Auscultacin de Tneles

Normalmente la auscultacin se limita a la medida de convergencias, aunque pueden incorporarse algunos controles complementarios como Nivelacin de clave Extensmetros para definir la zona plastificada en torno al tnel Densmetros o extensmetros en cerchas La inyeccin de mortero, de mejor o peor calidad, modifica la transmisin de las tensiones del terreno a la clula.

La diferencia de rigidez entre la clula y la dovela favorece un cierto puenteo, midindose tensiones muy diferentes de las reales. Se han ensayado mtodos para atravesar las dovelas y colocar las clulas contra el terreno, evitando los efectos anteriores. Se trata sin embargo de una operacin bastante complicada.

Anillo de dovelas en tneles.Tambin se intenta medir convergencias en los anillos de dovelas, pero esto tropieza con bastantes dificultades por la presencia de la mquina y el back-up, por lo que las medidas suelen iniciarse con bastante retraso respecto al momento de colocacin del anillo. En algunos casos se colocan extensmetros radiales desde el propio tnel, aunque la instalacin ofrece bastantes dificultades en presencia del nivel fretico.

Los distintos planes de Auscultacin de las obras que se estn llevando a cabo para la construccin de tneles contemplan la existencia de numerosos sensores, a partir de los cuales se puede observar el comportamiento del terreno: por encima, paralelamente al eje del tnel, pero en ningn caso conocido por nosotros, se recoge la existencia de sensores que permitan observar el comportamiento del terreno por debajo del tnel durante su construccin.

Por este motivo y con el fin de estudiar los movimientos del terreno por debajo del tnel, durante el proceso de construccin, realizado mediante tuneladora. Ante esta situacin, una vez analizados los distintos tipos de sensores existentes se opt por la utilizacin de inclinmetros horizontales situados en la parte inferior de pozos de bombeo, encargando el suministro de los materiales, los trabajos de instalacin de los mismos y la toma de datos de campo.

Se utiliza el Sistema de Inclinmetro horizontal, cuyo principio de funcionamiento es similar al del inclinmetro clsico vertical, Consta de una sonda en forma de torpedo, en cuyo interior se aloja un sensor de inclinacin conectado mediante un cable graduado a una unidad de lectura digital La sonda dispone de dos juegos de ruedas gua para posicionarse en la tubera inclinomtrica.

Como se ha mencionado anteriormente, se eligieron puntos situados en pozos de bombeo aprovechando que stos alcanzan una mayor profundidad que la solera del tnel; de esta manera la tubera inclino mtrica se instalara en perforaciones horizontales realizadas desde el fondo de los pozos, y cruzando al tnel transversalmente por debajo del mismo.

Por otro lado se pretende hacer el control de los movimientos del terreno por la influencia de la construccin del tnel que segn los criterios generales del plan de auscultacin, se establece en ms de 100 metros antes y despus del paso de la tuneladora por el punto a controlar.

Operaciones bsicas en la construccin.En cualquier sistema de construccin de un tnel se puede hablar de cuatro operacionesbsicas: el arranque, la carga, el transporte y el sostenimiento.

En las secciones pequeas, de 3 a 15 m2, el espacio disponible es escaso y el trabajodebe obligatoriamente ser repetitivo. Este ciclo se convierte en crtico ya que una vezseleccionado el sistema de construccin es muy difcil modificarlo si surgen imprevistos.En secciones medianas, de 15 a 50 m2, es factible modificar parcialmente el ciclo encaso de una mala eleccin del sistema.

En las secciones grandes, mayores de 50 m2, la dependencia crtica es menor aunquedado el gran tamao de los equipos que se emplean o por cautela ante los problemas desostenimiento, se decide la construccin en varias fases, lo cual lleva a la problemtica de lassecciones medias.

3.3.1.- El arranque.La excavacin se puede realizar por tres mtodos que son: manual, con explosivos ymecanizado.

Mtodo manual.Se realiza mediante herramientas neumticas, de potencia ligera o media segn las necesidades, que van provistas de picas o paletas segn sea la dureza del terreno. Con ellas se rompe el frente o se perfila, como complemento a otros sistemas. En la actualidad slo se utiliza como nico mtodo en secciones de tneles muy pequeas

Mtodo con explosivos.En la actualidad el arranque con explosivos es el mtodo que se utiliza ms frecuentemente cuando el terreno es roca, ya que se adapta a cualquier tipo de dureza roca blanda, media o dura.

La excavacin utilizando la perforacin y los explosivos produce inevitablemente una operacin cclica y no continua que consta de los siguientes pasos:

- Perforacin del frente, siguiendo un patrn y con la profundidad adecuada para el avanceprevisto en la voladura (plan de voladura o tiro).- Retirada del equipo perforador.- Carga del explosivo y retirada del personal.- Detonacin de las cargas.- Ventilacin para eliminar humo, polvo y vapores- Desprender la roca suelta.- Realizacin de la entibacin provisional si es necesario.

Para la perforacin del frente se utilizan perforadoras neumticas que operan con aire a presin y que pueden ser de percusin, de rotacin o combinacin de ambas; las hay manuales y otras que son mquinas pesadas montadas sobre jumbos

Mtodos mecanizados.Distinguiremos los mtodos en los que se utiliza la maquinaria convencional, las tuneladoras y las rozadoras.

En terrenos de roca media o blanda, y en secciones medias y grandes, un mtodo mecanizadoes el convencional con tractores dotados de ripper, y para terrenos de mayor dureza, palas cargadoras. Existen tambin versiones de estas mquinas, de glibo mnimo o brazos cortos, que solucionan los problemas de espacio.

Tuneladoras

Podemos definir la tuneladoras como mquinas que realizan la excavacin a plena seccin mediante la accin directa y continuada de tiles o herramientas de corte. Este tipo de mquinas llevan integrado desde el primer momento el revestimiento al proceso constructivo, mediante la colocacin sistemtica del mismo detrs de la mquina.

Mquinas topo

Se utilizan para excavaciones en roca de dureza baja, media o alta. Podemos decir que excavanel frente de roca a plena seccin mediante la accin combinada de la rotacin y el empujecontinuados de una cabeza provista de herramientas de corte convenientemente distribuidas ensu superficie frontal. El dispositivo de empuje acciona contra el frente y reacciona contra unoscodales extensibles o grippers.

Los tiles de corte van montados en la cabeza que gira y empuja contra la roca y que desmenuza el material en fragmentos. Estos son cargados en el frente mediante unos cangilones y depositados en la parte trasera de la cabeza sobre una cinta transportadora que lo transfiere a otro sistema de transporte que lo extrae al exterior.

La tecnologa actual permite fabricar topos desde 2,5 m de dimetro hasta 12 m, tambin se fabrican topos dplex formados por uno piloto de 3 a 4 m de dimetro combinado con una cabeza ensanchadora de hasta 12 m. Son muy tiles en galeras de pendiente muy inclinada en las que la excavacin se realiza de abajo hacia arriba con el topo piloto, para posteriormente ser ensanchada en la direccin contraria.

Un topo puede llevar bulonadoras o empernadoras que trabajan segn se avanza, omecanismos para colocar cerchas metlicas. Tambin se puede preparar para el revestimientocon dovelas prefabricadas de hormign en el caso de que se esperen grandes deformaciones dela roca.

La Mquina Topo.

El rendimiento del avance con topo suele estar entre 1,5 y 2,5 m/h. Sin embargo una de las desventajas mayores que presenta respecto a otros mtodos es la falta de flexibilidad cuando se producen incidencias por accidentes geolgicos o por fuertes aportaciones de agua, debido a la longitud importante de toda la estructura que le acompaa hasta 300 m. Esta longitud es la que limita el radio de las curvas, que no conviene que sean menores de 100 m.

En cuanto a pendientes, un topo puede trabajar en condiciones ptimas no slo con laspendientes usuales para el transporte sobre va, el ms usual, con pendiente media del 3% yhasta del 7% en rampas cortas y sino bastantes superiores, llegando hasta el 15 y el 20%.

Canal de La Mancha

Los escudos

Se utilizan para la excavacin de roca con dureza muy blanda y suelos. Como su propionombre sugiere, un escudo es una estructura rgida y resistente que, introducida dentro deltnel, proporciona, un rea estable y segura en la zona del frente de trabajo, protegiendo a stecontra el colapso en la bveda y los hastiales e incluso contra el colapso del propio frente deexcavacin.

Al ser el terreno en el que se mueven inestable, el sostenimiento se va colocando en el propiofrente y son, sin excepcin, prefabricados y formados generalmente por dovelas de hormign.Los escudos consiguen el empuje longitudinal mediante reacciones contra el ltimo anillo delrevestimiento, por medio de gatos hidrulicos situados alrededor de la periferia de la partetrasera.

Los escombros son arrastrados por una cinta transportadora a la parte trasera del escudo, donde son cargados en el sistema de evacuacin que los extrae al exterior y que suele ser un tren de vagones sobre carriles, ya que al ser el revestimiento de dovelas es fcil fijar a ellas una va pesada para el uso de vagones de gran capacidad.

Una rozadora es una mquina excavadora provista de un brazo articulado en cuyo extremo va montado un cabezal rotatorio que dispone de herramientas de corte de metal duro llamadas picas.

Estas mquinas, denominadas de ataque puntual, producen la desagregacin de la roca con las picas que van situadas en la cabeza rotativa, que se mantiene presionada contra el frente con toda la potencia del motor de corte, actuando como fuerza de reaccin el propio peso de la mquina.

En el ataque lateral el cabezal es cilndrico o tronco-cnico y gira en lnea con el eje del brazosoporte, por lo que la fuerza de corte se aplica lateralmente, no aprovechndose todo el peso de la mquina como fuerza de reaccin; sin embargo, para la minera tiene la ventaja de poder extraer el mineral en vetas estrechas sin afectar a la roca encajante, ya que el cabezal de corte tiene dimensiones ms reducidas. No hay que olvidar que el desarrollo de estas mquinas proviene de la minera.

La carga

En secciones pequeas, las palas de volteo de accionamiento neumtico, sobre va o sobre rueda, fueron los equipos aplicados inicialmente a los tneles de pequea seccin y, por supuesto, siguen emplendose. Hay versiones elctricas que siguen el mismo principio, combinadas con grupos hidrulicos para el volteo de cuchara. La carga se hace por descarga del cucharn sobre el vehculo, en general vagones metlicos sobre va.

Las palas de volteo se fabrican en gamas desde los 150 litros de capacidad de cuchara,adecuadas para secciones pequeas, hasta los 700 litros, para secciones medias.Otro equipo de carga lo forman los cargadores de racletas, que penetran en la parteinferior del montn de escombro y lo van recogiendo por medio de dos o ms paletasconducindolo hacia una cinta transportadora que lo eleva a la altura conveniente para elllenado del vehculo.

Desde hace alrededor de 25 aos vienen utilizndose con xito palas cargadoras de estricto glibo y alta velocidad de desplazamiento que efectan la carga y el transporte conjuntamente, con capacidades de cuchara de 6 hasta 11 m3 y velocidades de hasta 50 km/h.

En lo que a rentabilidad se refiere, las palas rpidas pueden ser la solucin ideal para tneles de hasta 600 o 700 m de longitud. Si la seccin es grande y pueden cruzarse dos palas en pleno recorrido, son rentables para longitudes de 1.200 a 1500 m.

Transporte sobre caminos.

Se utilizan vehculos pesados tipo dumper que unen a la rapidez de descarga porbasculado una gran maniobrabilidad. Existe una gran gama que se adaptan a las limitacionesde seccin y a las caractersticas de la cargadora adoptada.

Revestimiento

Los bulones utilizados normalmente son barras de acero de 25 a 32 mm. de dimetro y de 3 a 4m. de longitud y tienen como misin unir los estratos alrededor de la seccin excavada para formar una bveda natural. Los bulones quedan anclados por adherencia del mortero o resina que se introduce en el fondo y a lo largo del taladro. El extremo que queda en el exterior del taladro dispone de rosca para tuerca y arandela plana que se ajusta contra la superficie de la roca.

Tambin existen en el mercado variantes para el bulonado provisional, como por ejemplo los bulones de agua, tubos metlicos cuyas paredes se deforman contra las del taladro al inyectar agua a presin. Este sistema permite una actuacin muy rpida en terrenos inestables, o bien en un bulonado previo si hay agua que dificulta el fraguado de morteros o resinas. Tambin como bulonado provisional en frentes inestables, existen los bulones de fibra, que en general se fabrican con materiales plsticos fibrosos que logran un simple armado o cosido compatible con la posterior excavacin del macizo.

Cerchas

La entibacin con madera pas de la minera a la construccin civil y, de la misma forma, los arcos o cerchas metlicas empleadas hoy en da en ingeniera civil fueron aplicados antes en la minera.

Son viguetas de acero con seccin en H y curvadas a la seccin transversal del proyecto del tnel, de manera que normalmente con tres cerchas, dos en los hastiales y una en la bveda, se puede cubrir la seccin completa. Si hay roca poco compacta o suelta entre dos secciones con cerchas se pueden aadir tablones o planchas de acero entre stas.

Hormign proyectado.

El hormign proyectado se ha convertido en una tcnica que cada vez se utiliza mspara el sostenimiento del terreno, solo o en combinacin con bulones, cerchas o con refuerzode malla de acero.

Antes que el hormign proyectado, se empez a emplear el mortero proyectado, para crear un anillo protector de la roca en las formaciones susceptibles de meteorizacin rpida. Fue a finales de los 50 cuando se empez a utilizar hormign proyectado, es decir, mezcla con ridos de hasta 16 o 18 mm., con la consiguiente problemtica de los aditivos para la aceleracin del fraguado.

El rido, el cemento y el agua se mezclan por distintos procedimientos. Esta mezcla llega por una gruesa manguera hasta la pistola que, manejada por el operador, dispara fuertemente contra la roca limpia. La mezcla se introduce en las grietas y fisuras y forma sobre la superficie de la roca una capa fuertemente adherida. Con el hormign proyectado se pueden obtener con rapidez espesores de 10 a 15 cm., resolviendo no slo los problemas de meteorizacin sino evitando los desprendimientos en zonas muy fracturadas.

Dovelas.

Son anillos circulares segmentados, normalmente de hormign ms o menos armado.Como revestimiento permanente tienen la ventaja de que inmediatamente despus de que se han colocado proporcionan una fuerte estructura de soporte, siempre que la inyeccin de hormign en el trasds (entre el terreno y el anillo) se realice lo antes posible. Se fabrican distintos tipos de dovelas:

a) Dovelas ordinarias inyectadasSon de hormign medianamente armado que usan llaves sencillas para su unin. El trasdsdebe inyectarse inmediatamente a su colocacin.

b) Dovelas expandidasSon dovelas de hormign en masa o ligeramente armadas. Un erector las coloca sobre el anillo metlico de soporte, y con una dovela en forma de cua se provoca la expansin o aumento del dimetro hasta el contacto total con el terreno. No precisa, por lo tanto, inyeccin en el trasds.

Finalidad.

Es necesaria una auscultacin para poder seguir la evolucin en el tiempo de los fenmenos mecnicos que acompaan la construccin de un tnel.

El papel de la auscultacin ser necesario desde la fase de proyecto, por ejemplo efectundola en la galera de reconocimiento, con lo que se podr observar in situ el comportamiento del terreno y aplicar las conclusiones obtenidas a la definicin del proyecto.

Tambin durante los trabajos de construccin del tnel se requiere una auscultacin continua con el fin de verificar la eficacia del sostenimiento utilizado, as como supervisar la influencia de los trabajos en el entorno, como son los asentamientos en superficie o la afectacin a tneles o galeras vecinas.

Medidas de convergencia

La medida a la vez ms simple y ms representativa es la de la convergencia de una seccin. Con ella se obtiene el desplazamiento relativo de dos puntos situados en las paredes del tnel.

Para ello se colocan inmediatamente despus de la excavacin, una serie de clavos en la seccin transversal al eje longitudinal del tnel. Segn la importancia del tnel los puntos de control de una seccin transversal pueden ser tres o ms. Habitualmente son uno en la clave, dos en los riones y dos en los hastiales, se mide la variacin de longitud entre puntos opuestos y se nivela el punto en clave para tener constancia del movimiento absoluto de ste.

Para la medida de longitudes se pueden utilizar aparatos, llamados extensmetros y que con ayuda de hilos invar mantenidos a presin constante por un dinammetro consiguen precisiones de la dcima de milmetro, precisiones utilizadas en la fase de construccin, y hasta de la milsima de milmetro para tneles en explotacin. La cinta metlica milimetrada puede ser utilizada cuando la precisin exigida es menor. La nivelacin del punto en clave ser geomtrica y de precisin.

Medida de desplazamientos absolutos.

La medida de convergencia de una seccin puede ser tilmente completada por la medida de desplazamientos absolutos de puntos situados en el interior del macizo gracias a los extensmetros colocados en sondeos perpendiculares al eje de la obra.

De esta manera se realizan medidas de variacin de distancias entre un punto situado en la pared de la excavacin y otro supuesto fijo situado en el fondo de un taladro y suficientemente lejos del tnel para salir de su zona de influencia.

Es posible implantar en estos aparatos varios puntos anclados a distintas profundidades. De esta manera se puede obtener la ley de desplazamiento del macizo en funcin de la profundidad. Los extensmetros utilizados pueden ser hilos tensos o barras ancladas al fondo del taladro.

CONCLUSIN

La construccin de un tnel depende fundamentalmente de 2 factores: lo que entrega elterreno (Geologa) y los mtodos de construccin, los cuales estn ntimamente relacionadoscon la forma del terreno en el cual se realizar el tnel.