del soporte correspondiente a la calidad de la roca y a la seccin del tnel. 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 auscultacin y monitoreo, el control geomtrico y topogrfico, etc

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En los ltimos aos se ha implantado la costumbre de que los constructores de obras civiles integren en su organizacin un

sistema de control de calidad que permita garantizar la correcta ejecucin 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 prctica para

garantizar la calidad de la obra construida.

En cualquier caso es necesario, durante la ejecucin 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 construccin de tneles la metodologa de constaste y control del PAC del Contratista debe tener

unas caractersticas muy especficas y unas actividades mucho ms intensas que en el caso de otras obras a cielo abierto,

debido a las dos circunstancias siguientes:

1. El proyecto de un tnel necesariamente debe ser actualizado durante la obra para adaptarse a las

caractersticas del terreno; ya que, independientemente de la calidad y precisin del proyecto, siempre ser

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 construccin, pueden ser

menos exigentes que las correspondientes al largo plazo, que se darn durante la explotacin. De esto se

deduce que algunas decisiones tomadas durante la construccin pueden ser razonables para resolver problemas

a corto plazo, que se hayan planteado al Contratista durante el da a da de la obra; pero, sin embargo, estas

decisiones pueden no ser correctas para garantizar la presencia de problemas a largo plazo, durante la

explotacin final del tnel.

Por ello durante la fase de proyecto, pero tambin durante la construccin, se deben estimar posible

comportamiento tiempo-dependientes, tales como hinchamiento (swelling) o fluencia (creep).

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2. ORGANIZACIN DEL EQUIPO DE CONTROL DE OBRAS SUBTERRNEAS

En este apartado se presenta de modo sucinto la organizacin del equipo de control de obras subterrneas 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

realizacin de las medidas de control y auscultacin, as como el seguimiento y comprobacin de las mismas.

Para ello el Contratista dispondr de la Unidad de Control Geotcnico, que depender de forma independiente del Jefe de

Obra, a travs del Jefe de Produccin de los tneles.

El concepto tradicional de una asistencia tcnica para el seguimiento y control de la obra se basa en formar un equipo de

tcnicos que, bajo la coordinacin de un Jefe de Unidad, se encargue de controlar y vigilar su ejecucin; emitiendo los

correspondientes informes a la Interventora Fiscal y/o a la Propiedad, sobre la marcha de los trabajos. En el caso de obras

subterrneas, el trabajo de la unidad de asistencia tcnica presenta mayores dificultades que las habituales, debido a que

la construccin de las obras subterrneas posee siempre una mayor incertidumbre que la de las obras de superficie.

En estas condiciones la unidad de asistencia tcnica 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 informacin

fiable y detallada sobre el comportamiento del terreno en los tramos previamente construidos.

Con objeto de hacer ms eficaz el trabajo de la unidad de seguimiento geotcnico para el control de la construccin de los

tneles y, sobre todo, para tratar de adelantarse a los posibles problemas que puedan presentarse y optimizar el proceso

constructivo se propone que esta asistencia tcnica est conformada por dos conceptos:

1. Unidad de supervisin en faena

2. Oficina tcnica de apoyo especializado

A continuacin se describe las labores de ambas unidades.

a) Unidad de supervisin en faena

Esta unidad tiene como objeto realizar un seguimiento geotcnico diario de los tneles para comprobar el trabajo de la

construccin de tneles y para proponer actuaciones concretas con objeto de adelantarse a los posibles problemas

tcnicos que pueda plantear la construccin de tneles.

Para ello diariamente, el responsable de la unidad de supervisin verificar los siguientes aspectos relacionados con el

proceso de construccin de los tneles:

1. Caracterizacin geotcnica de los frentes

2. Evolucin de las medidas de convergencia

3. Datos sobre cuanta y calidad de los elementos del sostenimiento (pull-out test sobre pernos, espesores y

resistencia del shotcrete) que proporcionar el Departamento de Calidad.

4. Incidencias en el proceso constructivo y emisin de informes puntuales.

Adems de ello recabar en su caso, informacin procedente de la Unidad de Topografa al objeto de verificar sobre-

excavaciones y las sub-excavaciones.

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Los geotcnicos en terreno sern los responsables de mapear los frentes de excavacin, valorando el RMR y las

discontinuidades del terreno y, a la vista del mapeo, decidir el soporte a emplear en cada pase de excavacin. Adems

ser el responsable de las conciliaciones, en su caso, con el Mandante y/o la Interventora Fiscal.

Finalmente este equipo enviar peridicamente toda la informacin a las oficinas centrales de SUBTERRA Ingeniera para

alimentar la oficina tcnica y para la elaboracin del informe mensual de seguimiento geotcnico o cualquier otro informe

puntual ligado a incidencias de obra.

b) Oficina tcnica de apoyo especializado e informes mensuales de obra

La informacin de los mapeos de los frentes, de las medidas de convergencia y dems informacin citada anteriormente,

sern enviadas semanalmente a las oficinas centrales de SUBTERRA, donde sern analizadas. En caso de incidencia la

informacin ser enviada a tiempo real, garantizndose un contacto permanente entre la oficina tcnica de apoyo y los

miembros de la Unidad de Supervisin.

As mismo la Oficina Tcnica de Apoyo se encargar de hacer posible la comparacin entre la informacin obtenida en la

obra y la contenida en el Proyecto, y de mantener operativos los equipos y programas informticos que permiten el flujo de

informacin entra la obra y la oficina central.

Por ltimo se efectuarn visitas peridicas a la obra de dos das ntegros de trabajo de un especialista internacional de ms

de 25 aos de experiencia en tneles. A priori no se estima necesaria la realizacin de visitas peridicas y estas sern en

funcin del desarrollo de las obras, y siempre a peticin expresa del contratista.

Por ltimo es de resaltar que, la oficina tcnica de apoyo, generar el informe mensual de obra, para su entrega al cliente.

Las labores especficas a realizar por la oficina tcnica son las siguientes:

Elaboracin de un Plan de Monitoreo incluyendo el procedimiento de medicin de convergencias.

Revisin e interpretacin semanal de las medidas de convergencia,

Mantenimiento de un servicio de asistencia geotcnica a tiempo real para incidencias durante la excavacin.

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

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

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

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

Realizacin del informe mensual del seguimiento geotcnico de la obra.

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

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Figura 2.a.- Organigrama de la organizacin del equipo de control de obras subterrneas.

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3. TRABAJOS PREVIOS

3.1. ESTUDIO Y ANLISIS DEL PROYECTO

Se proceder a la recopilacin de todos los datos existentes relacionados con el tnel, tanto en el Proyecto como en el

resto de informacin disponible, de manera que se estudie y analice el Proyecto, desde la perspectiva de la obra que se va

a ejecutar.

Se estudiarn, especialmente, los siguientes aspectos:

Estudio del captulo Geolgico-Geotcnico del Proyecto, para comprender totalmente las caractersticas del terreno donde se asienta el tnel. Debe hacerse mayor hincapi en los riesgos constructivos (Fallas, abrasividad,

durabilidad, cavidades, plastificacin intensa (squeezing), sobre-excavaciones, estabilidad del frente, agua,

aguas cidas, hinchamiento o expansividad, fluencia y lajamiento - estallidos de roca).

Anlisis de las Secciones Tipo. Se estudiarn los mtodos de excavacin y sostenimiento propuestos y su adecuacin a los terrenos.

Comprobacin de la adecuacin y viabilidad del Plan de Instrumentacin previsto.

Comprobacin de la adecuacin del Plan de Auscultacin previsto.

3.2. CONTROL GEOMTRICO Y TOPOGRFICO

El primer aspecto a controlar por la Unidad de Control Geotcnico ser la topografa.

Con l se deber conocer en todo momento la situacin del tnel respecto a su geometra, y servir de base tanto para la

elaboracin de mediciones de certificacin, como para detectar errores de ejecucin y tomar las medidas oportunas en el

momento necesario, para corregirlos.

Por ello se considera fundamental la rapidez en la toma de datos y obtencin de resultados, que permitan detectar fallos de

forma inmediata, y proceder a su correccin cuanto antes.

De esta forma se puede evitar acumular errores durante la ejecucin, de difcil y costosa correccin, cundo se intentan

subsanar tras un perodo de tiempo desde el momento en que se produjeron. Como ejemplo de ellos se pueden citar los

errores en el eje o seccin de excavacin, que son fcilmente corregibles en su inmediata deteccin, y que transcurrido un

perodo de tiempo mayor, pueden dar lugar no slo a situaciones complicadas que influyen en su coste, sino que tambin

pueden entraar peligro para la estabilidad de la excavacin.

Por estas razones, se hace necesario aparte del replanteo y comprobaciones sistemticas 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 continuacin se presentan los criterios y labores que como mnimo se deben llevar a cabo para la ejecucin del tnel, en

los aspectos geomtricos y topogrficos.

Topografa de exterior

Que consistir en una triangulacin con cierre entre las bocas y la colocacin de las bases necesarias para acometer a los

trabajos en el tnel.

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Topografa de interior

Implantacin y comprobacin de bases topogrficas en el interior del tnel durante las distintas fases del proceso de

excavacin, y reposicin en su caso. Las bases deben estar protegidas y sealizadas.

Replanteo de la seccin de excavacin en los sucesivos frentes de avance.

Comprobacin del eje del tnel. En caso de que para ello se colocasen puntos de replanteo del eje en bveda su

emplazamiento se har por biseccin. 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 ms prximo al mismo. Los puntos estarn

debidamente sealizados y protegidos.

Control de secciones transversales, con definicin de separacin entre ellas y al frente de avance. En el caso de

utilizarse procedimientos topogrficos convencionales se definir asimismo el nmero de puntos que contengan el perfil con

objeto de que queden reflejadas al mismo tiempo todas las irregularidades de la excavacin. Se recomienda hacer coincidir

las secciones transversales con los puntos de replanteo del eje en clave y distancia al frente de excavacin no mayor de 15

metros, en el momento de tomar los perfiles. Los perfiles se tomarn para cada fase de excavacin y una vez excavada y

sostenida la seccin completa del tnel.

Determinacin en cada fase de excavacin del Punto Kilomtrico del frente de excavacin y distancia a boca. Para

ello se tomar el valor promediado de cuatro puntos, tres se sitan en la rasante de excavacin (uno en el centro y dos en

los bordes) y el cuarto en clave para la seccin superior (Avance), y en el centro de la rasante de la seccin de Avance,

para la excavacin en Destroza.

Colocacin y mantenimiento de tablillas cada 25 m en un lugar visible con el punto kilomtrico del tnel perfectamente

legible en todo momento.

Control de rasante de excavacin, al objeto de comprobar desviaciones de cota.

Control de glibo en seccin completa excavada y sostenida, mediante carro de glibo de seccin igual a la terica.

Replanteo de tajeas, aceras, nichos de proteccin y partes constitutivas de los elementos de drenaje.

Control geomtrico de elementos de sostenimiento (espesor de hormign proyectado y emplazamiento de cerchas).

Todos los datos correspondientes al control geomtrico y topogrfico estarn puestos al da en todo momento y mediante

archivos, para facilitar su consulta y anlisis.

Los datos sern tomados y procesados por la Unidad de Topografa de la Unidad de Control Geotcnico.

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4. CONTROL GEOTCNICO

En este apartado se presenta la metodologa a seguir para realizar el control en las actividades de construccin de un tnel.

4.1. CONTROL DE LA CONSTRUCCIN DE LOS PORTALES

Los emboquilles o portales de un tnel constituyen una de las partes ms delicadas de la construccin de un tnel; ya que,

durante la construccin, se alteran desfavorablemente las condiciones de estabilidad del terreno natural y, por ello, muchas

veces la construccin 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 inters durante el

emboquille de un tnel.

4.1.1. Control de la excavacin de los taludes

En primer lugar se deber controlar la excavacin y, en su caso, las tareas de refuerzo previstas, de los taludes frontal y

laterales del portal.

Para ello se realizar 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 construccin de un portal, habitualmente se suele construir

un paraguas para reforzar el terreno antes del inicio de la excavacin; despus de haber saneado el talud frontal del

emboquille.

Los paraguas de refuerzo estn constituidos por tubos de acero que se colocan en el interior de taladros, solidarizndolos

al terreno mediante un mortero de cemento inyectado. En los terrenos blandos de naturaleza granular pueden emplearse

opcionalmente columnas de jet-grouting, que tambin pueden armarse con tubos o redondos de acero.

El control de la ejecucin 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 construccin del paraguas hay que comprobar que la longitud de los taladros es la correcta y que los elementos

de unin, que permiten el empalme de los tubos de refuerzo, tienen las caractersticas requeridas.

Finalmente se debe prestar una atencin especial a la construccin 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 cada de piedras del talud frontal.

En la Fotografa 4.1.2.a se muestra un detalle de la construccin de un emboquille, en la cual se puede apreciar la

excelente ejecucin de un paraguas pesado.

Fotografa 4.1.2.a.- Construccin de un paraguas doble pesado, y su correspondiente viga de atado.

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4.1.3. Inicio de la excavacin

El inicio de la excavacin, al abrigo del paraguas previamente construido, debe hacerse tomando muy en cuenta las

condiciones locales del terreno.

Cuando ste permita la utilizacin de medios mecnicos para realizar la excavacin, el inicio del tnel no deber suponer

problema alguno. Sin embargo, cuando sea necesario el uso de explosivos, debern tomarse precauciones especficas.

Como regla general la primera voladura ir orientada a conseguir un gran cuele, de 1 m x 1 m; situado preferentemente en

la base de la futura excavacin y cuya profundidad estar comprendida entre 1 y 2 m.

A partir de este gran cuele se realizarn voladuras concntricas hasta conseguir la excavacin de la seccin deseada.

Mientras que el frente no haya salido del paraguas de proteccin, normalmente el pase de excavacin no deber superar

los 2 m y, en cualquier caso, deber respetar las especificaciones del proyecto moduladas de acuerdo con las

caractersticas del terreno.

En las primeras voladuras se prestar especial atencin al reparto de la carga instantnea con objeto de no daar las

posibles edificaciones que se encuentren prximas al emboquille ni la propia viga de atado, previamente construida.

En la Fotografa 4.1.3.a se muestra un ejemplo de los daos producidos en la viga de atado de un emboquille, por una

voladura poco cuidadosa.

Fotografa 4.1.3.a.- Daos producidos por una voladura poco cuidadosa,

en la viga de atado de un emboquille.

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4.2. CONTROL GEOTCNICO DE LOS FRENTES

El control geotcnico del frente es esencial para poder elegir, en cada pase de avance, la Seccin Tipo que debe ser

aplicada en la excavacin y sostenimiento con objeto de obtener los mejores resultados de seguridad y productividad.

El control geotcnico del frente se lleva a cabo caracterizndolo in situ, mediante la aplicacin de una clasificacin

geomecnica.

Para la caracterizacin de los frentes se realizar, en cada pase, el estudio de la litologa, estructura y calidad de los

terrenos atravesados.

El encargado de la clasificacin del frente, tomar una fotografa digital del frente al realizar su caracterizacin. Lo ms

importante de este procedimiento es que la fotografa digital del frente tenga la resolucin adecuada. De esta forma,

adems de constituir un archivo geotcnico de alta precisin, los Tcnicos de la Inspeccin y de la Unidad Tcnica de

Apoyo, pueden contrastar conjuntamente la informacin geotcnica de los frentes y recomendar las acciones concretas

necesarias para mejorar la calidad de la construccin.

Conforme a esto se escoger la Seccin Tipo, entre las previstas en el Proyecto de construccin, que mejor se adapte a las

caractersticas del terreno.

Otro aspecto fundamental a tener en cuenta para que la caracterizacin de los frentes sea efectiva es que debe existir una

comunicacin fluida y precisa entre el Geotcnico encargado de la caracterizacin de los frentes y el Jefe de Produccin de

los tneles. Slo si esta comunicacin existe, ser posible que la informacin geotcnica, una vez estructurada, se utilice lo

antes posible en la construccin del tnel a fin de conseguir la mejor adaptacin del proceso constructivo a las

caractersticas reales del terreno.

Esta adaptacin debe conseguirse escogiendo adecuadamente la Seccin Tipo, entre las previstas en el Proyecto de

Construccin, que mejor se adapte a las caractersticas del terreno y modulando los parmetros variables, como la longitud

del pase de avance, para mejorar los resultados.

Cuando las caractersticas del terreno no se adapten a las Secciones Tipo del Proyecto Constructivo, el Responsable de

Control del Tnel debe comunicarlo inmediatamente a la direccin de obra para realizar una modificacin de stas y

conseguir los objetivos adecuados.

En la Figura 4.2.a se presenta un ejemplo de la caracterizacin de un frente del Tnel de conduccin de la Central

hidroelctrica de Cheves (Per).

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Figura 4.2.a.- Caracterizacin geolgica-geotcnica de un frente de excavacin.

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

4.3. CONTROL DE LA EXCAVACIN

Las sobre-excavaciones o sub-excavaciones sobre el perfil terico 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, supondrn

sobrecostes no deseados.

Para controlar las sobre-excavaciones se debe medir, en cada pase, la sobre-excavacin 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 perfilmetro que, mediante un rayo lser que gira barriendo la

seccin a medir, permite obtener con precisin milimtrica el perfil de excavacin.

Normalmente estas medidas estn digitalizadas, de tal forma que su comparacin con el perfil terico de excavacin es

sumamente fcil; instalando el correspondiente soporte informtico.

Estas medidas las puede realizar la Asistencia Tcnica o la empresa constructora, siendo contrastadas por la unidad de

Inspeccin.

Al igual que sucede con la informacin geotcnica de los frentes, para que la medida de la seccin excavada suponga un

medio eficaz para controlar las sobre-excavaciones, estas medidas deben realizarse en cada ciclo de avance y la

informacin que se obtenga debe ser transmitida rpidamente al Jefe de Produccin del tnel.

De esta forma, inmediatamente despus de detectar la sobre-excavacin, se podrn poner en prctica las medidas

conducentes a resolver este problema.

En la Figura 4.3.1.a se muestra un perfil de sobre-excavacin y en la Figura 4.3.1.b se presenta un ejemplo del control de

sobre-excavacin en un frente del Tnel de conduccin de la Central hidroelctrica de Cheves (Per).

Figura 4.3.1.a.- Seccin topogrfica de sobre-excavacin.

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

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4.3.2. Eficiencia de las voladuras

Cuando es necesaria la utilizacin de explosivos resulta del mximo inters controlar la eficiencia de las voladuras, para

conseguir los mayores avances posibles y para tratar de daar lo menos posible la roca remanente. Esto facilitar el

sostenimiento de las excavaciones y permitir afectar lo menos posible el entorno del terreno en el que se realizan las

voladuras.

Se sabe que la eficiencia de una voladura est relacionada con la calidad de la matriz rocosa, el estado natural de

fracturacin, la geometra del frente, el diseo de la voladura y con la forma en que se carga cada barreno y se detona.

La idea bsica para mejorar la eficacia de las voladura, al igual que sucede con las Secciones Tipo que definen la

excavacin y sostenimiento del tnel, radica en calcular con la mayor precisin posible un modelo de voladura y corregirlo

posteriormente, en funcin de las variaciones del terreno.

Con los modernos jumbos de perforacin robotizados, la optimizacin de las voladuras es mucho ms fcil que con lo

jumbos de perforacin 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

perforacin.

Por otro lado, todos los jumbos robotizados proporcionan informacin sobre los parmetros que definen la respuesta

del terreno durante la perforacin 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 llevar a cabo un seguimiento de cada pase, en el que entre otros se

recogern: la longitud perforada y avanzada realmente en cada pase; el nmero de tiros realizados y la cuanta de

explosivos utilizados; el RMR; la Seccin Tipo aplicada; y, la sobre-excavacin medida.

En cualquier caso, como ayuda complementaria a la utilizacin de yumbos robotizados se propone a la Administracin 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 excavacin del tnel.

Para ello, se propone la utilizacin de equipos especficos. Estos equipos constan de varios canales, equipados con un

acelermetro para la medida de vibraciones y, en su caso, un sonmetro para la medida de la onda area, cuando sea

necesario medir este parmetro.

Cada uno de los canales del equipo, que tiene acoplado un acelermetro, 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 Fotografa 4.3.2.a, se muestra uno de estos equipos, que no requieren cables de conexin por lo que se puede

instalar en un pequeo hueco, prximo al frente que se va a volar, sin que produzca ninguna interferencia con los trabajos

propios del ciclo de avance.

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Fotografa 4.3.2.a.- Vista de dos equipos para medir las vibraciones,

colocados en un nicho prximo al frente de excavacin.

4.4. MAPEO ESTRUCTURAL DE EXCAVACIONES SUBTERRNEAS

Es fundamental en todo proyecto de tneles llevar a cabo un mapeo estructural de las excavaciones, adems, es

importante realizar esta tarea peridicamente pues puede ser requerida en cualquier momento.

El mapeo estructural consiste en la proyeccin de las estructuras observadas en los avances de excavacin, esta

proyeccin es sobre un plano horizontal por lo que los hastiales se deben abatir para lograr la adecuada proyeccin. La

Figura 4.4.a muestra cmo debe realizarse este mapeo.

Figura 4.4.a. - Secuencia del mapeo estructural.

En la Figura 4.4.b se adjunta un plantilla para la ejecucin del mapeo estructural de los tneles, esta plantilla incluye una

guitarra con informacin geolgica que combinada con el mapeo da una visin global de la geologa y geotecnia de la

excavacin.

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Figura 4.4.b.- Ficha de mapeo estructural.

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4.5. CONTROL DE FENMENOS TENSIONALES

En tneles u obras subterrneas profundas, habitualmente por encima de los 500 m. de recubrimiento, y en macizos

rocosos de buena calidad geotcnica, en general sobre los 60 puntos de RMR y por encima de 150 MPa de resistencia o la

comprensin simple de la roca intacta; pueden producirse fenmenos tensionales que, en primera instancia, se reducirn a

lajeos (spalling) y que, para estadios tensionales ms severos, pueden desencadenar estallidos de roca (rock bursting).

Para controlar estos fenmenos, se emplear 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 garanta de que

la construccin del tnel se realiza en buenas condiciones de seguridad y que ste ofrecer unas excelentes condiciones

de explotacin.

El soporte colocado en el tnel ser 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 metodologa de control de calidad

que se propone se ha puesto de manifiesto un nfasis 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 hormign proyectado, los elementos bsicos del sostenimiento en la

mayor parte de los tneles que se construyen.

Los problemas que ms frecuentemente suele presentar la ejecucin del bulonaje se concretan en el tiempo que transcurre

desde la excavacin y la colocacin del perno y en la garanta del anclaje.

En los apartados siguientes, se presentan los aspectos principales que deben ser controlados para garantizar la efectividad

del bulonaje.

5.1.1. Colocacin de los pernos

El trabajo que deben realizar los bulones de sostenimiento est asociado al comportamiento estructural de la excavacin.

Cuando la excavacin se comporta de manera cuasi-elstica, lo cual para profundidades normales suceder con valores

del Rock Mass Ratio (RMR) superiores a 60 puntos, la estabilidad de la excavacin estar gobernada por una dinmica de

bloques y la convergencia que se puede medir ser del orden de pocos milmetros. 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 producir una plastificacin apreciable y las convergencias

medidas ser de varios centmetros; llegando a decmetros con valores de RMR inferiores a 40 puntos y profundidades

importantes. En estos casos resulta ms interesante aislar el terreno, para impedir la degradacin por posibles cambios de

humedad, y confinarlo aplicando, cuanto antes, una presin radial importante. Este objetivo puede conseguirse aplicando

una capa de hormign proyectado, de espesor mnimo de 3 a 5 cm. Por ello, en estos casos, normalmente ser preferible

colocar los bulones una vez que se haya aplicado la primera capa de hormign proyectado.

5.1.2. Calidad del anclaje

Normalmente en la construccin de tneles se utilizan bulones de anclaje repartido; esto quiere decir que el buln debe

estar en contacto con el terreno en toda su longitud.

Esta condicin se satisface fcilmente con los bulones de anclaje repartido mecnico y con los anclados con cemento. Sin

embargo, cuando se utilizan bulones anclados con resina, esta condicin es muy difcil de cumplir si no se una utiliza

mquina bulonadora especfica.

Por ello, cuando se coloquen bulones anclados con resina, es imprescindible comprobar la longitud de buln no anclado,

introduciendo un alambre de acero entre el buln y el taladro que lo aloja.

Otro aspecto fundamental para asegurar la buena calidad del anclaje radica en el dimetro de perforacin 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 dimetro de la barra de acero, normalmente 25 mm, y

el dimetro del taladro no debe ser superior a 12 mm. Cuando la perforacin de los taladros de bulonaje se hace con el

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jumbo del frente, normalmente esta condicin no se cumple si no se usan bocas especficas para la perforacin del

bulonaje; por ello resulta necesario realizar un control meticuloso del dimetro de las bocas utilizadas para la perforacin de

los taladros de bulonaje.

Finalmente, para el caso de los bulones expansivos tipo Swellex el dimetro de perforacin es el siguiente:

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

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

5.1.3. Comprobacin de la resistencia de anclaje

Habitualmente en los tneles se realizan ensayos de traccin sobre bulones anclados en el terreno para comprobar las

caractersticas del anclaje. Estos ensayos pueden hacerse con bulones cortos, normalmente con una longitud inferior a 40

veces el dimetro del buln, o en bulones ya colocados en el tnel formando parte del sostenimiento.

El ensayo con los bulones cortos tiene por objeto determinar la tensin de adherencia entre el buln 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 construccin de tneles 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 Mecnica de Rocas para

estos ensayos.

5.2. HORMIGN PROYECTADO O SHOTCRETE

En los ltimos diez aos se ha producido un avance impresionante por lo que se refiere a la calidad del hormign

proyectado; de tal forma que, hoy en da, el hormign 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

metodologa correcta en su fabricacin y puesta en obra.

En los apartados siguientes se presentan, brevemente, los aspectos que suelen garantizar la calidad del hormign

proyectado.

5.2.1. Puesta a punto de la dosificacin

Actualmente la experiencia que se tiene en la preparacin de dosificaciones para proyectar hormign por va hmeda es

tan amplia, que es relativamente fcil proporcionar una dosificacin patrn que, tericamente, cumpla con los requisitos

deseados.

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Sin embargo; hay que tener presente que algunos parmetros, que pueden variar localmente con gran facilidad, como la

calidad de los ridos y, en particular, el equivalente de arena del rido, tienen una enorme influencia en la calidad del

hormign.

Otro aspecto que depende directamente de cada obra en particular es el recorrido entre la planta de fabricacin del

hormign y los frentes de los tneles; pues este parmetro incide directamente en los aditivos a emplear para conseguir un

hormign que se proyecte sin problemas.

Por ello; para la puesta a punto de la dosificacin del hormign a proyectar se considera fundamental seguir las

recomendaciones de la norma UNE 83-607/94 sobre hormign y mortero proyectados que establece, en el apartado 10.1,

las condiciones para la realizacin de los ensayos previos al inicio de la obra que permitan poner a punto la dosificacin

deseada. As mismo resulta interesante seguir las especificaciones de la EFNARC en relacin al hormign proyectado

(EFNARC; 1996)

Especial inters debe ponerse en poner a punto y ensayar la denominada la dosificacin patrn, sin aditivos, y en el

objetivo de que la dosificacin seleccionada proporcione una resistencia superior entre el 15 y 20% del valor mnimo

deseado, sin exceder este en 7 MPa.

Para realizar los ensayos previos que conduzcan a la definicin de la dosificacin a emplear, se propone la siguiente

metodologa:

I.- Definicin y ensayo de la dosificacin patrn

La dosificacin patrn es aquella que est constituida por el cemento, ridos, agua y superfluidificante reductor de agua.

La dosificacin patrn deber establecerse utilizando los ridos, agua y cemento disponibles en el rea donde se vaya a

construir la obra subterrnea.

Normalmente la dosificacin del cemento estar comprendida entre 350 y 450 kg/m3 y deber utilizarse un cemento de alta

resistencia inicial. Los ridos debern cumplir las especificaciones contenidas en la norma UNE 83-607/94 y el agua

respetar los condicionantes sealados en la Instruccin de Hormign Estructural (EHE-98), del Ministerio de Fomento.

En la preparacin y ensayo de las probetas de control se seguir lo establecido en la norma UNE-83-607/94 y las que estn

especficamente publicadas para estos procedimientos y ensayos.

En la Tabla 5.2.1.I se muestra un ejemplo de una dosificacin para un shotcrete de 25 MPa, y en la Figura 5.2.1.a de la

granulometra de los ridos.

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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. - Dosificacin para un shotcrete.

Figura 5.2.1.a. Dosificacin de la granulometra de los ridos.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,01 0,1 1 10 100

% t

o p

ass

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

Concrete Mix Proposal

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

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II.- Definicin de las proporciones de aditivos para mejorar las propiedades de la formulacin base

Una vez puesta a punto la formulacin base se estudiarn las proporciones de las adicciones que se deben incorporar para

mejorar las propiedades de la formulacin base que, son el humo de slice (UNE 83460 1 y 2) y las fibras de acero, o

polipropileno.

El humo de slice mejora la compacidad del hormign y su resistencia a medio plazo a la vez que disminuye, a porcentajes

inferiores al 5%, las prdidas 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 fisuracin del hormign proyectado y para lograr que ste tenga una deformabilidad adecuada a la del

macizo rocoso que se quiere estabilizar.

La dosificacin mnima de referencia para el humo de slice es de un 3% en peso; aunque sta dosificacin se deber

variar en funcin de las exigencias de proyecto y de los resultados de los ensayos previos.

La deformabilidad del hormign se mide calculando la energa 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 deflexin en el centro de la placa de 25 mm.

Habitualmente el valor de referencia para la absorcin de energa, en el ensayo en placa, es de 500 julios

III.- Definicin de la proporcin de acelerante

La definicin de la proporcin de acelerante se har, necesariamente, mediante ensayos de proyeccin de hormign con

los equipos que vayan a utilizarse en la obra.

En primer lugar se proyectar la formulacin puesta a punto, sin utilizar acelerante, llenando dos artesas llenas de

hormign, segn la norma UNE 83-602, y de cada artesa se obtendrn diez probetas de 6 cm de dimetro y 12 de longitud

que se rompern a las siguientes edades:

3 probetas a 3 das

3 probetas a 7 das

4 probetas a 28 das

Una vez conocida la evolucin de la resistencia del hormign proyectado sin acelerante, se harn pruebas con

proporciones crecientes de acelerante.

Se recomienda que el acelerante utilizado no contenga lcalis en su formulacin y que se emplee en la mnima proporcin

posible. Una proporcin de referencia es la del 4% del peso de cemento en la formulacin.

Una vez realizada la proyeccin se determinar el tiempo de fraguado, mediante un penetrmetro de aguja, siguiendo las

recomendaciones de la norma UNE 83-601.

En cada proyeccin de prueba con acelerante se llenarn dos artesas y se realizarn los ensayos a 3, 7 y 28 das; antes

citados.

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5.2.2. Resistencia del hormign proyectado en obra

El control en obra de la resistencia del hormign proyectado se realiza, sobre probetas tomadas, segn la norma 83-

602/97, por testificacin en la parte central de una caja de fondo plano, de 15 cm de profundidad y 50 x 50 cm de lado

como mnimo, construida segn la UNE 83-605-91. En ella se habr proyectado el hormign perpendicularmente al fondo,

estando la caja colocada formando 45 con la horizontal.

Dado que el hormign proyectado ejerce a corto plazo en los tneles un papel muy importante de sostenimiento, interesa

mucho controlar la evolucin de la resistencia del hormign proyectado a plazo inferior a 28 das.

Durante la primera hora posterior a la proyeccin del hormign, su resistencia a compresin simple puede ser estimada

mediante penetrmetro de aguja.

Despus de una hora, tras la proyeccin y antes de 24 horas, la resistencia a compresin simple del hormign puede

determinarse mediante ensayos indirectos como el arrancamiento de clavos de acero, previamente introducidos en el

hormign mediante una pistola.

A partir de una edad de dos das, se pueden obtener probetas cilndricas de hormign proyectado para someterlos a

ensayos convencionales de compresin simple.

Combinando los tres mtodos 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 hormign proyectado en particular que debe tener una resistencia a compresin simple de 40

MPa.

Una vez ajustada la curva de evolucin de resistencia del hormign, mediante los sencillos y rpidos ensayos con el

penetrmetro, se puede conocer a muy corto plazo, la resistencia que va a alcanzar el hormign a 28 das y, si es

necesario, adoptar rpidamente las medidas correctoras que correspondan.

Figura 5.2.2.a.- Resultados de la determinacin de la resistencia a compresin simple en un hormign proyectado.

0,1

1

10

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Edad de las muestras (das)

Resis

ten

cia

a c

om

pre

si

n (

MP

a)

Determinacin conpenetrmetro de aguja

Arrancamiento de clavos,Metodo Hilti

Ensayo a compresin sobreprobetas

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5.2.3. Espesores del hormign proyectado

Aunque se ha progresado mucho en la tecnologa en hormign proyectado, durante los ltimos 10 aos, el control del

espesor del hormign proyectado en obra sigue siendo un problema mal resuelto que, normalmente, genera serias

discrepancias entre el Contratista y la Direccin de Obra.

Para resolver de forma eficaz este problema el objetivo bsico debe orientarse a detectar, cuanto antes, las irregularidades

en los espesores de hormign proyectado a fin de poder poner los medios para corregir estas anomalas antes de que

supongan un volumen tan grande que genere graves problemas presupuestarios.

Hay que tener presente que, muchas veces, el volumen medio del hormign proyectado coincide o incluso excede al

previsto en el proyecto; pero su distribucin a lo largo del desarrollo de una seccin transversal es irregular. Ello es debido

a que en la clave del tnel las prdidas por rebote son sensiblemente mayores que en los paramentos y, si no se ejerce un

control adecuado, el Contratista tender inevitablemente a no reponer las mayores prdidas 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

prctica con mayor intensidad en la primera etapa de la construccin del tnel.

La primera de ellas consiste simplemente en controlar el hormign realmente proyectado a partir del volumen de mezcla,

transportado desde la planta de fabricacin hasta el frente. La comparacin diaria de estas cifras respecto a las contenidas

en el proyecto de construccin, permite ejercer un control, aproximado, pero muy sencillo de llevar a la prctica y muy

eficaz.

Otra va de actuacin consiste en realizar campaas puntuales para determinar, con la mayor precisin posible, el espesor

de hormign proyectado que efectivamente se coloca en obra mediante campaas selectivas de extraccin de testigos de

hormign en varios puntos de la misma seccin transversal del tnel.

Otra forma eficaz y sencilla consiste en la colocacin de clavos de control en toda la superficie, con una longitud idntica al

espesor de la capa que se debe proyectar.

Tambin para conocer con precisin el espesor de hormign realmente proyectado, se puede utilizar el perfilmetro,

empleado previamente para determinar las sobre-excavaciones.

5.2.4. Deformabilidad del hormign proyectado

El hormign proyectado, al igual que el hormign encofrado sin armar o el hormign en masa, es un material con escasa

resistencia a la traccin y con un comportamiento frgil; es decir, que tiene una resistencia residual muy baja cuando se

sobrepasa la resistencia de pico.

El comportamiento mecnico del hormign proyectado mejora sustancialmente con la adicin de fibras de acero; siempre

que estas tengan las caractersticas y la dosificacin adecuadas.

Por ello resulta del mximo inters controlar que el hormign proyectado en obra contiene la dosificacin prevista de fibras

y que estas tienen las caractersticas adecuadas para dar al hormign las propiedades previstas en el proyecto.

A fin de conseguir este objetivo se proponen dos tipos de controles, uno directo para determinar la proporcin y

caractersticas de las fibras y otro indirecto, para medir la absorcin de energa.

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5.2.4.1. Determinacin del contenido y caractersticas de las fibras de acero

La determinacin del contenido en fibras del hormign proyectado se realizar de acuerdo con lo previsto en el apartado 4

de la Norma UNE 83-610/97 referente a la Determinacin del contenido en fibras de acero del hormign y mortero

proyectados.

Las fibras obtenidas en este ensayo se utilizarn para determinar sus caractersticas geomtricas: forma, dimetro y

longitud; a fin de poder compararlas con las indicadas por el fabricante.

En caso necesario, estas fibras sern tambin utilizadas para realizar con ellas ensayos de traccin que permitan

determinar su resistencia en el lmite elstico y compararla con los datos del fabricante.

Las fibras obtenidas en este ensayo se utilizarn para determinar sus caractersticas geomtricas: forma, dimetro y

longitud; a fin de poder compararlas con las indicadas por el fabricante.

En caso necesario, estas fibras sern tambin utilizadas para realizar con ellas ensayos de traccin que permitan

determinar su resistencia en el lmite elstico y compararla con los datos del fabricante.

5.2.4.2. Determinacin de la absorcin de energa

Ya se ha indicado, en el apartado 5.2.4. (II) que la deformabilidad del hormign proyectado se debe determinar en el

ensayo del punzonamiento de una placa de hormign proyectado de 60 cm x 60 cm x 10 cm.

Este ensayo est definido en la propuesta de norma europea PR EN BBB Part 5 (2000), denominada Sprayed Concrete-

Determination of energy absorption capacity of fibre reinforced slab specimens y, normalmente deber 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 determinacin de la energa absorbida por una placa de

hormign proyectado.

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Figura 5.2.4.2.a.- Protocolo de un ensayo de punzonamiento en placa

para determinar la energa absorbida.

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5.2.5. Contenido en humo de slice

Una vez fraguado el hormign que se debe proyectar, actualmente, no hay ningn mtodo fiable para determinar el

contenido de humo de slice en el hormign.

Por ello, dada la importancia que tiene este producto sobre las propiedades del hormign y lo relativamente elevado de su

coste, el procedimiento que se considera ms eficaz para comprobar que se dosifica correctamente al fabricar el hormign

es el de realizar inspecciones en la planta de fabricacin del hormign.

Estas inspecciones irn encaminadas a comprobar el trabajo correcto de las dosificadoras de humo de slice y a verificar

que los suministros de humo de slice son acordes con las cantidades de hormign fabricado.

Dado que el humo de slice mejora, entre otros aspectos, la impermeabilidad del hormign proyectado; indirectamente se

podr utilizar el ensayo de penetracin del agua bajo presin para comprobar que el hormign ha sido fabricado con humo

de slice.

La determinacin de la penetracin del agua en el hormign puede llevarse a cabo segn 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 proyeccin

Como regla general hay que intentar que la proporcin de los aditivos que se usen para mejorar las condiciones de

proyeccin, como adecuantes, superfluidificantes, estabilizadores de fraguado..., sea la menor posible.

En cualquier caso antes de utilizar un nuevo tipo de aditivo se deber realizar los ensayos previos, descritos en el apartado

5.2.1, para comprobar que su utilizacin ni afecta a las caractersticas del hormign.

Durante la obra se comprobar regularmente que los aditivos empleados correspondern a los previamente ensayados y

se tarar los aparatos dosificadores para comprobar que trabajan correctamente.

5.3. MARCOS

Las cerchas o marcos metlicos tipo TH, LG o HEB, son elementos que habitualmente se colocan en los tneles para

completar el sostenimiento, normalmente se asume que su colocacin es una tarea relativamente sencilla; lo cual es cierto

si el terreno es de calidad media a buena.

Sin embargo, normalmente, la colocacin de las cerchas se suele reservar para los tramos de terreno de mala calidad y,

por ello, ser necesario controlar con esmero dos aspectos importantes: intercalacin cercha-terreno y rigidificacin

longitudinal de las cerchas.

5.3.1. Interaccin marco-terreno

Para conseguir una buena interaccin entre las cerchas y el terreno resulta imprescindible conseguir un perfil de

excavacin que se aproxime, todo lo que sea posible, al perfil de la cercha.

Este objetivo limitar algo los rendimientos de excavacin; pero hay que intensificar, al mximo necesario, el control sobre

la excavacin ya que, si el perfil transversal presenta sobre-excavaciones importantes, se producir un indeseado e intil

aumento en el volumen de hormign proyectado, el tiempo necesario para colocar una cercha aumentar apreciablemente

y el rendimiento de avance disminuir drsticamente.

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Cuando el terreno no es de calidad excesivamente mala, a efectos prcticos cuando su RMR est comprendido entre 35 y

45 puntos, solidarizar las cerchas al terreno mediante bulones de anclaje repartido. En estos casos, se comprobar

especialmente que el sistema de unin entre los bulones y las cerchas no debilita la seccin resistente de las cerchas.

Para obtener una buena intercalacin entre las cerchas y el terreno se controlar que la superficie del terreno, entre dos

cerchas consecutivas, se recubre cuanto antes con hormign proyectado.

En la zona de las cerchas el espesor del hormign proyectado ser suficiente para recubrir completamente el perfil de las

cerchas y durante su puesta en obra se controlar, con esmero que no se produzcan zonas de sombra que debiliten el

conjunto cercha hormign proyectado.

5.3.2. Arriostramiento longitudinal de los marcos

El arrostramiento longitudinal de las cerchas desempea un papel muy importante para limitar la progresin, hacia la parte

ya excavada, de los posibles hundimientos que pudieran sobrevenir en la parte de tnel excavada y no sostenida.

En el caso de que la excavacin se haga con explosivos, el arriostramiento longitudinal de las cerchas es importante

tambin 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 controlar especialmente que se coloquen correctamente el nmero

de tresillones previstos en el proyecto y que sus caractersticas y las del sistema de fijacin 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 construccin del tnel.

5.4.1. Control de certificados de calidad

Se revisar que la empresa constructora entregue los certificados de calidad de todos los elementos empleados en la

construccin del tnel 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; as

como la frecuencia y el nmero total de ensayos a realizar en funcin de las unidades previstas.

A continuacin se proceder a comprobar que el Plan de Aseguramiento de la Calidad incluye los ensayos y pruebas

previstos, con las frecuencias y las cuantas establecidas.

Una vez comprobado que el P.A.C. cumple con las exigencias del Proyecto, se proceder 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 AUSCULTACIN

6.1. MONITOREO DE TALUDES

Durante el proceso de excavacin 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 seccin determinada; ya que si no se estabiliza la

seccin, la integridad del tnel a medio-largo plazo podra verse afectada, aunque se colocar un revestimiento que tuviera

una apreciable resistencia estructural.

Por otra parte no solo es necesario constatar que se consigue la estabilizacin de la excavacin; sino que, adems, es

preciso controlar el proceso completo de la estabilizacin para detectar a tiempo anomalas que pueden ser indicio de un

colapso de la excavacin.

Partiendo de unas hiptesis de base, que son el resultado del estudio y anlisis de los datos suministrados por la campaa

de investigacin llevada a cabo con anterioridad, se empezar a construir el tnel, y es por medio de un seguimiento

sistemtico de la frente de los tneles, mediante su mapeo sistemtico, cuando se podr comparar los datos de partida con

los reales y proceder a la adaptacin de aquellos, si fuera necesario, con objeto de ejecutar la obra de la manera ms

segura y econmica posible.

El mapeo de los frentes de excavacin constituir, por tanto, el aspecto esencial del Control de la obra subterrnea. Sin

embargo se definir un programa de instrumentacin que complemente el trabajo geotcnico descrito y que depender

directamente de la Unidad de Control Geotcnico.

El programa de instrumentacin estar basado, a su vez, en las medidas de convergencia. Estas medidas se realizarn de

forma sistemtica y constituyen el ncleo del programa de instrumentacin. No obstante aparte, se dispondr,

puntualmente, de otro tipo de instrumentacin.

En los apartados siguientes se presenta la metodologa que se propone para controlar el comportamiento de la excavacin.

6.1.1. Auscultacin

El control de los movimientos del terreno durante la construccin 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 ms econmico y preciso para poder controlar los movimientos del terreno durante la construccin de un

emboquille consiste en realizar nivelaciones topogrficas de puntos de referencia colocados en las proximidades del

emboquille; uno de los cuales, necesariamente deber estar situado en la clave del tnel.

Por ello, antes de iniciar la construccin del emboquille, se debern colocar los puntos de referencia en el terreno y dar

coordenadas a las bases de partida para las nivelaciones.

Se pondr una atencin especial en la ubicacin y construccin de estas bases, para conseguir que estas no se vean

afectadas por las obras.

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En el caso de emboquilles difciles, se debern complementar las nivelaciones topogrficas con medidas sobre inclin

metros o extensmetros 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. Inclinmetros

Las tuberas inclinomtricas sirven para medir la las deformaciones en el interior del terreno, para ello se alojarn en sus

correspondientes sondeos.

La sonda tendr una resolucin de 0,01 mm y su rango de medida ser de; 50; medido desde la vertical.

La tubera inclinomtrica ser de aluminio extrusionado o material similar, con cuatro acanaladuras para la gua de la

sonda.

Las caractersticas de los tubos sern las siguientes:

Longitud del tubo 3000 mm.

Dimetro exterior 53 mm.

Dimetro interior 48 mm.

Las caractersticas de las juntas entre tubos sern las siguientes:

Longitud de la junta 300 mm.

Dimetro exterior 63 mm.

Dimetro interior 55 mm.

El tapn de fondo estar dotado de tornillo de bloque.

Se ejecutar el sondeo para la introduccin la tubera inclinomtrica, con un dimetro de perforacin ser de 100 mm; una

vez acabado el sondeo, se proceder a la introduccin de las tuberas y al relleno del hueco a anular con lechada de

cemento. Finalmente se proceder a la colocacin del cabezal de proteccin, recibida en el terreno con obra de fbrica.

La frecuencia de la lectura se adecuar a la velocidad de los movimientos.

En la Figura 6.1.2.a se muestran la salida grfica tpica de los registros de desplazamientos acumulados obtenidos a partir

de un inclinmetro.

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

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6.2. MONITOREO DEL TERRENO

6.2.1. Convergencia

Las medidas de convergencia constituyen, junto al levantamiento de los frentes de excavacin, el ncleo del control de la

obra.

Se han de tomar una serie de datos cuantitativos de deformaciones para juzgar el comportamiento de la excavacin y del

soporte aplicado. Estos datos se obtendrn mediante la instalacin adecuada de las secciones de medida a lo largo del

tnel. En estas secciones se controlarn las deformaciones de convergencia en el permetro de la excavacin.

La convergencia es el movimiento relativo que se produce, a lo largo del tiempo, entre dos puntos de referencia colocados

en el permetro de la excavacin.

Para la medida de la convergencia se utilizar la cinta extensomtrica de invar con dispositivo de tensionado automtico,

con un rango de 0 a 20 m y una precisin 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 extensomtrica.

Las secciones de convergencia se colocarn en principio segn lo dispuesto en el Proyecto, a una distancia aproximada

entre s que depender del tipo de obra y de la calidad geotcnica 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 autorizacin de la Direccin de Obra, se podrn instalar secciones adicionales.

En ningn caso se instalarn un menor nmero de secciones que las estipuladas en el Proyecto, salvo expreso deseo de la

Direccin de Obra.

A menos que la Direccin de Obra o el Proyecto, disponga otra cosa, cada una de las secciones de medida estar formada

por 3 pernos de convergencia rgidamente unidos a la roca o al hormign proyectado. Los pernos sern tipo argolla. Los

pernos se situarn: uno en clave, dos en la base de los hastiales de la seccin de avance, si existe seccin de destroza, se

instalarn dos pernos adicionales en la base de los hastiales de la seccin completa. La distancia mnima entre la solera y

el punto de medida ser de 150 cm.

Los clavos se deben colocar los ms rpidamente posible tras la excavacin, y como mximo a las 24 horas del paso del

frente de excavacin por la respectiva seccin. En el momento de la instalacin de los pernos se efectuar una lectura, que

se establecer como el origen de las medidas.

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

Las medidas a realizar ser la de la cuerda horizontal entre los puntos situados en la base de la seccin de avance y en la

base de la seccin de destroza, diagonales entre stos y el punto de clave. Si

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