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Amitos

Asociación Mexicana de Ingeniería de Túneles y Obras Subterráneas, A. C.

www.amitos.org Edición Julio-Septiembre 2011 Número 83

Programa de becarios CICM

Contenido

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Mensaje del Director Ejecutivo Semblanza Ing. Guillermo Guerrero Villalobos Actividades del Consejo Directivo Presencia de AMITOS en el 2° Encuentro de estudiantes de Ingeniería Civil de la ESIA Zacatenco del IPN AMITOS obtiene registro para expedir recibos de donativo deducibles de impuestos Donación del Ing. Raúl Borja Navarrete a la biblioteca de AMITOS AMITOS en el programa “Ingeniería en marcha” de Radio UNAM Plática a alumnos de ingeniería civil integrantes del programa de becarios del CICM patrocinado por COMISSA Caracterización del macizo rocoso del frente de túneles excavados con explosivos usando LiDAR

18 Aplicaciones futuras del hormigón reforzado con fibra de acero en la construcción de infraestructuras 22 Ensayo de caracterización de hormigón proyectado reforzado con fibras, para la elección de la fibra adecuada para el uso correcto 26 Los túneles del Passo de San Boldo 28 Túnel de San Gotardo, Sissi muestra su cara 30 Túneles del Metro de Praga en HDR 31 Comportamientos técnicos de los hormigones reforzados con fibras de acero y sintéticas 38 Agenda 40 Lecciones de Estrategia Empresarial II

Boletín REVISTA Amitos

Mensaje del Director Ejecutivo Colonizar el espacio subterráneo CONSEJO DE DIRECTORES Director Ejecutivo

Ing. Mario Olguín Azpeitia

Aprender a colonizar el espacio subterráneo es una necesidad cada vez mayor y debemos estar preparados para poder capitalizar esta alternativa de emplear las obras subterráneas como una solución cuya aplicación representa no solo ventajas técnico-económicas, sino que constituye una respuesta eficaz para la conservación del medio ambiente y para lograr un desarrollo sustentable.

Director Secretario

Ing. Roberto Malvido Arriaga Director Tesorero

Ing. Carlos Enrique Ortega Mora Director de Comités Técnicos

Ing. Jorge Armando Rábago Martín Director de Cursos y Congresos

Ing. José Ma. Fimbres Castillo Director de Conferencias y Publicaciones

Ing. José Francisco Suárez Fino Director de Banco de Datos, Biblioteca y Boletín

Ing. Roberto González Izquierdo

Asociación Mexicana de Ingeniería de Túneles y Obras Subterráneas, A. C. Camino a Santa Teresa 187, Col. Parques del Pedregal, 14010 México, D. F. Tel./Fax (55) 5528-3611

En AMITOS estamos convencidos de la importancia cada vez mayor que esta rama de la Ingeniería tiene en la construcción de la infraestructura de nuestro país. Sabemos que el tipo y número de obras que se pueden resolver utilizando eficientemente el subsuelo y su entorno son de lo más variado: obras hidráulicas, de transporte, de almacenamiento (de combustibles, de información, mercancías, alimentos, etc.), obras de generación eléctrica, centros comerciales y de diversión, vivienda, iglesias, bibliotecas, laboratorios, refugios en casos de desastre o de conflictos bélicos, instalaciones militares estratégicas, estacionamientos, etc. Nuestra tarea, la de los asociados de AMITOS, es convencer a nuestros gobernantes de las bondades y beneficios que la sociedad entera obtendrá en el corto, mediano y largo plazo si adoptamos, en la medida de lo posible, en función de la factibilidad de su aplicación, obras subterráneas para resolver los grandes proyectos de ingeniería pendientes en México.

El actual es un momento propicio para aprovechar la coyuntura que vive nuestro gremio con el resurgimiento de las obras tuneleras en México. Hoy reiteramos una verdad que, no por repetida, pierde vigencia: este impulso de creación de infraestructura llegó en un momento en el que, como país, no contamos con el capital humano experimentado y suficiente para afrontar el reto que implica la tarea de construir las grandes obras subterráneas, por ello, debemos también coadyuvar a la formación de profesionistas que sean la simiente de nuevas generaciones de especialistas en túneles y obras subterráneas, es a ellos a quienes debemos dirigir muchas de nuestras acciones a fin de contar mañana con los ingenieros que seguirá demandando la construcción de la infraestructura faltante en México; reiteramos nuestra invitación a las empresas y a las entidades de gobierno a que, juntos, colaboremos a completar la valiosa labor de la academia, desarrollando acciones que ayuden a las nuevas generaciones a prepararse y capacitarse para el momento del relevo.

El uso del espacio subterráneo es irreversible, preparémonos pues para hacerlo de manera eficiente.

amitos@amitos.org amitos@prodigy.net.mx www.amitos.org

Mario Olguín Azpeitia Director Ejecutivo del XIII Consejo de Directores

Boletín Amitos.

Diseño y formación DG Socorro García.

Impresión: Editores Buena Onda, S.A. de C.V. Suiza #14, Col. Portales Oriente

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Semblanza

Ing. Guillermo Guerrero Villalobos

neral de Construcción y Operación Hidráulica. En este período 1978-1982, realiza diversas acciones, entre las que destacan: El Plan Hidráulico del Distrito Federal, los Planes Maestros de Agua Potable, Drenaje, Tratamiento y Rehúso, y la Segunda Etapa del Sistema de Drenaje Profundo. En 1982 es nombrado Secretario General de Obras y Servicios.

En 1986 es designado Director Adjunto de Construcción de Renovación Habitacional, en donde desarrolló el Programa de Reconstrucción de la vivienda dañada por los sismos de 1985, construyendo en sólo un año, cerca de 50,000 viviendas nuevas y rehabilitadas, así como las viviendas provisionales para alojar a las familias mientras se construía su vivienda. El Programa concluyó con la escrituración de cada vivienda debidamente inscrita y con la liquidación del Organismo Renovación Habitacional.

Recibió en 1960 el Titulo de Ingeniero Civil con especialidad en Hidráulica, con mención honorífica, de la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura del Instituto Politécnico Nacional. Realizó diversos cursos de estructuras en la División de Estudios de Postgrado de la UNAM en los años 1962 y 1963. Es Director Responsable de Obra Perito No. 3965, Primer Grupo y Corresponsable en Seguridad Estructural No. 4 Su actividad profesional la inicia en la empresa DIRAC, S. A. de C. V., donde se desempeña de 1963 a 1967 como Gerente de Estructuras y Supervisión y en 1966 se hace socio de esta empresa. En 1968 es nombrado Director de Proyectos y en 1975 Director General, puesto que ocupa hasta 1978. Durante este período participa en el diseño y supervisión de diversas estructuras urbanas, entre las que destacan: Palacio de Justicia, Instalaciones Educativas para el Plan Chapingo, Palacio de los Deportes, Gimnasio y Alberca Olímpicos, Plaza Satélite y Museo Tecnológico de CFE. Se desempeña como Coordinador del Proyecto del Sistema de Drenaje Profundo del Distrito Federal, efectuando el diseño de las obras y la supervisión de las mismas.

A partir de 1978 se incorpora al Sector Público, en el entonces Departamento del Distrito Federal, ocupando los cargos de Director General de Obras Hidráulicas, Director Ejecutivo de la Dirección General de Construcción y Operación Hidráulica y Director Ge2

En 1988 es nombrado Director General de la Comisión Federal de Electricidad, de la Compañía de Luz y Fuerza del Centro y del Instituto de Investigaciones Eléctricas.

Durante su gestión 1988-1994, el Sistema Eléctrico Nacional tuvo una notable expansión en generación, logrando un incremento de 36.6% al pasar de 22,600 MW a 30,947.4 MW, mediante la construcción de Centrales Eléctricas como Petacalco, Tuxpan, Carbón II, Topolobampo, Aguamilpa, Zimapán, y la Segunda Etapa de la Central Núcleoeléctrica de Laguna Verde, así como la ampliación de Cerro Prieto y los Azufres, entre otras. En transmisión se construyeron 4,800 kilómetros de líneas; se incrementó el número de usuarios en 33% al pasar de 11 millones a casi 15 millones, y se impulsó la modernización de los sistemas de control, protección y medición, logrando un alto nivel de confiabilidad del Sistema Eléctrico. Además se implementaron programas relevantes en aspectos tecnológicos, de protección ambiental, desarrollo social, seguridad industrial, desconcentración, y ahorro de energía del Sector Eléctrico, entre otros.

En 1994 es designado Director General de la Comisión Nacional del Agua. Durante su gestión se regionalizó el país en 13 Gerencias Regionales, cuyo ámbito corresponde al agrupamiento de Cuencas Hidrológicas.

Se incrementó la cobertura de agua potable a la población del 84.2 al 88.1 y en alcantarillado del 72.1 al 73.9; se regularizaron 405,458 usuarios de aguas superficiales, subterráneas y zonas federales, otorgándose 388,000 títulos de concesión y se consolidó el Registro Público de Derechos de Agua.

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año le fue entregada por el Presidente de la República la presea “Lázaro Cárdenas” que otorga la Comisión Federal de Electricidad; el Colegio de Ingenieros Civiles de México, A. C., le otorgó el Premio Nacional de Ingeniería Civil 2007, y en 2009 le fue otorgado el nombramiento como Académico de Honor por la Academia de Ingeniería.

Dentro de los Programas ejecutados destacan por su importancia: Uso Eficiente del Agua y la Energía; Uso Eficiente de la Infraestructura Hidráulica; Modernización de Distritos y Unidades de Riego; Atención a Emergencias causadas por eventos meteorológicos extraordinarios, en el que destaca la atención a los efectos del Ciclón “Paulina” en la Ciudad de Acapulco en 1997 y los de la Tormenta Tropical en las Costas de Chiapas en 1998; y, el Programa de Instalación, Desarrollo y Consolidación de Consejos de Cuenca y Comités Técnicos de Aguas Subterráneas

Ha sido profesor en la División de Estudios de Posgrado de la Universidad Nacional Autónoma de México de 1965 a 1975; en la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura del I.P.N. en 1966; y en el Centro de Educación Continua en Guayaquil, Ecuador en 1976.

Se diseñó e inició el Programa Movimiento Ciudadano por el Agua, y se creó e instaló el Consejo Consultivo del Agua.

Es miembro de las siguientes asociaciones: Academia Mexicana de Ingeniería, Asociación Mexicana de Ingeniería de Túneles y Obras Subterráneas A. C., Instituto Mexicano del Concreto, Sociedad Mexicana de Mecánica de Rocas A. C., Miembro Honorario de la Sociedad de Ingenieros y Arquitectos de Acapulco, Gro., Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica, Sociedad Mexicana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Sociedad de Ex alumnos de Ingeniería Civil del I.P.N., Sociedad Mexicana de Ingeniería, y de la Fundación Politécnico A. C. En el Colegio de Ingenieros Civiles de México, A.C., ha ocupado los cargos siguientes: de 1990 a 1992 Vicepresidente del XXIII Consejo Directivo; de 1992 a 1994 Presidente del XXIV Consejo Directivo; de 1994 a 1996 Vocal de la Junta de Honor del XXV Consejo Directivo; y de 2002 a 2004 Presidente de la Junta de Honor del XXIX Consejo Directivo.

A partir de 2001 se desempeña como Director General de la Empresa de Estudios Económicos y de Ingeniería, S. A. de C. V. Ha recibido las siguientes distinciones académicas y profesionales: En 1973 Académico de Número de la Academia Mexicana de Ingeniería; en 1975 Reconocimiento por la colaboración prestada en la realización de las Obras del Sistema de Drenaje Profundo de la Ciudad de México, que le otorgó el Jefe del Departamento del Distrito Federal; en 1977 la Presea “Lázaro Cárdenas” que otorga el Instituto Politécnico Nacional, que le fue entregada por el Presidente de la República; en ese mismo año es distinguido como Miembro Emérito del Colegio de Ingenieros Civiles de México; en el año 2000 la Presea “José María Luis Mora”, que otorga el Gobierno del Estado de México; también en ese

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Actividades

Actividades del Consejo Directivo

Julio

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Reunión con el Comité Revisor del Libro sobre la Historia de los Túneles en México para examinar los avances en los diferentes capítulos del mismo.

Aparece en el Diario Oficial de la Federación (segunda sección, página 87) la ratificación de AMITOS como Organización Civil para la Investigación Científica y Tecnológica con lo que se le faculta como “entidad donataria” de acuerdo al artículo 95, fracción XI de la Ley del ISR) y, por lo tanto, autorizada para emitir recibos deducibles de impuestos.

Participación del Ing. Mario Olguín Azpeitia en la reunión mensual del Consejo Técnico del Colegio de Ingenieros Civiles de México.

Reunión con el Dr. Rafael Carmona Paredes, Gerente de Coordinación Técnica de la CONAGUA para planear un Simposio organizado por AMITOS sobre el diseño y construcción del Túnel Emisor Oriente (TEO).

2ª. Asistencia en la reunión de la Comisión de Difusión FIIDEM

Reunión con el Comité revisor Libro

Junta de trabajo con la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica (SMIG) para revisar y acordar preparativos sobre el 2° Simposio Internacional sobre construcción de Lumbreras y Túneles en Suelos y Roca a realizarse en febrero 2012. Por parte de AMITOS participan en el Comité Organizador los ingenieros José Francisco Suárez Fino y Mario Olguín Azpeitia.

Reunión con el Dr. Rafael Carmona para dar seguimiento a la elaboración del Programa del Simposio sobre el diseño y construcción del Túnel Emisor Oriente.

Junta de seguimiento con el Comité Revisor Libro sobre la Historia de los Túneles en México.

El Ing. Carlos E. Ortega Mora participó con la representación de AMITOS en la reunión con el Comité de Difusión de la Alianza FIIDEM realzada en las instalaciones de Technópolis del IPN.

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Agosto

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Asistencia y participación del Ing. Jorge A. Rábago Martín a la reunión del Consejo Técnico del Colegio de Ingenieros Civiles de México.

Presencia en la reunión de la Comisión de Difusión de la Alianza FIIDEM.

Junta del Comité Revisor del Libro

Reunión con la SMIG para revisar e implementar preparativos y acciones sobre el 2° Simposio Internacional de Túneles y Lumbreras a realizarse en febrero de 2012.

Los ingenieros Francisco Suárez Fino y Mario Olguín Azpeitia participaron en el Programa “Ingeniería en Marcha” que la Facultad de Ingeniería de la UNAM transmite los martes a las 12 del día en Radio UNAM por la frecuencia 860 de amplitud modulada. El objeto de la entrevista fue dar a conocer las actividades de AMITOS en los últimos doce meses.

Septiembre

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Reunión-desayuno del Consejo Técnico del CICM con la participación del Ing. Carlos E. Ortega Mora en representación de AMITOS.

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A invitación de la Sociedad de Egresados de Ingeniería Civil del Instituto Politécnico Nacional, Capítulo Estudiantil, AMITOS participó en el 2° Encuentro de Estudiantes de Ingeniería Civil realizado en el auditorio “Salvador Padilla Alonso” de la ESIA, Unidad Zacatenco. En este evento participaron los ingenieros Carlos R. Sáenz Fucugauchi, Jorge A. Rábago Martín y Mario Olguín Azpeitia hablaron sobre los temas: “Proyecto y construcción del Túnel Emisor Oriente”, “Caracterización de macizos rocosos para una obra subterránea” y “El entorno actual de las obras subterráneas en México”, respectivamente.

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Como parte de las actividades del Convenio de Colaboración entre AMITOS y el Colegio de Ingenieros Civiles de México (CICM), se impartieron pláticas a un numeroso grupo de alumnos de la carrera de ingeniería civil, integrantes del conjunto de becarios que patrocina el consorcio COMISSA, responsable del proyecto y construcción del Túnel Emisor Oriente (TEO).

Las conferencias estuvieron a cargo del Dr. Rafael Carmona Paredes, Carlos Sáenz Fucugauchi y Roberto González Izquierdo quienes expusieron a los temas: “Descripción del proyecto del Túnel Emisor Oriente”, “Procedimientos constructivos de túneles con escudos de frente presurizado EPB” y “Descripción de equipos de construcción en el túnel emisor oriente”, respectivamente.

Invitamos a todos nuestros agremiados y amigos que pasen a visitar la nueva página electrónica de nuestra Asociación Mexicana de Ingeniería de Túneles y Obras Subterráneas, A. C. , así como de tomar nota de la nueva dirección y también de sus nuevos correos electrónicos: amitos@amitos.org • amitos@prodigy.net.mx • www.amitos.org 5

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Actividades AMITOS

Presencia de AMITOS en el 2° Encuentro de estudiantes de Ingeniería Civil de la ESIA Zacatenco del Instituto Politécnico Nacional

El Capítulo Estudiantil de la Sociedad de Egresados de Ingeniería Civil del Instituto Politécnico Nacional, extendió una invitación a AMITOS para participar en el 2° Encuentro de Estudiantes de Ingeniería Civil realizado en el auditorio “Salvador Padilla Alonso” de la ESIA, Unidad Zacatenco el pasado 13 septiembre.

tecnológicos relacionados con los túneles y obras subterráneas, y colaborar con los Centros de Educación Superior.

Los ingenieros Carlos R. Sáenz Fucugauchi, Jorga A. Rábago Marín y Mario Olguín Azpeitia expusieron los temas: Construcción del Túnel Emisor Oriente, Caracterización del macizo rocoso para el diseño y construcción de túneles en roca y El entorno actual del diseño y construcción de túneles en México, respectivamente.

La audiencia, alumnos y profesores, ocupó el 90 % de la capacidad del auditorio y las conferencias tuvieron una duración total de 2.5 horas, incluida una sesión final de preguntas, respuestas y comentarios de los asistentes cuya amplia intervención demostró un gran interés por los temas y sus contenidos.

AMITOS agradece a los organizadores del evento su invitación que nos ayuda a consolidar dos de los principales objetivos de la Asociación: difundir los principales proyectos y obras de la especialidad y los avances

AMITOS obtiene registro para expedir recibos de donativo deducibles de impuestos Miércoles 6 de julio de 2011

DIARIO OFICIAL

(Segunda Sección) Pád 87

SEGUNDA SECCION PODER EJECUTIVO SECRETARIA DE HACIENDA Y CREDITO PUBLICO

ANEXO 14 de la Resolución Miscelánea Fiscal para 2011, publicada el 1 de julio de 2011 (Continua en la Tercera Sección) C. Organizaciones civiles y fideicomisos para la investigación científica o tecnológica (artículo 95, fracción XI de la Ley del ISR) RFC

Denominación Social

Domicilio Fiscal

AMA940914KD4

Academia Mexicana de Auditoría Integral y al Desempeño, A. C.

AMC970407DM8

Academia Mexicana de Ciencias, A. C.

Av. Insurgentes Sur Núms. 1883-203, Col. Guadalupe Inn, 01020, México DF. Carr. Federal México-Cuernavaca km 23.5 s/n, Col. San Andrés Totoltepec, 14400, México D.F.

AFI100527HY0

Alianza para la Formación e investigación en Infraestructura para el Desarollo de México, A.C. Asociación Mexicana de Cirugía General, A. C.

Agua núm. 130, Col. Jardines del Pedregal, 01900, México, D.F.

Asociación Mexicana de Ingeniería de Túneles y Obras Subterráneas, A.C..

Asociación Psiquiatrica Mexicana, A.C.

Camino a Santa Teresa núm. 187, Col. Parques del Pedregal, 14010, México, D.F.

AMC730804SF1 AMI830615IA0 APM660707P23 CCF010608SY4

Centro Cáritas de Formación para la Atención de las Farmacodependencias y Situaciones Críticas Asociadas, A.C.

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Adolfo Prieto núm. 1649, Desp. 401-404, Col. Del Valle, 03100, México, D.F.

Periférico Sur núm. 4194, piso 1, Col. Jardines del Pedregal, 01900, México, D.F. Calle del Angel núm. 32, Col San José Insurgentes, 03900, México, D.F.

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Actividades AMITOS

Donación del Ing. Raúl Borja Navarrete a la biblioteca de AMITOS

El Ing. Raúl Borja Navarrete, socio fundador de AMITOS, realizó una donación a la biblioteca de la Asociación consistente en:

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•• 9 álbumes con fotografías de la construcción del drenaje profundo.

•• Revista de Obras Públicas “Las obras de la ampliación del Metro de Madrid” •• Libro “Manual para el uso de explosivos” •• Libro “Atlas del agua en México 2009” •• Tesis “Excavación de Túneles mediante el uso de aire comprimido” •• Tesis “Procedimiento de construcción para Lumbrera y Túnel en el sistema de drenaje profundo de la Ciudad de México” •• Tesis “Estudio de lumbreras y túnel del Emisor Central” •• Tesis “Proyecto y construcción del túnel No. 2 del Sistema Hidroeléctrico Apulco PLANTA MEZATEPEC” •• Tesis “Excavación de túnel interceptor central utilizando escudo de frente abierto y aire comprimido” •• Tesis “Anteproyecto de selección del equipo de aire comprimido,

•• •• •• •• ••

para la excavación en una lumbrera del sistema de drenaje profundo de la Ciudad de México” Tesis “Revestimiento definitivo del Emisor Central tramo 9ª – 10 – 10 ½ del sistema de drenaje profundo de la Ciudad de México” Tesis “Construcción del nuevo sistema de drenaje profundo para el Distrito Federal” Tesis “Juicio crítico sobre la construcción de la lumbrera para alojar la tubería del sistema hidroeléctrico del Río Apulco” Tesis “Sistemas de soporte temporal para excavaciones subterráneas en roca” Tesis “Solución a algunos problemas especiales en la construcción del Emisor Central de la Ciudad de México” Tesis “Tratamientos de consolidación e impermeabilización en suelos y rocas”

Le damos las gracias por su desinteresada acción, que redunda en el beneficios de todos nuestros agremiados.

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Cuarta de forros (Última página) $12,000

Página central $12,000

2da. y 3ra. de forros $11,000

Página interior $10,000

Media página $5,500

1/4 de página $3,000

Cintillo (4 cm) $1,500

Estos precios no incluyen diseño y/o corrección de estilo, sólo se harán adecuaciones mínimas.

Su pago debe ser por anticipado Se recibirán archivos en formato pdf, jpg, tif, psd, ai, cdr a 300 dpi’s de resolución, por correo electrónico o CD.

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No se aceptan archivos en programas de Office.

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Actividades AMITOS

AMITOS en el programa “Ingeniería en marcha” de Radio UNAM

El 23 de agosto los ingenieros Francisco Suárez Fino y Mario Olguín Azpeitia, integrantes del actual Consejo Directivo de AMITOS participaron en el Programa “Ingeniería en Marcha” que la Facultad de Ingeniería de la UNAM transmite los martes a las 12 del día en Radio UNAM por la frecuencia 860 de amplitud modulada.

Nuestra asistencia prácticamente coincidió con los 20 años de transmisión de este importante programa cuyo objeto es informar sobre las innovaciones tecnológicas y de investigación, proporcionar orientación en temas de autoconstrucción y difundir actividades de la cultura y las artes organizadas y promovidas por la Facultad de Ingeniería y por la UNAM. El objeto de la entrevista fue recordar al público qué es AMITOS y dar a conocer nuestras actividades en los últimos doce meses. En una amena e interesante charla con los conductores, detallamos los pormenores de las acciones emprendidas por el actual Consejo Directivo de AMITOS así como los eventos planeados hasta concluir nuestra gestión y la manera en que este Consejo ha trabajado para cumplir con los estatutos de la Asociación y la mayor presencia con que actualmente contamos en los sectores público y privado, relacionados con el diseño y construcción de túneles y obras subterráneas. También platicamos acerca de las obras de túneles que actualmente se construyen en nuestro país y los avances en las técnicas de diseño y construcción que ahora se aplican en dichas obras; dimos énfasis en las actividades de AMITOS enfocadas a los estudiantes de la carrera de ingeniería civil de las instituciones de educación superior. Como el programa se transmite en vivo, hubo interés y preguntas del auditorio, mismas que fueron respondidas en el momento.

Como en ocasiones anteriores, AMITOS agradece la hospitalidad y el espacio que este programa y sus conductores, Ing. Ernesto Mendoza y Lic. Alejandra Torres, nos brindan para difundir el quehacer de la Asociación.

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Actividades AMITOS

Plática a alumnos de Ingeniería Civil integrantes del Programa de Becarios del CICM patrocinado por COMISSA

El 29 de septiembre, como parte de las actividades del Convenio de Colaboración entre AMITOS y el Colegio de Ingenieros Civiles de México (CICM), se impartieron pláticas a un numeroso grupo de alumnos de la carrera de ingeniería civil, integrantes del conjunto de becarios que patrocina el consorcio COMISSA, responsable del proyecto y construcción del Túnel Emisor Oriente (TEO). Las pláticas se refirieron al proyecto y construcción del TEO. El evento fue inaugurado por el Ing. Manuel Salvoch Oncins, Presidente del CICM y las conferencias estuvieron a cargo del Dr. Rafael Carmona Paredes, Carlos Sáenz Fucugauchi y Roberto González Izquierdo quienes expusieron a los temas: “Descripción del proyecto del Túnel Emisor Oriente”, “Procedimientos constructivos de túneles con escudos de frente presurizado EPB” y “Descripción de equipos de construcción en el túnel emisor oriente”, respectivamente.

Al final de las exposiciones hubo una sesión de preguntas y respuestas cuyo número mostró el interés que los temas presentados despertaron en los asistentes.

Agradecemos al Ing. Sergio Macuil Robles, Director del Programa de Becarios y a la Ing. Monserrat Ramírez Aguilar su invitación y apoyo en la organización de este evento que ayuda a que AMITOS difunda entre los alumnos los pormenores de este importante proyecto; gracias también al Dr. Rafael Carmona Paredes, Gerente de Coordinación Técnica del TEO por parte de la CONAGUA y a nuestros asociados, Carlos Sáenz Fucugauchi y Roberto González Izquierdo, por su aceptación a participar en estas pláticas.

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Artículo

Caracterización del macizo rocoso del frente de túneles excavados con explosivos usando LiDAR S. Fekete y M. Diederichs Queen´s University, Kingston, Canadá

1.0 Introducción

Figura 1. Escaneo LiDAR en una intersección ampliada (izquierda) y el escáner en el frente del túnel (derecha), proyecto Sandvika-Asker en Noruega

Los proyectos de excavación de túneles, bajo las presiones de fechas límite contractuales, de los presupuestos y de requisitos de seguridad, deberían continuamente esforzarse por incorporar nuevas tecnologías y métodos que aumenten la eficiencia y calidad del trabajo.

Una de las tecnologías que ya empieza a aplicarse en obras subterráneas es el escaneo tridimensional con rayos láser, también conocido por sus siglas LiDAR (Light Detection And Ranging) traducido literalmente como “Detección y clasificación de luz”. El sistema LiDAR recurre a señales de láser transmitidas para registrar millones de puntos de alta precisión en el espacio para crear una imagen en 3D de los alrededores del escáner. Los puntos quedan definidos en un sistema coordenado (x, y, z) referido al escáner y asimismo se les asigna un valor de “intensidad” (i) que es una función del grado de reflexión de la superficie. A la fecha, la aplicación primordial ha sido la verificación de especificaciones contractuales, por ejemplo de la geometría final del túnel.

Se ha demostrado que existen varias aplicaciones operativas para túneles de datos recabados con el sistema LiDAR durante la excavación [1]. Sin embargo, si los escaneos con LiDAR se realizan en la cara expuesta de un túnel excavado con explosivos, el proyecto podría beneficiarse grandemente de la capacidad de poder realizar una caracterización detallada del macizo rocoso a partir de datos obtenidos con el sistema LiDAR. Específicamente, la capacidad de identificar y describir las discontinuidades en el macizo rocoso “virtual” con-

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tribuye a que los modelos del macizo rocoso resulten más representativos en el modelado numérico. En este artículo se describe el proceso desde la recolección de datos numéricos hasta el análisis de estabilidad de un modelo completo del macizo rocoso. Se concentrará la atención en los parámetros extraídos de los datos de escaneo del sistema LiDAR y en los retos que representa su incorporación en la elaboración de modelos discontinuos.

2.0 Recolección de datos: una investigación activa en el túnel El escaneo LiDAR en el frente activo del túnel durante el ciclo de excavación ofrece muchas ventajas al ingeniero geotécnico residente. Una ventaja fundamental es la documentación digital permanente de las condiciones del macizo rocoso que pueden posteriormente ocultarse durante la instalación del revestimiento.

Asimismo, con una instalación de escáner en el frente se pueden documentar discontinuidades que de otra manera permanecerían inaccesibles para el personal de mapeo ya sea debido a su ubicación o a situaciones de inseguridad.

El empleo práctico del escaneo LiDAR en el ambiente activo de excavación de túneles con explosivos ha sido demostrado en el proyecto del túnel ferroviario de Sandvika-Asker cerca de Oslo, Noruega, que fue una colaboración mutua entre Queen’s University

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(Kingston, Ontario) y el Norwegian Geotechnical Institute (NGI) [1]. Se escanearon cinco frentes activos (de 10 a 15 m de diámetro) en dos sitios de la obra a lo largo de muchas barrenaciones además del escaneo de tres túneles en roca sin revestimiento ya terminados (de 4 a 8 m de diámetro). Se usó una configuración a base de un trípode estacionario y el escaneo se tomó después de la voladura, descostrado mecánico y descostrado manual. El tripié se colocó en el límite de la roca soportada a una distancia aproximada de 7 m de la cara; el valor óptimo es de entre 0.5 veces y 1 vez el diámetro alejado del frente. Se realizaron escaneos con un equipo Leica Geosystems HDS6000 que es un escáner a base de fases con un campo visual horizontal de 360° y un campo visual vertical de 310°. El sistema es de una gran resolución con un error de clasificación dentro de la escala milimétrica. La recopilación de datos de alta velocidad (de hasta 500,000 puntos por segundo) hace que este sistema resulte ideal para ponerlo rápidamente en operación dentro del ambiente operativo del túnel. En la Fig. 1 se muestra el escaneo láser en 3D durante la operación del túnel ferroviario Sandvika-Asker cerca de Oslo.

3.0 Procesamiento de datos: Resumen Los datos escaneados con el equipo LiDAR pueden resultar útiles sin procesamiento alguno para visualizar la geometría básica del túnel; sin embargo, se necesitará cierta gestión de datos para manejar archivos de gran tamaño (de hasta varios GB) y de ahí extraer información acerca del macizo rocoso. Este proceso ha sido documentado por diferentes investigadores [2, 3] y se puede resumir a continuación:

A. Reducir la serie de datos a la zona de interés (y diezmar el conjunto de datos) B. Crear modelos superficiales (malla) C. Alinear con escaneos de la posición inmediata anterior del frente o trasladar a un sistema coordenado absoluto D. Medir / interpretar Un modelo alineado de túnel de tres barrenaciones de 5 m dentro de un túnel de 10 m de diámetro se muestra a continuación (Fig. 2).

Se extrae una superficie de discontinuidad de los datos adaptando un plano de mejor ajuste a una región seleccionada de puntos.

El plano está definido por un vector normal (X, Y, Z) y por un origen (xp, yp, zp).

4.0 Extracción de parámetros de caracterización del macizo rocoso a partir del LiDAR Con el fin de crear un modelo representativo del macizo rocoso para modelado numérico, los ingenieros geotécnicos pueden extraer parámetros clave de los datos del LiDAR como por ejemplo, orientación de familias de juntas y su variabilidad, separación entre juntas y una evaluación práctica de la resistencia de las juntas. Se comenta a continuación el método de extracción, la calidad de los datos disponibles y las correcciones necesarias antes de vaciarlas como datos de entrada de los modelos.

4.1 Orientación y variabilidad de los datos LiDAR Una ventaja clave de los datos de la red de juntas a partir del escaneo LiDAR es la mayor cantidad de mediciones de datos estructurales. La medición de juntas en un macizo roco-

so virtual (Fig. 2) no está limitada a lo que se puede lograr con una brújula. Por otro lado, la variabilidad de las familias de juntas se documenta mejor en los datos del LiDAR en comparación con el mapeo más subjetivo y necesariamente sucinto que se lleva a cabo manualmente en este entorno. Una comparación estereográfica de los datos estructurales obtenida por el ingeniero residente a lo largo de tres barrenaciones de 5 m cada una así como la información extraída del modelo LiDAR superficial de la misma longitud se encuentra en la Fig. 3 siguiente, trazada en formato DIPS (RocScience v. 5.1, 2008). Las dos principales familias de juntas se capturan en ambas evaluaciones, aunque sus orientaciones parecen ser ligeramente más variables en los datos LiDAR. La variabilidad de las juntas dentro de una serie identificada se puede definir a partir del valor Fisher K, de conos de desviación angular estándar, etc. Asimismo, la extracción de discontinuidades de los datos LiDAR identifica a las juntas en otras tres orientaciones, con variabilidad en la clasificación (de moderada a alta). La inclusión de estas características dentro de las series de datos estructurales constituye un avance significativo para el grado de representatividad del modelo del macizo rocoso y puede evidenciar una mayor necesidad de soporte. De acuerdo a lo encontrado por Song et al. [4] al evaluar la influencia de los distintos parámetros en bloques removibles, una mayor variabilidad en la orientación de las juntas, medida como un valor Fisher K, puede aumentar significativamente el número de bloques de clave para las mismas familias de juntas. Los autores han seleccionado el uso de superficies de juntas escogidas interactivamente en lugar de la extracción automatizada para fines del trabajo aquí presentado. Aunque la extracción automatizada ha demostrado ser confiable para la evaluación

Figura 2. Tres imágenes reticuladas LiDAR escaneadas y alineadas en el frente de un túnel de 10 m de diámetro.

Cada imagen en la cara corresponde a un avance de 5 m (hacia la izquierda) y se identifica con un color lleva a cabo un mapeo “virtual” de juntas en la corona del túnel de los datos LiDAR reticulados (derecha).

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Figura 3. Representación estereográfica de series de datos estructurales: mapeo tradicional de túneles, 44 polos (izquierda), mapeo “virtual” de imágenes LiDAR escaneadas, 92 polos (derecha). La alineación del túnel es nortesur.

de algunos taludes en roca [5, 6], todavía no demuestra ser confiable para series de datos completamente tridimensionales, por ejemplo, escaneos de túneles. Las juntas seleccionadas en tres imágenes escaneadas LiDAR alineadas (datos estructurales de la Fig. 3) se identifican en los datos reticulados LiDAR y se extrapolan en forma de discos, como se muestra en la Fig. 4.

4.2 Evaluación de la separación entre discontinuidades Si se tienen que representar estadísticamente los datos obtenidos con LiDAR como parte de un modelo numérico, entonces hará falta entender la separación entre juntas. La separación se puede calcular aislando una orientación de juntas en particular en los datos LiDAR (Fig. 4). A menudo se pueden encontrar herramientas para calcular la distancia perpendicular entre planos escogidos manualmente en programas de cómputo de análisis de punto-nube/imagen y en algunas de ellas se cuenta con el cálculo automático de la separación.

Se puede llevar a cabo un análisis más detallado de la separación para evaluar la variación en la separación además de la separación media [1]. Es importante mencionar que la identificación LiDAR de discontinuidades

Figura 4. Planos de juntas visualizados como discos en datos alineados escaneados con LiDAR, coloreados según su orientación (izquierda).

Planos de discontinuidad a lo largo de la estratificación en una limolita-arenisca, intersecando perfiles del revestimiento de túneles (derecha).

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tiene sus limitaciones. Los escáners LiDAR recopilan pocos datos de puntos en superficies cuyas orientaciones son casi paralelas al rayo por lo que se entorpece la detección de tales juntas [7]. Aunque este sesgo se reduce dentro de un túnel cuando las series de discontinuidades se detectan en más de un plano (paredes/corona/frente), la capacidad de evaluar la separación verdadera en cualquiera de los planos puede estar limitada. Esto deberá tomarse en cuenta al tratar de determinar la separación media. Se han propuesto factores de corrección de la línea de visual para taludes en roca [7] aunque deberá trabajarse más en la corrección del sesgo para el caso de entornos subterráneos.

4.3 Evaluación de los parámetros de rugosidad y de resistencia de las juntas Para sacar el mayor provecho de los datos LiDAR de alta densidad, se puede llevar a cabo una estimación práctica de la resistencia de las juntas basada en la rugosidad superficial. La separación milimétrica entre puntos le permite al intérprete crear perfiles de rugosidad a partir de los cuales se puede estimar la resistencia al esfuerzo cortante de las juntas, por ejemplo el Coeficiente de Rugosidad de Juntas (JRC) de Barton y Choubey [8].

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Figura 5

Ejemplos de los perfiles de rugosidad extraídos de los datos LiDAR para una superficie de juntas en un túnel de prueba no revestido cerca de Oslo se muestran a continuación (Fig. 5).

se pueden convertir en modelos más representativos del macizo rocoso sin tener que recurrir a tiempos extra del personal en el frente.

Se pueden crear dos tipos principales de modelos dependiendo de la forma en que se apliquen los datos:

4.4 Otras consideraciones para modelos de juntas

a) Reconstrucción determinística Modelo junteado del macizo rocoso con discontinuidades medidas discretamente en datos LiDAR, cada una con orientación y posición específica.

Un reto importante en la caracterización de familias de juntas y en la creación de modelos de bloque representativos en nuestra capacidad limitada para evaluar la persistencia o diámetro de juntas. Se han llevado a cabo análisis de longitud de recorrido para persistencia de juntas a partir del mapeo tradicional de las paredes del túnel [4] aunque ninguno de ellos relacionado con datos LiDAR de obras subterráneas.

Song et al. [4] encontraron que “el número y volumen de bloques removibles aumenta exponencialmente a medida que se incrementa linealmente el diámetro medio de la familia de juntas”. Por otro lado, los autores observan una amplia variación en la respuesta del macizo rocoso en los modelos de elementos discretos para diferentes valores de persistencia. Estos resultados refuerzan la importancia de seleccionar la persistencia de juntas en modelos tridimensionales del macizo rocoso. Aunque los datos LiDAR no ofrecen explícitamente información acerca de la persistencia, las imágenes de escáner pueden proporcionar la base de datos necesaria para llevar a cabo un levantamiento de la continuidad de juntas, aunque todavía no se desarrollado algún método. Sería útil ahondar en el trabajo en este campo. Para los modelos presentados, el área de las superficies de juntas y la frecuencia en la base de datos proporcionaron para una evaluación muy cualitativa de la persistencia. A las juntas creadas por la estratificación, que es la estructura dominante en el proyecto Sandvika-Asker, se les asignó una alta tasa de persistencia (80%) mientras que a otras familias de juntas se les asignó un valor más bajo (50-30%).

b) Reconstrucción estadística Modelo del macizo rocoso junteado con parámetros estadísticos seleccionados basados en la interpretación de los datos de discontinuidades en familias con orientación y separación estadísticamente variable.

Ambos métodos implican la extracción de discontinuidades de los datos del LiDAR como se indica en la sección 3.0. Mientras mayor sea la cantidad de planos de juntas extraídos, más representativa será el macizo rocoso reconstruido. Sin embargo, el intérprete de los datos de LiDAR deberá desconfiar de “volver a seleccionar” el mismo plano de discontinuidad cuando éste aparezca en más de una posición (por ejemplo, en la corona y en la pared lateral). El duplicar la misma

5.0 Modelos tridimensionales de elementos discretos a partir de datos LiDAR Al incluir los datos detallados de caracterización del macizo rocoso derivados de los datos escaneados con LiDAR, los modelos tridimensionales de elementos discretos (DEM) 13

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discontinuidad puede dar lugar a una sobreestimación en el análisis estadístico y a un reto para el calculista así como a cuñas angostas irreales en el modelo determinístico.

Resulta ventajosa la filtración de datos para disminuir la redundancia. Para fines de estabilidad numérica, deberá especificarse una tolerancia mínima de longitud de corte. Los modelos presentados constituyen modelos de elementos distintivos creados con el programa 3DEC de ITASCA (véase 3.00, 2004). El empleo de bloques rígidos en estos modelos se justifica con una profundidad reducida del túnel y una masa rocosa en bloques donde la falla esté dominada por el sistema de juntas.

5.1 Procedimiento de reconstrucción determinística El método determinístico requiere únicamente la gestión de datos de la orientación y ubicación de las juntas. Las juntas peculiares son datos de entrada en el modelo del macizo rocoso correspondientes a la posición exacta donde se hayan detectado en el túnel.

Por lo tanto, las discontinuidades se enfocan hacia la excavación y un menor número de bloques se genera en la masa rocosa más alejada. Los parámetros de resistencia de las juntas, dados aproximadamente por la rugosidad, se aplican a las juntas. Hace falta interpretar los datos de entrada de la persistencia de juntas según se comentó en la sección 4.4. Dado que cada discontinuidad es ‘real’, podrá existir la tentación de no limitar la persistencia de las juntas. Sin embargo, si las juntas construidas son mucho muy persistentes, esto puede subestimar la estabilidad del macizo rocoso. El modelo determinístico presentado está basado en una

persistencia de juntas reducida según se describe en la sección 4.4.

5.2 Procedimiento de reconstrucción estadística En comparación con el método determinístico, la reconstrucción estadística implica etapas adicionales con una mayor interacción con el usuario. Los datos de orientación de las discontinuidades se interpretan a través de estéreo-redes en forma de series de juntas con variabilidad de la orientación definida estadísticamente. La construcción de una red de juntas artificiales con las estadísticas interpretadas usando un programa tal como el JDIST en DIPS (RocScience v 5.1, 2008) puede ser útil para confirmar la idoneidad de la caracterización estadística.

Podrán hacer faltas algunas ‘series’ con una orientación sumamente variable para capturar el fracturamiento aleatorio del macizo rocoso. La separación media y la variabilidad de la separación se podrán determinar según se comentó en la sección 4.2. En la Fig. 6 se ilustran las dos masas rocosas encontradas cerca de Oslo en túneles ferroviarios con diferente geometría de las discontinuidades.

Los modelos estadísticos del macizo rocoso aquí presentados sirven para ilustrar la factibilidad de construir modelos a partir de la caracterización basada en el LiDAR y no en modelos idealizados. Los parámetros estadísticos aplicados están limitados a aquellos proporcionados por los reglamentos ITASCA básicos, es decir, la desviación estándar de la orientación y la desviación aleatoria de la separación con respecto a una media. Se podrán aplicar distribuciones más adecuadas

Figura 6. Modelo DEM tridimensional basado en la reconstrucción estadística de los datos del LiDAR para dos túneles.

Limolita-arenisca con estratificación inclinada (izquierda); gneis de anfibolita muy fracturado (derecha) 14

con un mayor contenido reglamentario y podrían seguramente aumentar la representatividad de los modelos.

5.3 Comparación de métodos de reconstrucción del macizo rocoso mediante elementos discretos tridimensionales Como se ilustra en la Fig. 7, el macizo rocoso reconstruido para la misma serie de datos de LiDAR varía dependiendo de si se aplica el método estadístico o el determinístico.

Cada método tiene sus ventajas y sus desventajas. Ninguno deberá decirse que domina absolutamente al otro; cada uno de ellos será más o menos apto para ciertos objetivos de modelación numérica.

El método determinístico resulta ventajoso en cuanto a que representa características estructurales reales discretas que tal vez no sean capturadas en la clasificación de la caracterización del macizo rocoso. Esto puede ser benéfico cuando una particularidad tal como una zona de falla débil se vuelve crítica para la estabilidad del túnel. En otras palabras, donde la estabilidad esté gobernada por una estructura impredecible e irrepetible, el enfoque determinístico resulta mucho más apropiado. Por otro lado, el método determinístico es ideal para volver a visitar secciones terminadas del túnel con sobreexcavación a fin de evaluar la contribución de la estructura. Una mejor comprensión de las restricciones estructurales (orientación y separación) y los tamaños resultantes de los bloques permite una re-evaluación del soporte del túnel.

Asimismo, una reconstrucción determinística concentra los cortes cerca de la excavación,

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Figura 7. Modelo DEM tridimensional para un túnel ferroviario de 10 m de diámetro a través de capas sedimentarias inclinadas para los mismos datos LiDAR de juntas; reconstrucción estadística (izquierda) y reconstrucción determinística (derecha)

es decir, la zona de interés, y de esa manera no se ‘desperdicia’ el tiempo de cálculo en la creación y evaluación de bloques distales. Esto es todavía más preocupante cuando se van a usar bloques deformables.

Por ejemplo, si consideramos la cantidad de bloques presentes a lo largo de 2 m del perfil del túnel (a excepción de los bloques excavados), el 63% del total de bloques en el modelo determinístico de la Fig. 7 (3400/5400) ocurre en esta región en comparación con el 32% del modelo estadístico con una cantidad total de bloques mucho mayor (7800/24,000). En otras palabras, el modelo determinístico ofrece economía en cuanto a la densidad de juntas.

dad en cuanto a orientación y separación, lo cual puede o no resultar adecuado. Podrán hacer falta diferentes distribuciones para distintas series de datos y se deberá tener cuidado al intentar aplicar un método ‘superior’, Fisher K, aleatorio, exponencial, etc., sobre todo cuando el agrupamiento parece ser anisotrópico. Por lo tanto, los autores concluyen que ambos métodos tienen sus propias limitaciones. Quizá un método híbrido pudiera optimizar la incorporación de datos estructurales discretos con la caracterización del macizo rocoso más amplio.

Las investigaciones continúan en este campo.

Sin embargo, las desventajas del método determinístico son igualmente variadas. Este método es menos propenso a caracterizar el tipo general del macizo rocoso. Resulta menos útil como una herramienta predictiva para diseño que el análisis en retrospectiva. Además, si la selección original de juntas en los datos del LiDAR no se hace críticamente, el análisis de estabilidad podría equivocadamente apuntar hacia una mayor estabilidad a lo largo de las superficies dañadas por la explosión que hayan sido falsamente interpretadas como discontinuidades naturales. La concentración de cortes cerca de la excavación, aunque referida anteriormente como una ventaja, puede crear bloques inapropiadamente pequeños.

6.0 Caracterización LiDAR del macizo rocoso como una herramienta geotécnica en la excavación de túneles Los ingenieros geotécnicos son responsables de la tarea de evaluar un macizo rocoso y sus modos potenciales de inestabilidad, por sí misma una tarea importante, y sin embargo el tiempo y el acceso al frente de trabajo están restringidos y son restricciones operativas. Con el fin de evaluar adecuadamente los entornos geológicos complejos se necesitarán modelos numéricos, lo cual demanda muchos datos de entrada.

Como ya se demostró, la interpretación de los datos del LiDAR proporciona datos estructurales complementarios para macizos rocosos junteados. Conociendo la geometría de la red de discontinuidades, los ingenieros geotécnicos podrán enfocar sus esfuerzos en la calibración de modelos representativos en lugar de atacar modelos intensivos basados en hipótesis adicionales y en simplificaciones. En lugar de crear modelos que exploren el intervalo de variación del comportamiento que pudiera ser esperado, el modelaje discontinuo basado en la interpretación del LiDAR promueve una detección más rápida del mecanismo de falla lo cual permite una mayor oportunidad de predecir futuras inestabilidades. Un ejemplo de un análisis de estabilidad realizado para un túnel ferroviario de 10 m de diámetro se presenta en la Fig. 8. De los resultados del análisis se encuentra que con parámetros de resistencia de magnitud moderada sólo bloques pequeños se desprenden del perímetro del túnel. Sin embargo, estos siguen siendo importantes en un túnel con escasa cobertura de roca. La capacidad para evaluar el tamaño y forma de bloques desprendidos puede incluso ayudar al diseño del soporte (es decir, concreto lanzado versus anclas para roca) [9]. En ambos modelos se identifica el desprendimiento de bloques pequeños del lado derecho de la corona así como algunos bloques que deslizan desde la pared lateral izquierda. El

La reconstrucción estadística del macizo rocoso resulta ventajosa en cuanto que resulta más adecuada para la estabilidad general del macizo rocoso en comparación con el análisis de una sección particular del túnel. Durante el análisis estadístico de datos y la reconstrucción de la separación promedio y las orientaciones, el usuario tiene la posibilidad de considerar la estructura a mayor profundidad dentro del macizo rocoso. Esta es una ventaja significativa cuando se anticipan mayores volúmenes de bloques desprendidos en terreno no soportado, por ejemplo, en una masa rocosa muy fracturada débil. A pesar de que la selección interactiva de discontinuidades en los datos del LiDAR depended mucho actualmente del usuario y por lo tanto da lugar a falsas interpretaciones, los modelos estadísticos ayudan a reducir el impacto de cualquier medición desviada.

Por el contrario, la desventaja de la reconstrucción estadística estriba en que no aprovecha totalmente los datos recopilados: específicamente, la ubicación real de las superficies de discontinuidad. Por otro lado, se basa en hipótesis matemáticas de la distribución de variabili15

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Figura 8. Evaluación de la estabilidad del túnel con un modelo DEM tridimensional.

Reconstrucción estadística (izquierda) y determinística (derecha). El modelo determinístico mejor captura la inestabilidad de la pared lateral debido a la estratificación inclinada.

modelo determinístico anticipa un mayor desprendimiento de bloques de las paredes, lo cual parece ser congruente con la respuesta del macizo rocoso en el túnel.

resumen en el diagrama de flujo presentado como Fig. 9.

7.0 Conclusiones

•• Programar la recuperación de datos •• Escanear el frente del túnel •• Reducir los datos y alinear (si hay disponibilidad) •• Identificar las discontinuidades •• Extraer los datos •• Interpretación en red estereográfica •• Estadísticas de la familia de juntas (orientación, separación) •• Vaciar datos estadísticos de entrada en el modelo DEM del macizo rocoso •• Confirmar visualmente los tamaños de los bloques y la distribución de las juntas •• Correr análisis de estabilidad •• Incorporar el tamaño de los bloques y el análisis de estabilidad en el diseño

En el trabajo aquí presentado se tratan de describir varios parámetros de caracterización del macizo rocoso que se pueden extraer de las nubes de puntos del sistema LiDAR recopilados en el frente durante el ciclo de excavación. Los autores han encontrado que se puede obtener información valiosa incluyendo la orientación de las familias de juntas, su separación y variación y la estimación de la rugosidad superficial y que estos factores se pueden incorporar en modelos tridimensionales de elementos discretos para poder representar mejor los macizos rocosos junteados. La evaluación ‘virtual’ del macizo rocoso y el flujo de trabajo del modelado se

ESTADÍSTICO

DETERMINÍSTICO •• Datos de entrada de juntas en el modelo DEM tridimensional del macizo rocoso •• El trabajo futuro que queda pendiente en este campo incluye intentos más vigorosos de análisis de persistencia y corrección sesgada de discontinuidades en series de datos LiDAR de obras subterráneas. El desarrollo del software LiDAR para hacer más eficiente la detección de discontinuidades, al igual que en muchos paquetes fotogramétricos aplicados al trabajo geotécnico, también fomentará la adopción más intensa de esta tecnología en la práctica.

8.0 Agradecimientos Los autores quedan agradecidos con el Norwegian Geotechnical Institute por todo su apoyo y colaboración, y en particular a Eystein Grimstad, Elin Morgan, Arnstein

STATISTICAL Plan data collection Scan at tunnel face

Stereonet interpretation

and joint distribution Jointset statistics (orientation, spacing)

Set statistics input into 3D DEM rockmass model Run stability analysis

Figura 9. Resumen de etapas para usar los datos escaneados con el LiDAR como herramienta de evaluación de un macizo rocoso

Reduce data and align (if avail.)

Identify discontinuities Extract data

DETERMINISTIC

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Joints input into 3D DEM rockmass model

Incorporate block size and stability analysis into design

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Aarset y Suzanne Lacasse. En especial le damos las gracias a Matt Lato de Queen’s University. Se aprecia la ayuda recibida por parte del proyecto del túnel Sandvika-Asker (Norwegian Railroad Authorities, JBV) para las pruebas de campo, sobre todo la asistencia de Linda Nesje y de Odd-André Rustad en el sitio del túnel Sandvika. El financiamiento fue proporcionado por NSERC, NGI y PERA.

a tunnel using a statistical joint modelling technique (Análisis de estabilidad de bloques de roca alrededor de un túnel mediante una técnica estadística de modelado de juntas). J. Tunnelling & Underground Space Tech. (16) (2001), pp. 343-351 [5] A.M. Ferrero, G. Folani, R. Roncella y H.I. Voyat. Advanced geostructural survey methods applied to rock mass characterization (Métodos avanzados de levantamientos geo-estructurales aplicados a la caracterización de macizos rocoso). Rock Mech. And Rock Eng. (42) (2009), pp. 631-665 [6] J. Kemeny y K. Turner. Ground-based LiDAR rock slope mapping and assessment (Mapeo y evaluación de taludes en roca mediante el sistema terrestre LiDAR). Report No. FHWA-CFL/TD-08-00. Federal Highway Administration. U.S. Department of Transportation, Sept.

2008, 112 pp.

[7] M. Lato, M. Diederichs y D.J. Hutchinson. Bias correction for static LiDAR scanning of rock outcrops for structural characterization (Corrección por sesgo para el escaneo de afloramientos rocosos para fines de caracterización estructural). Sometido al J. Rock Mech. And Rock Eng. Sept. 2, 2009.

[8] N. Barton y V. Choubey. The shear strength of rock joints in theory and practice (La resistencia al esfuerzo cortante de juntas de rocas en teoría y práctica). J. Rock Mech. And Rock Eng. (10) (1977), pp. 1-54 [9] K.S. Kalenchuk, M. Diederichs y S. McKinnon. Characterizing block geometry in jointed rockmasses (Caracterización de la geometría de bloques en macizos rocosos fracturados). IJRMMS (43) (2006) pp.

1212-1255

9.0 Referencias [1] S. Fekete, M. Diederichs y M. Lato. Geotechnical applications of LiDAR scanning in tunneling (Aplicaciones geotécnicas del escaneo LiDAR en la excavación de túneles), en: Diederichs and Grasselli (Eds.) Proceedings of the 3rd Canada-US Rock Mechanics Symposium. Toronto, Canadá, 2009, Paper 3987, 12pp [2] M. Lato, D.J. Hutchinson, M. Diederichs, D. Ball y R. Harrap. Engineering monitoring of rockfall hazards along transportation corridors using mobile terrestrial LiDAR (Monitoreo de ingeniería de peligros de caídos de roca a lo largo de corredores de transporte mediante el uso del sistema móvil terrestre LiDAR). Nat. Hazards Earth Syst.

Sci. (9) (2009), pp. 235-946 [3] S. Slob, B. van Knapen, R. Hack, K. Turner y J. Kemeny. A method for automated discontinuity analysis of rock slopes with 3D laser scanning (Método para el análisis automatizado de discontinuidades en taludes de roca con el escáner tridimensional de láser). Proceedings of the Transportation Research Board 84th annual meeting, January 9-13, 2005. TRB, Washington, D.C., 2005 [4] J.-J. Song, C.-I. Lee y M. Seto. Stability analysis of rock blocks around

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Artículo

Aplicaciones futuras del hormigón reforzado con fibra de acero en la construcción de infraestructuras.

El enlace ferroviario de Liefkenshoek:dramix®, Tecnología avanzada de Bekaert en perforación de túneles

Las obras del enlace ferroviario de Liefkenshoek, un proyecto ambicioso a cargo de NMBS (Compañía Nacional Ferroviaria de Bélgica) e Infrabel (su director de infraestructuras), empezaron a finales del 2008. El fin era construir un enlace ferroviario entre las orillas derecha e izquierda de Amberes, y utilizarlo básicamente para el transporte de mercancías. El túnel ferroviario que une Kallo con la estación de clasificación de Stabroek discurre bajo el agua en los muelles B1 y B2. Con esta finalidad, se perforaron dos túneles paralelos utilizando el método de escudo de túnel perdido, por el que el escudo de excavación se queda atrás y se entierra una vez que se completa la perforación. Cuando se perfora un túnel bajo el agua, este escudo debe cumplir unos requisitos adicionales que aseguren la estabilidad del suelo para evitar escapes e inundaciones por las que el agua y el cieno puedan entrar en el túnel. Por eso, encima del escudo se debe montar una placa de refuerzo de 2 m. de grosor. Esta parte de las obras se encomendó a la experiencia combinada de Bekaert y TVH.

Consorcio de expertos Todo el proyecto lo llevó a cabo un consorcio de empresas, en forma de sociedad conjunta privada-pública. Los participantes principales fueron Tijdelijke Vereniging Locobouw con Locorail (CFE, Vinci, BAM) y Locobouw (MBG, CEI-De Meyer, WAF, Vinci). Hodim y De Rycke Beton dirigieron el trabajo con el hormigón y Bekaert con las fibras de acero reforzado.

DCN fue la responsable de verter≠ una placa de mortero ligero que se podía taladrar fácilmente, así como una placa de refuerzo encima de 2 m. de grosor. Resistencia y seguridad fueron las dos prioridades más importantes.

Los trabajos con el hormigón se llevaron a cabo bajo el agua y a una profundidad media de 17m. La placa de hormigón tuvo que verterse perfectamente nivelada y con precisión, con una tolerancia de +0 / -50 mm., para asegurar la profundidad uniforme del canal, sin alterar la navegación en curso. Además, la placa tenía que ser suficientemente fuerte para resistir el arrastre de las anclas de los barcos. Este trabajo especializado en condiciones difíciles (a gran profundidad, con poca visibilidad, corrientes impredecibles,…) se confió a DCN Diving, con sede en Bergen Op Zoom, Holanda. No obstante, antes del vertido se tuvieron que llevar a cabo una serie de operaciones preliminares.

Preparación previa al trabajo difícil El fondo está compuesto por arcilla de Boom cubierta con una capa de cieno. Primero, fue necesario dragarlo. Dredging International excavó un foso de 600 m. de largo por 30 m. de ancho, al que se le incorporaron tablestacas de acero de Soetaert en Ostend, con la ayuda del equipo de buzos expertos; todo ello sin obstaculizar el tráfico marítimo.

Después del dragado, se vertió una primera capa de mortero ligero sobre la que estaba colocada la placa de mortero ligero. La mezcla de piedra caliza en polvo, cemento y arena, un total de 25.000 m³, la vertieron los buzos a una profundidad de entre 22,60 m. y 18,60 m. con una tolerancia a la curvatura de 100 mm. sobre toda la superficie. Se probaron varias mezclas para determinar la composición adecuada, por ejemplo, una mezcla lo suficientemente fuerte y fluida como para ser bombeada a una distancia de 270 m.

No menos de 550 toneladas de fibras de acero de refuerzo Dramix® La construcción de la placa de hormigón de 2 m. de grosor ya fue una verdadera proeza, teniendo en cuenta el grado de dificultad y la precisión que era necesaria. Toda la operación se completó en sólo cuatro días. Se necesitaron dos días más para desplegar la logística y suministrar la cantidad necesaria de fibras de acero de refuerzo Dramix® en grandes sacas en las diferentes plantas mezcladoras de hormigón. En total se sumi18

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nistraron 550 toneladas de fibras de acero de refuerzo Dramix®. Se necesitó habilitar una zona suficientemente grande en el muelle para las 60 hormigoneras que estarían constantemente entrando y saliendo.

La decisión de trabajar con hormigón reforzado con fibra de acero se tomó por diferentes motivos.

Primero, Dramix® ya ha demostrado su resistencia, su fiabilidad y su facilidad de manejo en el trabajo en otros proyectos de gran envergadura. (Por ejemplo, el Potsdammer Platz de Berlín) Segundo, la utilización del refuerzo tradicional de barra o de malla podría suponer un peligro para los buzos y un riesgo para la navegación. Se comprobó que Dramix® de Bekaert era con diferencia la solución más eficaz para cubrir todas las necesidades de lo que se requería.

Otros factores determinantes fueron la gran homogeneidad del refuerzo de las fibras de acero y el factor relativo al precio. En base a diferentes pruebas de resistencia y viscosidad, se decidieron utilizar 33 kg. de fibras de acero Dramix® RC-80/60-BN por m³. TU Braunschweig, acompañante en este proyecto a petición de Locobouw, corroboró esta dosificación. Se probaron y se fabricaron de nuevo diferentes mezclas y dosificaciones. Los resultados de esas pruebas fueron que Dramix® RC-80/60-BN de Bekaert era prácticamente la única fibra de alambre de acero que cumplía los requisitos. Otro resultado de esas pruebas fue el coeficiente de variación relativamente bajo en los resultados de las pruebas debido a la distribución uniforme de las fibras de alambre de acero de alto rendimiento Dramix®. Bekaert no sólo suministró las fibras de acero, si no que también proporcionó el equipo de dosificación necesario.

La mezcla de las fibras con el hormigón se realizó in situ en 4 plantas mezcladoras, bajo la supervisión de Seco, un organismo técnico especializado de control. Se destinaron un total de 5 unidades para dosificar con rapidez y precisión las fibras de acero Dramix®. Numerosas pruebas posteriores al proyecto también han demostrado claramente que se han alcanzado ampliamente todos los requisitos en relación a la resistencia del hormigón, a la resistencia a la flexión y a la tracción, y a la precisión de la superficie. Una digna recompensa a la enorme cantidad de trabajo de diseño previo, a los conocimientos prácticos y a la eficaz interacción entre todas las partes involucradas.

16.000 m³ de hormigón reforzado con fibra de acero bombeado y vertido sobre más de 500 m.

Para conducir la mezcla de hormigón al lugar de trabajo, se pusieron en funcionamiento 4 bombas, 4 tuberías flotantes y 2 sistemas de flotadores. Por razones prácticas la mezcla de hormigón sólo se podía bombear hasta 270 m., de modo que a la mitad del trabajo hubo que cambiar el sentido de los sistemas de flotadores y las tuberías para poder verter la otra mitad desde la otra orilla, hasta alcanzar una longitud total de 550 m. de vertido.

Los dos sistemas de flotadores, equipados con GPS y montados sobre pontones, proporcionaron la precisión necesaria para el transporte y el tratamiento del hormigón fresco. Los buzos tenían una visibilidad limitada bajo el agua pero fueron capaces de realizar un gran trabajo gracias a los sistemas de GPS.

Una primicia en más de un aspecto El enlace ferroviario de Liefkenshoek no fue sólo un gran desafío, si no que también dio lugar a una serie de primicias. De hecho, es el

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primer túnel que discurre a una profundidad tan limitada. Normalmente las perforaciones se llevan a cabo a profundidades más grandes para prevenir roturas e inundaciones.

Aquí fue posible gracias a la resistencia de la placa de hormigón reforzado con fibra de acero, que ofrece nuevas posibilidades en la tecnología de perforación de túneles.

La velocidad a la que el hormigón se vertió ha sido nada menos que ejemplar. Mezclar, bombear y verter 16.000 m³ de hormigón fresco en sólo 4 días es toda una hazaña. Toda la operación se completó en los días 2, 3, 4 y 5 de octubre de 2010.

Un futuro brillante para el hormigón reforzado con fibra de acero El enlace ferroviario de Liefkenshoek es ya otro proyecto que destaca la solidez y fiabilidad del hormigón reforzado con fibra de acero. Bekaert es la pionera indiscutible en la producción y el desarrollo de esta tecnología.

Las fibras de acero aún se siguen mejorando mediante una investigación exhaustiva. Incluso la colaboración con empresas dedicadas al hormigón y la puesta en marcha de un número en aumento de proyectos cada vez más complejos proporcionan una vía de conocimiento inestimable.

Aunque el hormigón reforzado con fibra de acero asciende a un modesto 3% en la industria global del hormigón, está creciendo exponencialmente cada día. El hormigón reforzado con fibra de acero normalmente ofrece una gran resistencia a las fisuras y una maniobrabilidad en el trabajo excelente. Esto permite que se trabaje muy rápido, evitando el duro trabajo manual o las costosas grúas para instalar el refuerzo de malla tradicional.

De este modo Dramix® de Bekaert se está convirtiendo en un producto que será difícil de ignorar.

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Ensayo de caracterización de hormigón proyectado reforzado con fibras, para la elección de la fibra adecuada para el uso correcto Benoit de Rivaz Ingeniero Civil - Director Técnico de Bekaert France, S.A.S.

El hormigón reforzado con fibras de acero está siendo utilizado desde hace años en gunita para túneles, tanto de revestimiento temporal como de revestimiento final. En los últimos años, se han llevado a cabo múltiples estudios de investigación y ensayos acerca del comportamiento del hormigón reforzado con fibras de acero en varios países. Esto ha contribuido a una mejor caracterización del Hormigón Reforzado con Fibras de Acero (HRFA), permitiendo, de ese modo, adquirir un mejor conocimiento del comportamiento de este material y especificar unos requisitos mínimos de rendimiento para cada proyecto.

La tecnología más avanzada es bien conocida y muchas normas internacionales proporcionan una clara orientación y un criterio de rendimiento para utilizar las fibras de acero en el hormigón de forma segura. También las macrofibras sintéticas se proponen hoy en día para aplicaciones diversas. Los puntos fuertes y débiles, técnica y específicamente hablando, de los diferentes tipos de fibras, son a menudo menos conocidos y pueden llevarnos a confusión. Este artículo presenta las características físicas de las fibras de acero y de las fibras sintéticas, tomando como referencia aplicaciones concretas de hormigón proyectado utilizado en soporte de terrenos y facilitando los últimos resultados de ensayos efectuados en diversos laboratorios.

Propiedades físicas de las fibras de acero y de las sintéticas 1.1. Módulo de Young (o de elasticidad) de las fibras

técnica se combina con las armaduras tradicionales.

y puede dar como resultado una situación de riesgo desde las primeras horas en adelante.

1.2. Resistencia a la tracción de las fibras

Las microfibras de polipropileno suelen derretirse a temperaturas alrededor de los 160°C. De este modo está demostrado que las microfibras de polipropileno (monofilamentos, longitud 6 mm, diámetro nominal<20 micra mm) son adecuadas para mejorar la resistencia al fuego. En efecto, aunque el fenómeno no haya podido ser demostrado con exactitud, se cree que las microfibras empiezan a fundirse en el transcurso de los grandes incendios, dejando lugar a pequeños canales a través de los cuales escapa el vapor a presión.

En consecuencia, el estallido y los daños en el hormigón (lajado – spalling) son menores a los esperados.

La resistencia a la tracción del alambre de acero suele ser de 1.000 a 2.000 MPa, contra los 300 a 650 Mpa de las macrofibras sintéticas.

1.3. Densidad específica de las fibras La densidad específica de las fibras de acero suele ser de 7.850 kg/m³, contra 910 kg/m³ de las fibras sintéticas y 1.000 kg/m³ del agua.

Las fibras sintéticas son ligeras, una ventaja para la salud y la seguridad, pero más ligeras que el agua. De hecho las fibras sintéticas flotan sobre el agua, un fenómeno que puede llevarlas a la superficie.

1.4.Resistencia al fuego de las fibras

El módulo de elasticidad del hormigón es generalmente de 30.000 MPa, el de la fibra de acero de 210.000 Mpa y el de la macrofibra sintética de aproximadamente 3.000 a 10.000 Mpa.

Las fibras metálicas tienen un efecto de neutro a positivo respecto a la propiedad de resistencia al fuego de estructuras. Debido a la reducción del efecto de descantillado (o fragmentación), la estructura de hormigón reforzado con fibras de acero se comporta mejor que con una malla de refuerzo tradicional en presencia de fuego, de acuerdo con los especialistas en túneles ejecutados mediante dovelas. El acero mantiene su comportamiento mecánico a temperaturas de 350 – 400ºC.

Para las fibras bien ancladas y para una solicitación idéntica, la elongación de las fibras sintéticas y el ancho correspondiente a las fisuras en el hormigón es muy superior a las correspondientes con fibras de acero. Esto puede tener un impacto sobre la durabilidad del hormigón, principalmente cuando esta

Por el contrario, las macrofibras sintéticas empiezan a perder sus propiedades mecánicas en cuanto la temperatura alcanza los 50ºC e incluso desaparecen a 160ºC. En un incendio, la estructura con macrofibras sintéticas queda rápidamente sin refuerzo —desapareciendo por completo la capacidad soporte —

La capacidad de refuerzo de una fibra depende del anclaje de la misma en el hormigón, de su resistencia a la tracción y de su módulo de elasticidad (o de Young).

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Las macrofibras sintéticas sometidas al fuego se derriten a una temperatura equivalente, pero no son lo bastante finas para crear una red suficiente de pequeños canales en el hormigón. Además, dado que estas fibras se funden, no son adecuadas en estas estructuras de sostenimiento, donde el efecto refuerzo de las fibras es importante.

1.5. Resistencia a la oxidación Las fibras sintéticas no se oxidan, aunque sobresalgan de la superficie. Con respecto a las fibras metálicas, la experiencia y las investigaciones concluyen que: •• Las fibras de acero necesitan solo un revestimiento de hormigón de 1 – 2 mm comparados con los 30 – 40 mm de las mallas o barras tradicionales de refuerzo.

•• La corrosión de las fibras en la superficie pueden causar decoloraciones, pero no afectan las propiedades mecánicas de las

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estructuras de hormigón reforzado con fibras de acero.

•• Las fibras de acero en fisuras de ancho menor que 0,25 mm no se corroen (Proyecto Brite Euram).

•• Si, por razones estéticas, el óxido debe ser evitado, se pueden utilizar fibras de acero galvanizado.

1.6. Mezclado de las fibras Algunas macrofibras sintéticas tienden a fibrilar durante el mezclado. Este proceso de fibrilación sigue en la hormigonera y puede deshacer completamente las fibras.

Las fibras metálicas no presentan degradación de la calidad durante su mezcla.

1.7. Contenido de fibra en el hormigón fresco y fraguado La Norma Europea 14721 especifica dos métodos para medir el contenido de fibras del hormigón armado con fibras metálicas.

El método A mide el contenido de fibras de una muestra de hormigón fraguado. El método B mide el contenido de fibra de una muestra de hormigón fresco.

Este punto debe aún solucionarse para el caso de polímeros, ya que no hay método disponible por el momento que cumpla los requisitos de control de calidad para muchos proyectos.

1.8.Membrana impermeable La construcción de los túneles de doble armazón incluye, en medio del soporte de hormigón proyectado y la capa final de hormigón proyectado in situ, una membrana impermeable combinada con geotextil, como amortiguador para nivelar las irregularidades del hormigón proyectado.

Existía preocupación acerca del peligro de que las fibras de acero sobresalieran de la superficie de la capa de hormigón proyectado, pudiendo agujerear la membrana impermeable.

El CETU en 1993 (Administración de Túneles Francés) ya había financiado ensayos de perforación (bajo presión hidráulica) en la geo membrana (600 gr/m2) colocada en los soportes de gunita reforzada con fibras. Estos revelaron la importancia de la protección inferior de geo textil, sin revelar sin embargo

riesgos de perforación cuando se colocaba entre la geo membrana de PVC y la gunita reforzada con fibras de acero (en aquel momento se hicieron los ensayos con fibras DRAMIX® RC 65/35 BN).

El proyectado se debe llevar a cabo de forma rigurosa bajo las mismas condiciones recomendadas para la obra: componentes, máquina, manguera y método de proyectado en particular.

Al igual que otros ensayos llevados a cabo y la experiencia práctica de muchas obras, estos resultados de ensayo confirman claramente que no hay problemas con las membranas/ láminas de protección en combinación con el hormigón proyectado reforzado con fibras de acero.

Esta propuesta intenta simular el comportamiento real del revestimiento. Da una buena idea de la capacidad soporte de carga y de la absorción de energía de un revestimiento de gunita.

No obstante, en algunos proyectos se coloca una capa de 3 cm de hormigón en masa. De hecho, la clave sigue siendo las irregularidades del hormigón proyectado. Debe hacerse notar que se han llevado a cabo varios experimentos en el uso de las fibras macrosintéticas en hormigón proyectado. La presencia de estas fibras sintéticas puede aumentar la rugosidad de las irregularidades del soporte de la mezcla compuesta por hormigón y fibras.

Las recomendaciones sobre este aspecto todavía están pendientes de discusión.

Propiedades del hormigón reforzado con fibras de acero y del hormigón reforzado con macrofibras sintéticas El hormigón reforzado con fibras es conocido por su ductilidad. El efecto de las fibras es una combinación de refuerzo y de efecto “red”. Las fibras, especialmente las de acero, modifican el comportamiento del hormigón: las de acero lo transforman de material frágil a material dúctil, capaz de resistir las deformaciones importantes sin perder sus capacidades portantes. La ductilidad permite una nueva repartición de los esfuerzos así como una mejor capacidad portante de la estructura. Las propiedades mecánicas del hormigón de base quedan inalteradas.

2.1.Criterio general de rendimiento del hormigón proyectado El ensayo de placa que se suele utilizar (paneles de 600 x 600 x 100 mm) (ver EN 14.488-5) está calculado para determinar la energía absorbida a partir de la curva carga/deformación. Las placas destinadas a ensayo de punzonamiento - flexión deben estar realizadas en probetas de 600 x 600 x 100 mm.

En este caso, se tendrá especial cuidado en obtener una superficie uniforme y un espesor de 100 mm.

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En vez de determinar una característica del material, que requiere un modelo de cálculo adecuado para calcular la solicitación permisible de la estructura, la propuesta de ensayo de placa EN permite saltarse este paso y verificar inmediatamente la absorción de energía y la capacidad de soporte de carga del revestimiento.

Debe decirse claramente que el ensayo de placa estáticamente indeterminado es un ensayo estructural para comprobar el rendimiento de la construcción. No es un ensayo para determinar las propiedades del material para ser empleado como valores de cálculo.

Basándonos en este ensayo de placa, se han definido tres clases de Hormigón Proyectado reforzado con fibras de acero (HPRFA) (E500, E700 y E1000) para un C30/37: •• 500 Julios para condiciones sólidas de terreno/roca.

•• 700 Julios para condiciones medias de terreno/roca.

•• 1000 Julios para condiciones difíciles de terreno/roca.

•• Estos valores se proponen para una clase de hormigón C30/37, generalmente especificada para un soporte temporal. Las resistencias a compresión con una clase demasiado baja o demasiado alta pueden tener efectos indeseados.

En el caso de resistencia a compresión mayor, el criterio de rendimiento propuesto por la norma EN debe incrementarse para mantenerse al mismo nivel de ductilidad requerido para la seguridad.

El ensayo de placa también es apropiado para poder comparar los diferentes tipos de fibras y dosificaciones. Tiene en cuenta una comparación entre el hormigón reforzado con mallazo tradicional y el reforzado con fibras de acero, siempre que el modo de fallo sea el mismo de acuerdo con la EN 14487-1

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Hormigón proyectado, definición, especificación y conformidad. Esta es la causa por la que el criterio de rendimiento basado en este ensayo y el ensayo actualmente propuesto debe ser usado solo para comparar el mallazo tradicional y las fibras de acero (material con el mismo módulo E de elasticidad).

La geometría y dimensiones de las probetas, así como el método de fraguado adoptado, debe asegurar la distribución de las fibras en la matriz, que debe ser lo más parecido posible a la que se encuentra en la estructura de un hormigón proyectado o para soleras.

La dimensión de la probeta de ensayo es aceptable para la manipulación dentro del laboratorio (sin peso ni dimensiones excesivos).

La importancia relativa de la capacidad de carga en pequeñas fisuras, y por consiguiente de pequeñas deformaciones y rotaciones, es bastante reciente y ha ido asumiendo mayor importancia por parte de los calculistas de túneles de ingeniería civil.

El ensayo es compatible, siempre que lo permitan los medios experimentales, con la mayoría de los laboratorios que cuenten con un equipamiento convencional (sin requerir gran sofisticación).

Nota: Debido al bajo módulo E de las macrofibras sintéticas y al modo de fallo observado con este tipo de fibras, el ensayo de placa no es suficiente para comparar las fibras de acero con las macrofibras sintéticas. En el caso de usa fibras sintéticas deben añadirse otros criterios para disponer de la información completa, como por ejemplo la resistencia residual.

La geometría debe ser la misma que la del ensayo de placa para absorción de energía de la EN 14 488-5. Una geometría para ensayo isostático e hiperestático.

Fácil de dirigir, un programa de ensayo puede ser también proyectado en la obra con el mismo procedimiento, dado que los ensayos de placa se dispersan menos que los ensayos de viga.

2.2.Resistencia residual: Efecto de refuerzo medido mediante ensayos de viga Para determinar la resistencia residual, se usa normalmente la norma Europea EN 14651: Método de ensayo para hormigón reforzado con fibras metálicas – Midiendo la resistencia a flexo-tracción (límite de proporcionalidad (LOP), residual).

Este procedimiento de ensayo se menciona en la recomendación final Rilem TC162TDF “ensayo y método de cálculo para hormigón reforzado con fibras de acero”.

Figura 2: Resistenci a flexión s - CMOD Desplazamiento de la apertura de la fisura)

Esta Normativa Europea establece un método para medir la resistencia a flexotracción del hormigón reforzado con fibras de acero en una probeta de ensayo fraguada en un molde. El método proporciona la determinación del límite de proporcionalidad (LOP) y una serie de valores de resistencia a flexo-tracción residual.

Resultado de los diferentes CMOD (crack mouth opening displacement – desplazamiento de la apertura de la fisura, según la EN 14 651).

PP = Macrofibra sintética 6 kg/m3.

SF20/30/40 = Fibra de acero (Dramix RC 65/35 BN) a 20, 30, 40 kg/m3.

Este método de ensayo está previsto para fibras de acero de longitud no superior a los 60 mm. El método puede utilizarse también para una combinación de fibras de acero y una combinación de fibras de acero con otras fibras.

Tras la primera fisura, la capacidad portante de la Macro fibra desciende rápidamente alrededor de un 60%. Esto significa que 6 kg/m3 de fibras sintéticas tienen mucha menor influencia sobre la resistencia residual que las fibras de acero.

El ensayo de caracterización permite al contratista que propone un HRF (Hormigón Reforzado con Fibras) verificar que este HRF satisface la especificación “mecánica” resultante del dimensionamiento.

Dosificaciones mayores de macrofibras sintéticas a la indicada tendrán una gran influencia sobre la trabajabilidad y bombeo de la mezcla de hormigón.

2.3.Fluencia de los hormigones reforzados con fibras de acero y macrofibras sintéticas Las placas se han fabricado con la siguiente composición: •• 280 kg de cemento CM I 42 5 R •• 822 kg de arena 0/4 •• 1003 kg de grava 5/15 •• 166 kg de agua (A/C = 0,80) Las placas han sido ensayadas mediante desplazamiento controlado, tal como se describe en la EN14488-5. A una deformación de 3 mm, se retira la carga.

Figura 1: ensayo de 3 puntos de deformación

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Conclusión

Las placas están ahora preparadas para someterse al ensayo de fluencia y se reanuda el ensayo con el 60% de la carga aplicada para una deformación de 3 mm. Se mide la deformación y se muestra en el eje Y en 1/100 mm como se muestra en el gráfico.

Las fibras de acero utilizadas para hormigón proyectado han demostrado, a través de los años, ser un material de construcción fiable para la aplicación en túneles. Tras 30 años de experiencia, el resultado es muy positivo. Ahora hay Normas oficiales internacionales disponibles.

Las fibras macro sintéticas se pueden utilizar en soporte de hormigón proyectado para algunas aplicaciones en minas (puede ser en combinación con malla) o para necesidades técnicas específicas.

Sin embargo, solo las fibras de acero, no las fibras macro sintéticas, pueden actuar como un soporte de refuerzo en el hormigón debido a las razones siguientes:

Figura 3: Ensayo de fluencia - panel cuadrado, de acuerdo con la EN 1448-5

•• Las fibras sintéticas se funden a 165 ºC; en un incendio cualquier efecto “de refuerzo” de las fibras macro sintéticas desaparece con el aumento de la temperatura.

•• El módulo de elasticidad (o de Young) es de 3 – 10 MPa, lo cual es altamente insuficiente para reforzar un material de hormigón con un módulo de 30 Mpa. •• Las fibras macro sintéticas sufren el efecto de “fluencia”, se deforman longitudinalmente (ver más información en bibliografía)

Figura 4: Resultado de fluencia en un panel cuadrado

Debe especificarse un procedimiento claro de ensayo y un criterio de rendimiento para cada proyecto, con el fin de alcanzar los requisitos técnicos y garantizar la seguridad.

Bibliografía 1. Rilem TC162-TDF: “Test and design methods for steel fibre reinforced concrete” (“Ensayos y métodos de cálculo para hormigón reforzado con fibras de acero”), TC Membership, Chairlady L. Vandewalle, Materials and Structures, Vol 36, October 2003, P560-567 2. Rossi (LCPC, International fiber expert, fib and rilem comitte) Tunnel and Tunneling Magazine July 2009 3. Charles Allen – Fibre Decider Tunnel and Tunneling October 2009 4. Lambrechts A. N. (2005). “The Technical Performance of Steel and Polymer Based Fibre Concrete”. Concrete for a New World - The Institute of Concrete Technology/Annual Technical Symposium/5 April 2005. ) – “Comportamiento Técnico del hormigón reforzado con fibras de acero y sintéticas” 5. R. Ratcliffe Be MieAust CPEng Steel versus Synthetic Fibre Reinforcement Shotcrete. “Gunita reforzada con Fibras de acero en comparación con fibras sintéticas” 6. The European standards EN 14 487-1 Sprayed concrete, definition, specification and conformity 7. Las normas Europeas EN 14 487-1 Definición, especificación y conformidad de hormigón proyectado 8. The European standards EN 14.488-5 Testing sprayed concrete - Part 5: Determination of energy absorption capacity of fibre reinforced slab specimens 9. Las Normas Europeas EN 14.488-5 hormigón proyectado ensayado – Parte 5: Determinación de la capacidad de absorción de energía de las muestras reforzadas con fibra 10. Brite Euram Project (Durability final report). (informe final de durabilidad).

Figura 5: Curva de presión de soporte - deformación radial hacia el interior

Consecuencia debida a la fluencia: el material no proporcionará un refuerzo significativo si su objetivo es estabilizar el terreno y minimizar cualquier futuro movimiento del terreno en caso de necesidad.

2.4. Normas de fabricación de las fibras de acero y de las macrofibras sintéticas Desde octubre 2003, las recomendaciones de diseño de cálculo Rilem TC 162-TDF se encuentran disponibles para el hormigón reforzado con fibras de acero. Todavía no existen recomendaciones similares para el hormigón reforzado con macrofibras sintéticas.

2.5. Control de calidad de los hormigones reforzados con fibras de acero en comparación con los reforzados con fibras macro sintéticas Durante el control de calidad en al fabricación, es corriente efectuar pruebas de lavado para verificar la dosificación de las fibras en el hormigón fresco. Esta operación requiere siempre mucho tiempo, pero se facilita cuando las fibras pueden ser extraídas de forma magnética, como en el caso de las fibras de acero.

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Los túneles del Passo de San Boldo*

Hay fotografías que muestran más de lo que parece, como esta curiosa, bucólica, pastoril (y algoescheriana) escena de un rebaño de ovejas atravesando unos túneles que pudimos ver en menéame a principios de julio.

Se trata dex una vista parcial de los túneles del Passo de San Boldo, en la parte sur de los Alpes italianos (aquí en Google Maps), y la imagen, de abril de 2010, pertenece al libro “Un giorno lungo un anno” de Giancarlo Rado.

San Boldo (también conocido como San Ubaldo), fue un eremita español, muerto en Sens en el año 662, que se toma en infusión retiró a meditar por aquellos agrestes pagos, que continuaban siendo bastante inhóspitos en 1917, cuando el alto mando austrohúngaro decidió ampliar el paso, al comprobar que acortaba en 50 km el aprovisionamiento a las tropas del frente del Piave, durante la Gran Guerra (no la llamaron 1ª Guerra Mundial hasta que no hubo una segunda).

Para terminar pronto con la parte histórica: En 1917 las tropas austrohúngaras y alemanas ganan la Batalla de Caporetto, en la que un teniente alemán, llamado Erwin Rommel, es condecorado y un conductor de ambulancias americano, llamado Ernest Hemingway, decide que tiene material para una novela. Curiosamente, la vergonzosa derrota de Caporetto resulta ser el revulsivo que necesitan los italianos para unirse, el frente del Piave termina siendo el principio del fin del imperio austrohúngaro, y la historia demuestra, una vez más, que una guerra mal terminada sólo es el principio de otra.

Volviendo al tema ingenieril, el paso se excavó/perforó/construyó entre febrero y junio de 1918, en sólo 100 días, y aunque en algunos momentos llegó a tener 7.000 trabajadores en turnos de 10 horas, otras veces necesitó la “ayuda” de prisioneros de guerra y mujeres y ancianos de las poblaciones próximas, al permitirse que los hombres pudieran ausentarse para recoger sus cosechas.

El conjunto tiene cinco túneles de planta curva, con un giro de 180º, excavados en roca caliza karstificada (bueno, más estrictamente, dolomías, que por algo son los Alpes Dolomitas). La construcción fue muy problemática, los muros de contención no avanzaban al ritmo

* Tomado del Sitio: geodiendo.blogspot.com

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previsto, hubo deslizamientos de tierras y la construcción de los túneles se complicó con las lluvias, lo que obligó a usar la dinamita con más cuidado de lo habitual, al inundarse los túneles.

Los túneles tienen una pendiente del 10-12%, según zonas, la anchura máxima es de 5,50 m, con un radio de giro de 10 m y una altura libre de 3,20 m, por lo que no se permite que circulen autobuses. En la actualidad, el paso se mantiene casi igual, si bien se han reforzado los muros, se han añadido semáforos y se ha limitado la velocidad a 30 km/h, lo que ha hecho este paso muy popular entre ciclistas y moteros.

Tres detalles más: - La fotografía inicial, la del rebaño, tiene la etiqueta “Hasselblad” en Flickr, lo que explicaría su aspecto “cuadrado”, al ser las cámaras Hasselblad de formato medio.... y precio alto.

- Si eres aficionado al buen cómic, la historia “Bajo la bandera del oro”, de Corto Maltés, se desarrolla en esta misma zona y en esta misma época, incluso aparece un “Hernestway” llevando una ambulancia.

- El Passo de San Boldo está a unos 50 km al sur de la presa de Vajont, mencionada ya en este blog al tratar la historia de la mecánica de rocas.

Más información: - El Passo de San Boldo en la Wikipedia (en alemán, en italiano) - Herbert Thiess tiene el enlace más completo que he encontrado, con planos y secciones transversales, lo malo es que está en alemán aunque, bueno, para pegarle un vistazo a la galería de fotos eso no es problema.

- “Un giorno lungo un anno”, el álbum de Giancarlo Rado en Flickr Una última vista desde abajo:

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Túnel de San Gotardo, Sissi muestra su cara

Escenas escogidas del momento en el que los 9,50 metros de diámetro de la tuneladora Sissi superaban los escasos (y artificiales) 180 cm de “roca” que separaban los dos frentes, mostrando sus dientes (discos, en realidad) a las autoridades congregadas al evento.

Esto ocurrió ayer viernes, más o menos a la hora de la comida, y digo yo... si madrugar está tan bien visto, ¿por que no se hacen estas cosas a las ocho de la mañana?

Christian Hartmann / Associated Press

Fabrice Coffrini / AFP/Getty Images

Christian Hartmann / Reuters

Fabrice Coffrini / AFP/Getty Images

Christian Hartmann / Reuters

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Túneles del Metro de Praga en HDR Dos impresionantes fotografías HDR de los túneles del metro de Praga hechas por Stevacek para Getty Images.

Más información: •• Galería de fotografías HDR de Stevacek •• Túneles del metro de Praga en Skyscrapercity

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Artículo

Comportamientos técnicos de los hormigones reforzados con fibras de acero y sintéticas Benoit de Rivaz.

Bekaert France, S.A.S. Francia

El hormigón proyectado se utiliza en todos los trabajos de ingeniería civil, perforación de túneles y de edificación. Además es particularmente adecuado para las obras que se llevan a cabo en condiciones especiales como: ausencia de encofrado, revestimientos con capas delgadas de hormigón, alta resistencia en corto espacio de tiempo y métodos de construcción especiales. Este artículo presenta las características físicas de las fibras de acero y de las fibras sintéticas, tomando como referencia aplicaciones concretas de revestimiento de hormigón proyectado en la realización de túneles. Realmente, el comportamiento técnico de los hormigones reforzados con fibras (HRF) depende del tipo de fibra elegida. El módulo de elasticidad (o de Young) de las fibras, condiciona el modo de rotura post-fisuración observado. Esta publicación pretende explicar a los profesionales de la construcción, el empleo del hormigón reforzado con fibras (HRF), su durabilidad y su conformidad con las normas vigentes. Planificación, viabilidad y nuevos sistemas de fi nanciación Sesión 2

Introducción

la puesta a punto del ensayo de punzonamiento flexión y la redacción de las recomendaciones AFTES sobre HPRFA (TOS N°126 Nov/Dec 1994).

Desde octubre 2003, están disponibles las recomendaciones Rilem TC 162-TDF, asimismo la norma Europea de Hormigón Proyectado “Parte 1: Definiciones, especificaciones y conformidad”, que fue aprobada en marzo 2006.

El hormigón reforzado con fibras de acero (HRFA) hizo su aparición en el mercado europeo, en la segunda mitad de los años 70. En aquel momento no existían normas ni recomendaciones, lo que frenaba considerablemente el desarrollo de esta nueva tecnología. Sin embargo, el HRFA empieza a ser utilizado en diferentes trabajos de obra pública, revestimientos de túneles, minas, soleras, soleras sobre pilotes, elementos prefabricados, etc. Al principio, las fibras de acero eran utilizadas para sustituir un refuerzo secundario o para limitar las fisuras en secciones menos críticas de las obras.

A principios de este milenio, los proveedores de microfibras sintéticas empezaron a proponer las macrofibras. Las microfibras sintéticas suelen presentar una longitud de 6 a 12 mm, para un diámetro de 5 a 50 micras y se utilizan ampliamente para la limitación de fisuras debidas a retracción plástica y para retrasar la rotura o explosión del hormigón sometido a incendio. El módulo de elasticidad de un polímero se sitúa en una franja de 3000 a 5000 Mpa, por eso suponemos que el efecto de refuerzo de estas fibras desaparece unas horas después de la solidificación del hormigón, ya que el hormigón seco presenta un módulo de elasticidad de 30.000 Mpa. Las macrofibras sintéticas tienen medidas muy parecidas a las de las fibras de acero, con longitudes que varían entre 15 y 60 mm y diámetros entre 0,4 y 1,5 mm. Estas fibras se consideran como un material de construcción relativamente nuevo, pero muy a menudo vendidas como si tuvieran las mismas características que las fibras de acero. ¿Es realmente así?

Hoy en día, las fibras de acero se utilizan generalmente como refuerzo principal y único de las soleras industriales y de los elementos de hormigón prefabricado. Las fibras de acero se utilizan también en la puesta en obra de estructuras, garantizando así la durabilidad y posibilidad de ejecutar ciertos tipos de construcción, tales como: – refuerzo de los pilotes de cimentación, – refuerzo de las losas sobre pilotes, – sustitución integral de las armaduras tradicionales de las dovelas prefabricadas empleadas en túneles, – el refuerzo de bodegas y silos de hormigón y de losas autoportantes de cimentación, – refuerzo de tubos prefabricados, – refuerzo al cizallamiento de los elementos de construcción pretensados,

1. Propiedades físicas de las fibras de acero y de las sintéticas 1.1. Módulo de Young (o de elasticidad) de las fibras

Esta evolución hacia las aplicaciones estructurales se explica principalmente por la evolución de las tecnologías del HRFA y por las investigaciones efectuadas en el seno de distintas universidades o institutos técnicos, a fin de permitir el conocimiento y la medida de las propiedades del material. A principios de los años 90 se empezaron a desarrollar las primeras recomendaciones relativas al HRFA. En lo concerniente al hormigón proyectado reforzado con fibras de acero (HPRFA), el trabajo de los pioneros (SNCF, ALPES ESSAIS, CETU, SCETAUROUTE) permitió

La capacidad de refuerzo de una fibra depende del anclaje de la misma en el hormigón, de su resistencia a la tracción y de su módulo de elasticidad.

El módulo de elasticidad del hormigón es generalmente de 30.000 MPa, el de la fibra de acero de 210.000 Mpa y el de la macrofibra sintética de aproximadamente 10.000 Mpa.

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Tipos de fibras

completamente las fibras. Las fibras metálicas no presentan degradación de la calidad durante su mezcla.

Módulo de elasticidad (N /mm2)

Polipropilenos

3.500

Macrofibras sintéticas

10.000

Hormigón E= 11 000 fcj ^1/3

35.000

Fibra de vidrio

70.000

Acero

200.000

2. Propiedades del hormigón reforzado con fibras de acero y del hormigón reforzado con macrofibras sintéticas El hormigón reforzado con fibras es conocido por su ductilidad. El efecto de las fibras combina refuerzo y la colocación de una “red”. Las fibras modifican el comportamiento del hormigón: lo transforman de material frágil a material dúctil, capaz de resistir a las deformaciones importantes sin perder sus capacidades portantes. La ductilidad permite una nueva repartición de los esfuerzos así como una mejor capacidad portante de la estructura, las propiedades mecánicas del hormigón de base quedan inalteradas.

Tabla 1. Módulo de elasticidad según el tipo de fibra.

Para las fibras bien ancladas y para una solicitación idéntica, la elongación de las fibras sintéticas y el ancho correspondiente a las fisuras en el hormigón es muy superior a las correspondientes con fibras de acero. Esto puede tener un impacto sobre la durabilidad del hormigón, principalmente cuando esta técnica se combina con las armaduras tradicionales.

2.1. Efecto del refuerzo medido a través de los ensayos a flexión en 4 puntos sobre prismas (normas NB 238,239 et JSCE SF4)

1.2. Resistencia a la tracción de las fibras La resistencia a la tracción del alambre de acero suele ser de 1.000 a 2.000 MPa, contra los 300 a 650 Mpa de las macrofibras sintéticas.

1.3. Densidad específica de las fibras La densidad específica de las fibras de acero suele ser de 7.850 kg/m³, contra 910 kg/m³ de las fibras sintéticas y 1.000 kg/m³ del agua. Las fibras sintéticas son ligeras, una ventaja para la salud y la seguridad, pero más ligeras que el agua. De hecho las fibras sintéticas flotan sobre el agua, un fenómeno que puede llevarlas a la superficie.

1.4. Resistencia al fuego de las fibras Figura 1. Curva de deformación/fatiga típica de una macrofibra sintética a (9 kg/m3) en volumen.

Las microfibras de polipropileno suelen derretirse a temperaturas alrededor de los 160°C, lo que mejora su resistencia al fuego. En efecto, aunque el fenómeno no haya podido ser demostrado con exactitud, se cree que las microfibras empiezan a fundirse en el transcurso delos grandes incendios, dejando lugar a pequeños canales que permiten que el vapor se escape bajo presión. En consecuencia, el estallido o los daños en el hormigón son menores. Las macrofibras sintéticas se derriten a una temperatura equivalente, pero no son lo bastante finas para crear una red suficiente de canalillos en el hormigón sometido al fuego.

1.5. Resistencia a la oxidación Las fibras sintéticas no se oxidan, aunque quede alguna en la superficie. Las fibras de acero gris pueden presentar signos de oxidación si permanecen en la superficie, pero eso no provoca en ningún caso el estallido del hormigón. Si por razones estéticas, el óxido debe ser evitado, como para ciertas obras prefabricadas, se pueden utilizar fibras de acero galvanizado.

1.6. Mezclado de las fibras

Figura 2. Curva típica de deformación/fatiga para (40 kg/m3) de las fibras de acero con extremos conformados.

Algunas macrofibras sintéticas tienden a fibrilar durante el mezclado.

Este proceso de fibrilación sigue en la hormigonera y puede deshacer

En general, la mayoría de las macrofibras sintéticas presentan los resultados reflejados en la figura 1 durante los ensayos a flexión (rotura 32

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brusca inmediatamente después de la primera fisura). Un módulo de Young (o elasticidad) débil y una resistencia a la tracción poco elevada no permiten un buen efecto puro de refuerzo. Como se puede comprobar en las curvas de las figuras 1 y 2, la acción de la mayoría de las macrofibras sintéticas no empieza hasta que las fisuras son mucho más anchas que si utilizáramos fibras de acero; estas últimas, con anclaje, según su tipo, tienen una acción óptima para los anchos de fisura de 0,5 mm a 1 mm, mientras que las macrofibras sintéticas son eficaces para fisuras superiores a 3 mm.

Ahora las vigas ya están listas para el ensayo de fluencia. Sobre las muestras prefisuradas se aplica una fatiga residual del 50%. La carga se aplica sobre una configuración que presenta cuatro puntos de flexión.

La deformación se mide y se presenta sobre el eje de las Y, graduado de 1/100 mm, en la figura 4.

2.2. Fluencia de los hormigones reforzados con fibras de acero y con macrofibras sintéticas Existe muy poca información relativa a la fluencia del hormigón reforzado con macrofibras sintéticas. Los escasos artículos [3, 4] existentes deben ser abordados desde la prudencia, ya que sus conclusiones se basan en un número limitado de muestras ensayadas. Los ensayos de fluencia se ejecutan a partir de probetas de tamaños diferentes, con distintos procedimientos, ya que no existe ningún procedimiento de ensayo definido. Algunos ensayos de fluencia se han llevado a cabo en solo tres meses. La conclusión de estos artículos es que el coeficiente de fluencia varía entre 1 y 20 veces con un hormigón reforzado de fibras de acero, según el tipo de macrofibras sintéticas.

Figura 4. Fluencia (deformación en 1/100 mm) en relación con el tiempo (días).

Como se puede constatar en esta figura, las fibras de polipropileno presentan, al cabo de un año, una fluencia 7 a 20 veces más elevada que la de las fibras de acero. La fluencia de las macrofibras sintéticas no termina aquí: la curva todavía no se ha estabilizado. Por este motivo, Bekaert sigue en la actualidad los ensayos, a la espera de una eventual fluencia, mucho más importante para las macrofibras sintéticas. Estas deformaciones provocan, en consecuencia, fisuras mucho más anchas.

N.V. Bekaert ha puesto en funcionamiento un programa de ensayos para estudiar la diferencia en el comportamiento de la fluencia entre el hormigón reforzado con fibras de acero y el reforzado con macrofibras sintéticas.

Se fabricaron unas vigas en el laboratorio de Bekaert, con la siguiente mezcla:

2.3. Normas de fabricación de las fibras de acero y de las macrofibras sintéticas

427 kg/m³ de cemento CEM I 42.5R 854 kg/m³ arena 0/5 854 kg/m³ granulado calcáreo 4/7 agua/cemento = 0,50

Desde octubre 2003, las recomendaciones de diseño de cálculo Rilem TC 162-TDF se encuentran disponibles para el hormigón reforzado con fibras de acero. Todavía no existen recomendaciones similares para el hormigón reforzado con macrofibras sintéticas.

Las macrofibras sintéticas de tipo 1 (fibriladas) y 2 (monofilamentos) se incorporaron con una dosificación de 4,55 kg/m³ (0,5% vol).

2.4. Control de calidad de los hormigones reforzados con fibras de acero y los reforzados con macrofibras sintéticas

Las fibras de acero Dramix® RC-65/35-BN se dosificaron a 20 kg/m³.

Las vigas fueron prefiguradas y seguidamente fueron sometidas a carga, de manera que se pudieran comprobar sus desplazamientos, como lo exigen la mayoría de las normas relativas al hormigón reforzado con fibras de acero. La carga se suprimió a partir de una deformación de 5 mm. La fatiga residual en ese preciso momento es la que se indica en la curva de deformación/carga (figura 3).

Durante el control de calidad en la fabricación, es corriente efectuar pruebas de lavado para verificar la dosificación de las fibras en el hormigón fresco. Esta operación requiere siempre mucho tiempo, pero se facilita cuando las fibras pueden ser extraídas de forma magnética, como en el caso de las fibras de acero.

Figura 3. Puesta en marcha del ensayo de fluencia.

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3. Características del hormigón reforzado con fibras de acero(HRFA) utilizado en soleras

¿Cómo se comportan las macrofibras sintéticas en relación con las fibras de acero en los revestimientos?

Generalmente se considera que es necesario un rendimiento de dureza (Re3) mínimo de 30% para permitir la mejoría de la capacidad portante de una solera reforzada con fibras a flexión. Este objetivo no lo consigue la mayoría de macrofibras sintéticas por debajo de 4 kg/ m³. Una mezcla que alcanza este rendimiento de mezcla (0,4 vol%) requiere una particular atención.

El hormigón proyectado reforzado con fibras de acero (HPRFA), una vez endurecido, ofrece una mejor capacidad para soportar las tensiones residuales tras la fisuración, en comparación con el hormigón reforzado con fibras sintéticas, en un alto porcentaje volumétrico. Esto es debido a las débiles deformaciones cuando las fisuras son estrechas.

Esta es la razón por la que el hormigón proyectado con una dosificación adecuada de fibras de acero de buen rendimiento, es el que normalmente se prefiere para los trabajos subterráneos (la continuidad de la resistencia residual post-fisuración se adapta al principio de convergencia confinamiento) y es indispensable para garantizar la longevidad de la estructura.

Además, las fibras tienen una tendencia intrínseca a flotar en la superficie del hormigón, lo que no facilita el enlucido a máquina.

Es de esperar que una retirada accidental o una flexión provoquen fisuras relativamente anchas, debido al bajo Módulo de elasticidad (o de Young) de las fibras sintéticas y que además estas fisuras puedan seguir abriéndose durante la deformación.

4. Características del HRFA utilizado para reforzar los revestimientos de hormigón proyectado en galerías Tras la excavación de un túnel, el terreno se considera como elástico.

Un poco más tarde, la repartición de las tensiones va evolucionando y si el terreno es suficientemente frágil, una zona se fragmentará alrededor del túnel (zona plástica). El método llamado de “convergencia confinamiento” es el que generalmente se aplica para este tipo de obra.

En el caso de utilizar un refuerzo, Pi representa la presión de este refuerzo contra la superfície de la roca en la figura 5. Durante la preparación del refuerzo necesario para limitar, incluso para parar la deformación, se utiliza la curva de reacción del suelo y la curva de refuerzo. Cuando el terreno es estable, como para la línea de puntos 1 de la figura 5, la tensión decrece mientras que la deformación se efectúa libremente: entonces no es necesario ningún refuerzo. Cuando el terreno es menos estable o fracturado como sucede con la línea continua 2 de la figura 5, la tensión aumenta de nuevo a causa del peso de la zona plástica fragmentada en el techo. En este caso es necesario un refuerzo y se debe colocar antes de que la zona plástica pierda su cohesión.

Figura 6. Efecto de fluencia sobre el refuerzo de un revestimiento.

El refuerzo debe asimismo soportar en continuo la presión del terreno, especialmente durante las excavaciones, donde las tensiones evolucionan conforme se avanzan las obras y donde la fluencia llega a ser entonces un problema. No contamos más que con una escasa información sobre la fluencia de los hormigones reforzados con macrofibras sintéticas y sobre el envejecimiento de dichas fibras en la matriz del hormigón alcalino. Como se puede observar en la figura 6, el hormigón proyectado reforzado con fibras de acero (HPRFA) tiene una tendencia menor a la fluencia, su deformación suplementaria bajo tensión es mínima, mientras que el hormigón proyectado con fibras sintéticas presenta una deformación mucho más importante.

Esta noción de fluencia puede llegar a ser crítica en función del destino de la obra.

La capacidad de soporte de carga, aun en el caso de sufrirse deformaciones importantes, debe ser una propiedad intrínseca del tipo de refuerzo elegido. La presencia de fibras de acero en una matriz de hormigón, que tienen la capacidad de formar puentes que trasmitan la tensión a través de las posibles fisuras, permite transformar un material de una cierta fragilidad en un material dúctil.

4.1. Rendimientos necesarios de los hormigones proyectados Los comportamientos de un hormigón proyectado con fibras se miden siguiendo los ensayos de punzonamiento flexión efectuado en Francia por la S.N.C.F. (Recomendación de AFTES) Y recomendados por el EFNARC en la “ESPECIFICACIÓN EUROPEA DE HORMIGÓN PROYECTADO” y por la norma europea EN 14487-1 de hormigón proyectado.

Figura 5. Presión del refuerzo tras la excavación del túnel.

Clase de ductilidad

Absorción de energía en julio para una deformación de 25 mm

A

500

B

700

C

1000

Tabla 2. Rendimientos que deben alcanzarse con un hormigón tipo C30/37.

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Estos rendimientos deben alcanzarse con un hormigón tipo C30/37.

Las fibras de acero (o de fundición amorfa) son las únicas que aportan un refuerzo estructural.

Para garantizar este efecto red se impone respetar las tolerancias descritas por la norma EN 14 889-Fibras para el hormigón Parte 1 Fibras de acero:

El comportamiento del HRFA aumenta con: – Los rendimientos del hormigón matriz.

– La dosificación de fibras.

– Los rendimientos intrínsecos de la fibra elegida.

El rendimiento de la fibra aumenta cuando: – La relación longitud/diámetro aumenta – La sección de la fibra disminuye (el diámetro determina la longitud de la red en la matriz: cuanto más fino sea el diámetro, más densa será la red).

– La resistencia a la tracción del alambre aumenta.

– La calidad del anclaje (extremos conformados u ondulación). El anclaje se debe optimizar para que la resistencia a tracción de la fibra sea siempre superior a su resistencia al desgarro.

Diámetro del alambre (mm)

0,55

0,55

0,62

0,75

Longitud de la fibra (mm)

35

30

30

30

Relación Longitud/Diámetro Clase de comportamiento

> 60

50< L/D <60

45< L/D< 50

L/D<45

Número de fibras por kg

14.500

16. 000

13.000

9.000

Dosificación mínima/m3 de hormigón a eficacia equivalente (kg)

20

25

30

40

10.000

10.000

10.000

10.000

Longitud mínima de red por m3 (ml)

Tabla 3. Tolerancias descritas en la norma EN 14889.

La dosificación de las fibras en la mezcla de partida debe tener en cuenta el ratio de empobrecimiento ligado al modo de proyección del hormigón.

Descripción de la fibra de acero:

4.3. Noción de ductilidad

– Resistencia > 1 000 Mpa según la norma NE 10016.2 de agosto 1995 y bajo certificado ASTM A 820.

– La longitud de la fibra debe ser 3 veces mayor al diámetro del mayor de los áridos. En el caso de que el mayor de los áridos sea de 10 mm, la longitud de la fibra será de mínimo 30 mm.

– La geometría de la fibra debe favorecer el anclaje en la matriz del hormigón (ej: una confección simétrica en forma de bayoneta, llamada “extremo conformado o gancho” optimiza el anclaje de la fibra el anclaje de la fibra en la matriz del hormigón).

– Control de Calidad: producción certificada (AFAQ o ISO 9002).

Las diferentes maneras de especificar la ductilidad del hormigón proyectado reforzado con fibras en términos de resistencia residual y de capacidad de absorción no son directamente comparables.

La resistencia residual puede ser especificada cuando las características del hormigón se utilizan en el modelo estructural.

El valor de absorción de energía medido sobre una placa puede especificarse cuando, en el caso de fijación con pernos en la roca, se da prioridad a la energía que debe ser absorbida durante la deformación de la roca.

La elección del tipo de fibra y su dosificación vienen determinados por los rendimientos solicitados por el proyecto durante las pruebas de estudio.

4.2. Noción de red

Es este último criterio el que generalmente se acepta en el contexto de los hormigones proyectados reforzados con fibras en obras subterráneas para el sostenimiento provisional.

Las clases de comportamiento de las fibras se obtienen por la relación longitud/diámetro de la fibra.

La norma EN 14 887 para el hormigón proyectado precisa el objeto del ensayo de placa punzonamiento flexión:

La norma europea precisa que el valor para una superposición mínima entre fibras “s” puede estimarse con la ayuda de la siguiente fórmula:

La placa de ensayo está concebida para determinar la energía absorbida a partir de la curva carga/deformación realizada para medir la ductilidad.

El ensayo permite establecer un modelo más realista de la flexión biaxial susceptible de producirse en ciertas aplicaciones, en particular a nivel de la roca. La aplicación de una carga sobre el punto central puede igualmente considerarse como una simulación del anclaje de una roca. La experiencia ha demostrado que este ensayo da buenos resultados.

s=

3

d2f lf 4 f

Donde lf es la longitud de las fibras df es el diámetro equivalente de una fibra pf es el porcentaje de las fibras s debe ser inferior a 0,45lf para garantizar una superposición

En el contexto de un programa de ensayo previo a la proyección, la placa de ensayo es apropiada para verificar todos los parámetros que influyen en la calidad del hormigón proyectado reforzado con fibras especificadas en los documentos del proyecto. Para los controles de rutina, conviene realizar ensayos que permitan determinar la resistencia a la compresión y ensayos de tamizado bajo el agua para verificar el contenido de fibras de acero. La placa de ensayo permite igualmente comparar diferentes dosificaciones y tipos de fibra, así como los hormigones refor-

Para una relación L/D de 65, la dosificación mínima para obtener un efecto de red, según la teoría de Mc Kee (Norma Europea) es de 20 kg/ m3, o sea una longitud de red de alrededor 10.000 ml/m3.

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conocemos aún suficientemente sus características de fluencia, de resistencia al cizallamiento, de control de las fisuras ni de su durabilidad.

En cambio, su modo de rotura limita sus aplicaciones potenciales de utilización. Los estudios y ensayos en curso permitirán que se conozca mejor este material y que se definan las condiciones apropiadas de su eventual puesta en obra.

zados con mallazo y los reforzados con fibras, con la condición de que el modo de rotura sea el mismo.

La diferencia del modo de rotura de las fibras macrosintéticas está particularmente ilustrada en las curvas obtenidas a partir de los ensayos de probetas prismáticas (figura 1). Esta es la razón por la cual la única noción de Energía Absorbida para una deformación de 25 mm no es suficiente para garantizar las propiedades que se requieren en la matriz del hormigón.

Bibliografía

A fin de tener en cuenta el modo de rotura de las fibras macrosintéticas (módulo de elasticidad –o de Young– de la fibra inferior al del hormigón), se recomienda verificar que las especificaciones de la fibra macrosintética a las dosificaciones propuestas (6 a 9 kg/m3 mínimo, según las fibras) satisfagan como mínimo la clase de resistencia residual D1S2 descrita en la norma Europea.

1. FTES, Recomendaciones sobre hormigón proyectado reforzado con fibras de acero.

2. BERNARD, E.S. (2004). Creep of cracked fibre reinforced shotcrete panels. Shotcrete: More Engineering Developments – Bernard, Taylor and Francis Group, Londres, ISBN 04 14 35 898 1.

3. EFNARC, Recomendaciones sobre los hormigones proyectados.

4. EN 1487-1 Norma Europea. Hormigón proyectado 5. MACKAY, J., TROTTIER J.F. (2004). Post-crack behaviour of steel and synthetic FRC under flexural loading. Shotcrete: More Engineering Developments – Bernard, Taylor and Francis Group, Londres, ISBN 04 1435 89 1.

6. VANDEWALLE, L. (Chairlady of TC Membership) (Octubre 2003).

Test and design methods for steel fibre reinforced concrete. Rilem TC162-TDF – Materials and Structures, Vol. 36.

7. VANDEWALLE, M. (Septiembre 2004). The evolution of the international projects in the development of steel fibre reinforced concrete. Conferencia de Bergamot.

Conclusión El HRFA, tanto si es proyectado como si no, se ha revelado, a través de los años, como un material de construcción fiable. Tras 30 años de puesta en obra, se publicaron en octubre 2003 las primeras recomendaciones de diseño de cálculo Rilem para el HRFA. Las normas Europeas EN sobre HPRFA fueron aprobadas este año 2006.

Los nuevos hormigones reforzados con fibras, especialmente con macrofibras sintéticas, no se conocen todavía a la perfección, pero pueden ser interesantes para ciertas condiciones de utilización. No

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Lombardo Construcciones, S. A. de C. V. Insurgentes Sur 2376-702, Col. Chimalistac C. P. 01070, México D. F. Tel. 56 16 80 18 Fax. 55 50 65 41 www.lombardo.com.mx

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Curso Túneles y Obras Subterráneas Sede: Salón Bernardo Quintana Lugar: CICM Fecha: 26 al 28 de octubre de 2011 Informes: amitos@amitos.org amitos@prodigy.net.mx Tel. 5528 3611

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Colloquium on Using Underground Space in Urban Areas in South-East Europe UNDER CITY

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38th General Assembly of ITA Sede: Bangkok Tailandia Lugar: WTC Fecha: 20 al 23 de mayo de 2012 Informes: www.ita-aites.org

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Lecciones de Estrategia Empresarial II Caso 1: estar bien informado Un cura va conduciendo cuando ve a una monja parada a un lado de la carretera, esperando el autobús.

El cura se detiene y le ofrece llevarla hasta el pueblo más próximo. La monja acepta y pone el equipaje en el asiento trasero. Al sentarse, su hábito se abre un poco y deja ver una hermosa pierna.

Cuando el cura lo advierte casi ocurre un accidente. Consigue controlar el coche, aunque no resiste la tentación y pone la mano en la pierna de ella.

La monja mira al cura y le dice: -Padre, recuerde el Salmo 129.

El cura retira rápidamente su mano y pide disculpas, pero sus ojos se resisten a dejar de mirar la pierna, por lo que, poco después, su mano salta de la palanca del cambio esta vez a la rodilla de la monja: -Padre, recuerde el Salmo 129, reitera la monja.

El cura, contrariado, retira la mano y trata de disculparse: - La carne es débil, hermana…

Llegan a su destino y ella mira al cura significativamente y le agradece el favor de haberla acercado a su destino.

El cura prosigue su viaje y cuando llega a su destino corre a ver lo que dice el Salmo 129.

Salmo 129: “Sigue adelante e inténtalo. Alcanzaras la gloria”.

Conclusión: Esté informado al máximo sobre temas relacionados con su trabajo o se expone a perder grandes oportunidades.

Caso 2: como reaccionar ante una situación desfavorable Un joven de la ciudad se fue al campo y le compró un burro a un viejo campesino por $ 100. El anciano acordó entregarle el animal al día siguiente, pero al día siguiente el campesino le dijo: -Lo siento hijo, pero tengo malas noticias. El burro murió.

-Bueno, entonces devuélvame mi dinero.

-No puedo, lo he gastado ya.

-Bien, da igual, entrégueme el burro.

-Y, ¿para qué?, ¿qué va hacer con él?

-Lo voy a rifar.

-¡Está loco!, ¿Cómo va a rifar un burro muerto?

-Es que no voy a decir a nadie que esta muerto, por supuesto.

Un mes después de este suceso se volvieron a encontrar el viejo vendedor y el joven comprador.

-¿Qué pasó con el burro?

-Lo rifé. Vendí 500 boletos a $ 2 y gané $ 900.00.

-¡¡¿Y nadie se quejó?!!

-Solo el ganador, pero a él le devolví sus $ 2.

Conclusión:

Este es un ejemplo de cómo convertir una situación desfavorable en un éxito.

Caso 3: sobre la información correcta y veraz Un reo, condenado a cadena perpetua por asesinato premeditado y alevoso, se fuga de la prisión después de estar 22 años en la cárcel.

Al huir entra en una casa en la que duerme una joven pareja. El reo ata al hombre en una silla y a la mujer en la cama. A continuación acerca su rostro al cuello de la mujer y sale de la habitación.

Arrastrando la silla, el hombre se acerca desesperadamente a su mujer y le dice: -Mi amor, este hombre no ha visto a una mujer en años, lo vi besando tu cuello y, aprovechando que se ha salido, quiero pedirte que cooperes con él y hagas todo lo que te pida.

Si quiere tener sexo contigo no lo rechaces y finge que te gusta. No lo hagas enojar. ¡nuestra vidas dependen de ello! Sé fuerte mi vida; yo te amo.

La joven esposa le dice al marido: -Querido, estoy complacida de que pienses así. Efectivamente, ese hombre no ha visto en muchos años una mujer, pero no estaba besando mi cuello. Estaba diciéndome al oído que tú le gustas y quería saber si guardábamos la vaselina en el lavabo. ¡Sé fuerte, mi vida! ¡¡Yo también te amo!!

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Conclusión: No estar informado verazmente puede acarrear serios inconvenientes. La información pronta y exacta es fundamental para sortear con éxito el ataque de la competencia desleal y así evitar ingratas sorpresas.

Caso 4: sobre los planes estratégicos Un muchacho entra en una farmacia y dice al farmacéutico: -Señor, deme un preservativo. Mi novia me ha invitado esta noche a cenar a su casa y esta que se derrite por mí, así que esta noche pretendo calmarla.

El boticario le despacha el preservativo y cuando el joven va a salir, vuelve sobre sus pasos y dice: -Será mejor que me dé usted otro preservativo porque la hermana de mi novia, que es un bombón, me hace unos cruces de piernas que le veo hasta las entrañas, y como voy a ir a cenar a su casa…

Toma el segundo preservativo, piensa un momento y…

-Deme uno más porque la madre de mi chica, que está de ensueño la señora, cuando no está mi novia delante, me hace unas insinuaciones que… y como voy a ir a cenar a su casa esta noche…

Llega la hora de la cena y el muchacho tiene a un lado a su novia, al otro a la hermana y enfrente a la mamá de ambas.

En ese instante llega el padre que se sienta al frente de la mesa.

El muchacho baja la cabeza y empieza a rezar: -Señor te damos gracias por los alimentos…

Bendícenos a todos… y perdónanos si en algo te hemos ofendido…

Pasa un minuto y el chico sigue rezando: -¡Gracias Señor!

A los diez minutos de rezos y oraciones la novia le dice: -No sabía que fueras tan religioso…

-¡¡Ni yo que tu padre era el farmacéutico!!

Conclusión No comentes los planes estratégicos de la empresa a desconocidos porque la falta de confidencialidad puede destruir su propia organización.

Servicio y satisfacción del cliente es nuestro compromiso www.tradeco.com.mx

Nos caracteriza nuestra visión y experiencia encaminada al desarrollo de nuevas técnicas de construcción en: cimentación profunda, muelles, túneles, tabla estacado, anclajes, muros milán, deprimidos.