“TÚNELES CARRETEROS”
JUAN J. SCHMITTER M. DEL CAMPO
INSTRUMENTACIÓN Y MEDICIONES DE COMPORTAMIENTO 11 – 12 de octubre
REFERENCIAS: Dunnicliff J., (1988). GEOTECHNICAL INSTRUMENTATION FOR MONITORING FIELD PERFORMANCE. John Wiley & Sons. Aguilar O. S., (2009). INSTRUMENTACIÓN DE TÚNELES EN SUELOS BLANDOS. ICA, S.A de C.V. Gómez C. F., (2011). COMUNICACIÓN PERSONAL. ICA S.A. de C.V. Zaldivar D. a. (2011). COMUNICACIÓN PERSONAL. ICA S.A. de C.V.
CONTENIDO 1. 2. 3. 4. 5.
OBJETIVOS CONCEPTOS BÁSICOS QUE SE MIDE CON LOS INSTRUMENTOS SISTEMA DE AUSCULTACIÓN EJEMPLOS
1. OBJETIVOS
1.1 AUSCULTACIÓN CONTINUA (MONITOREO) DEL COMPORTAMIENTO DE: a) EL TÚNEL EN CONSTRUCCIÓN. b) EL TERRENO VECINO. C) LAS ESTRUCTURAS VECINAS. 1.2 VERIFICACIÓN DE LAS HIPÓTESIS DE DISEÑO, DEL TÚNEL. 1.3 ACOPIO DE INFORMACIÓN ÚTIL PARA INVESTIGACIÓN Y FUTUROS DISEÑOS.
ES DECIR, ASPECTOS RELACIONADOS CON: •
LA VERIFICACIÓN DE LA SEGURIDAD DE LA OBRA Y SU ENTORNO. APLICANDO, EN SU CASO, ACCIONES PREVENTIVAS O CORRECTIVAS.
•
LA CONFIABILIDAD DEL DISEÑO APLICADO, CONFIRMANDO O AJUSTANDO LAS TEORÍAS Y PROCEDIMIENTOS APLICABLES.
•
LA VALIDACIÓN DE NUEVAS TEORÍAS Y PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO.
2. CONCEPTOS BÁSICOS, SEGÚN J. DUNNICLIFFT
CUESTIONAMIENTOS DE J. DUNNICLIFF
¿QUE SE ENTIENDE POR INSTRUMENTACIÓN GEOTÉCNICA?
La práctica ingenieril de la instrumentación geotécnica, es una interacción entre las habilidades del personal y las capacidades de los instrumentos Hay dos enfoques: a) La determinación en sitio de las propiedades de los suelos y las rocas. b) La auscultación del comportamiento de las Obras Civiles, durante su construcción.
El uso de la instrumentación geotécnica no se limita solamente a seleccionar el instrumento en sÍ, sino al desarrollo paso a paso de un proceso ingenieril, que empieza con la definición de los objetivos buscados, continúa con la implementación de los aparatos e instrumentos requeridos y termina con la interpretación de los resultados obtenidos.
Cada paso es crítico para el éxito o fracaso del programa completo y el proceso ingenieril en cuestión involucra tanto a las habilidades del personal como a las capacidades de los aparatos.
CUESTIONAMIENTOS DE J. DUNNICLIFF
¿POR QUÉ NECESITAMOS AUSCULTAR (Monitorear) EL COMPORTAMIENTO “DE CAMPO”?
El diseñador de una obra cuya componente geotécnica es relevante, (es decir casi todas) trabaja siempre con una importante dosis de incertidumbre, debido a la heterogeneidad de los materiales naturales. Por lo general, la cuidadosa observación del comportamiento de las obras de construcción, geotécnicas, forma parte de su proceso de diseño.
CUESTIONAMIENTOS DE J. DUNNICLIFF
¿QUE CAPACITACIÓN DEBE TENER EL PERSONAL?
Debe ser una persona confiable, paciente y perseverante, además de tener conocimientos básicos de geotecnia ingenieril y contar con habilidades, mecánica y eléctrica. Debe prestar atención a los detalles y tener un alto grado de motivación hacia la investigación.
CUESTIONAMIENTOS DE J. DUNNICLIFF
¿QUÉ CARACTERÍSTICAS DEBEN TENER TENER LOS INSTRUMENTOS?
Sobre todo deben ser confiables. Su máxima simplicidad y su correspondiente alta calidad, están ligadas con su confiabilidad. En orden decreciente, la simplicidad y confiabilidad de los instrumentos se asocia con: • la óptica. • la mecánica. • la hidráulica. • la neumática. • la electricidad.
Es decir, los instrumentos ópticos son los más simples y confiables.
CUESTIONAMIENTOS DE J. DUNNICLIFF
LA CLAVE DEL ÉXITO
El beneficio máximo de un “Sistema de auscultación” se alcanza cuando se han seguido a cabalidad todos sus pasos, tanto en la planeación como en la ejecución. Como analogía se puede considerar una cadena, donde todos sus eslabones estén convenientemente reforzados.
FRASES ÚTILES •
Lo que no se mide, no se puede mejorar
•
La instrumentación, por si sola, no mejora el comportamiento constructivo de un túnel.
•
Para que sean útiles, los resultados de la instrumentación deben ser procesados oportunamente y entregados sistemáticamente a quienes toman decisiones sobre el proceso constructivo del túnel o de la obra subterránea.
3. QUE SE MIDE CON LOS INSTRUMENTOS
3.1 DESPLAZAMIENTOS 3.2 DESPLOMOS 3.3 DEFORMACIONES/ESFUERZOS 3.4 PRESIONES 3.5 VIBRACIONES
3.1 DESPLAZAMIENTOS a) b) c) d) e)
Verticales, en la superficie del terreno. Horizontales, en la superficie del terreno. Verticales, en el interior del subsuelo. Horizontales, en el interior del subsuelo. En el interior del túnel (convergencias).
BANCO DE NIVEL PROFUNDO
REFERENCIAS DE NIVEL TRAMO ERMITA-EJE CENTRAL
5.000 4.000
3.000 2.000 1.000 0.000 -1.000 -2.000
-3.000 -4.000 -5.000 -6.000 -7.000
-8.000 -9.000 -10.000
600
500
400
300
200
100
0
ASENTAMIENTO EN SUPERFICIE (cm) LECTURA DE ASENTAMIENTO 06/02/2011 y 09/02/2011
a) Verticales, en la superficie del terreno
INCLINÓMETRO
INCLINÓMETRO
Sistema Digital para medición de Inclinómetros
INCLINÓMETRO
d) Horizontales, en el interior del subsuelo.
CINTAS MÉTRICAS INVAR, CON TENSADO CONTROLADO (DISTÓMETRO)
e) En el interior del túnel (convergencias).
LINEAS DE MEDICIÓN
Túnel I
D
H
SISTEMA AUTOMATIZADO, PARA MEDICIÓN DE CONVERGENCIAS
e) En el interior del túnel
SISTEMA AUTOMATIZADO, PARA MEDICIÓN DE CONVERGENCIAS
e) En el interior del túnel
SISTEMA AUTOMATIZADO, PARA MEDICIÓN DE CONVERGENCIAS
Tiempo 29-Sep-08
19-Sep-08
9-Sep-08
REINYECCION CON LODO FRAGUANTE
30-Aug-08
20-Aug-08
10-Aug-08
31-Jul-08
21-Jul-08
11-Jul-08
1-Jul-08
21-Jun-08
11-Jun-08
150
1-Jun-08
175
22-May-08
12-May-08
2-May-08
22-Apr-08
Incremento del diametro (mm)
ANILLO 118 MARCO 1 Y 2
250
225
200
Incremento súbito de 28 mm del diámetro horizontal (23/07/2008)
125
100
75
50
25
0
3.2 DESPLOMOS a) En edificaciones vecinas. b) En columnas de estructuras viales, vecinas.
PLOMADAS ELECTRÓNICAS
e) En edificaciones vecinas.
3.3 DEFORMACIONES/ESFUERZOS a) En el interior del subsuelo. b) En el soporte inicial del túnel, para determinar esfuerzos.
EXTENSÓMETROS DE BARRA
a) En el interior del subsuelo
EXTENSÓMETROS DE BARRA
Unidad de lectura de cuerda vibrante
Extensómetros de barras 0.015 0.010
Desplazamiento (m)
0.005 0.000 -0.005 -0.010 -0.015 -0.020 -0.025 -0.030
V-1 4.50 Mts
V-2 8.00 Mts.
DEFORMÍMETROS
b) En el soporte inicial del túnel, para determinar esfuerzos
DEFORMÍMETROS
b) En el soporte inicial del túnel, para determinar esfuerzos
DEFORMÍMETROS
b) En el soporte inicial del túnel, para determinar esfuerzos
DEFORMÍMETROS
b) En el soporte inicial del túnel, para determinar esfuerzos
DEFORMÍMETROS
b) En el concreto
DEFORMÍMETROS
b) En el acero
3.4 PRESIONES a) Del agua contenida en el subsuelo. b) De la masa de suelo. c) Del suelo actuando sobre las paredes del túnel.
PIEZÓMETROS
a) Del agua contenida en el subsuelo
PIEZÓMETROS
a) Del agua contenida en el subsuelo
PIEZÓMETROS
TÚNEL RÍO DE LA COMPAÑÍA CAD 1+630 LECTURAS PIEZOMETRICAS
LIMITE PREDIO CARCAMO AVANDARO
PIEZ. 1
0 22/06/09 06/07/09 17/07/09 0 0
PROFUNDIDADES DE LOS PIEZÓMETROS (m)
2
4
6
8
10 TÚNEL
12
FLUJO
14
10/06/09 25/06/09 07/07/09 20/07/09 2
11/06/09 15/06/09 29/06/09 30/06/09 08/07/09 11/07/09 22/07/09 25/07/09 LECTURAS PIEZOMÉTRICAS REGISTRADAS (ton/m2) 4 6 8 10
18/06/09 02/07/09 13/07/09 27/07/09
19/06/09 03/07/09 16/07/09
12
14
TÚNEL RÍO DE LA COMPAÑÍA ESTACIÓN 1+630 LECTURAS PIEZOMÉTRICAS
PIEZÓMETRO N/S: 09-3054
11.90
11.80
PRESIONES HIDRÁULICAS (ton/m2)
11.70
11.60
11.50
11.40
11.30
11.20
11.10
11.00
10.90
10.80 1/06/09
11/06/09
21/06/09
1/07/09
11/07/09
21/07/09
FECHAS
31/07/09
10/08/09
20/08/09
30/08/09
9/09/09
TÚNEL RÍO DE LA COMPAÑÍA ESTACIÓN 1+630 LECTURAS DE PIEZÓMETROS 01, 02 Y 03
PIEZÓMETRO N/S: 09-3054
PIEZÓMETRO N/S: 09-3053
PIEZÓMETRO N/S: 09-3056
40.00
35.00
PRESIONES HIDRÁULICAS (ton/m2)
30.00
25.00
20.00
15.00
10.00
5.00
0.00 1/06/09
11/06/09
21/06/09
1/07/09
11/07/09
FECHAS
21/07/09
31/07/09
10/08/09
TÚNEL RÍO DE LA COMPAÑÍA CAD 1+630 LECTURAS PIEZOMETRICAS 0
0 0
5
PROFUNDIDADES DE LOS PIEZÓMETROS (m)
10
15
20
25
30
35
40
45
5
10
PZ 1
PZ 2
LECTURAS PIEZOMÉTRICAS REGISTRADAS (ton/m2) 15 20 25 30
PZ 3
35
40
45
PIEZOCELDAS
b) De la masa de suelo
PIEZOCELDAS
PIEZOCELDAS RELLENO SUELO- CEMENTO
BOLITAS DE BENTONITA
50
CABLE DE SEÑAL
POLIDUCTO FLEXIBLE
TUBO DE ACERO GALVANIZADO DE Ø2" PARED GRUESA
BARRENO Ø 4.5" COPLE ADAPTADOR AW/LTH
1OO FILTRO DE ARENA PIEZOMETRO FILTRO DE GEOTEXTIL NIVEL DE BARRENACIÓN
CELDA DE PRESIÓN
PIEZOCELDAS
b) De la masa de suelo
PIEZOCELDAS
CELDAS DE PRESIÓN
c) Del suelo actuando sobre las paredes del túnel
CELDAS DE PRESIÓN
c) Del suelo actuando sobre las paredes del túnel
CELDAS DE PRESIÓN
c) Del suelo actuando sobre las paredes del túnel
CELDAS DE PRESIÓN
c) Del suelo actuando sobre las paredes del túnel
CELDAS DE PRESIÓN
c) Del suelo actuando sobre las paredes del túnel
Bordo izquierdo
Nivel del canal en época de lluvias
Nivel del canal en época de estiaje
15.8 m
CELDA O7-21382
CELDA 07-21368
CELDA 07-21389
CELDA 07-21386
3.5 VIBRACIONES a) Causadas por el procedimiento constructivo del túnel. b) Provocadas por la ocurrencia de sismos..
4. SISTEMA DE AUSCULTACIÓN
EN EL DISEÑO DE UN SISTEMA DE AUSCULTACIÓN SE REQUIERE: • • • • •
Definir las características del proyecto. Predecir los mecanismos que controlan el comportamiento del mismo. Identificar las preguntas geotécnicas que deben ser respondidas. Definir el propósito de la instrumentación. Seleccionar los parámetros que deben ser auscultados.
EN EL DISEÑO DE UN SISTEMA DE AUSCULTACIÓN SE REQUIERE: (Continua 1) • • • • • •
Predecir la magnitud de los cambios. Identificar acciones correctivas. Asignar tareas para las etapas de diseño, construcción y operación. Seleccionar instrumentos. Seleccionar la ubicación de los instrumentos. Planear el registro de factores que pudiesen afectar a las mediciones.
EN EL DISEÑO DE UN SISTEMA DE AUSCULTACIÓN SE REQUIERE: (Continua 2) • • • • •
Establecer los procedimientos que aseguren que las mediciones sean correctas. Enlistar el propósito específico de cada instrumento. Preparar presupuesto. Redactar las especificaciones para la procura de los instrumentos. Planeación de la instalación.
EN EL DISEÑO DE UN SISTEMA DE AUSCULTACIÓN SE REQUIERE: (Continua 3) • • • •
Planeación del mantenimiento y calibraciones periódicas de los instrumentos. Planeación de la captura de los datos, su procesamiento, la implementación de acciones. Elaboración del contrato por los servicios del sistema de auscultación. Actualización del presupuesto.
5. EJEMPLO
A3 Deformímetros para concreto
Deformímetros para acero
DEFORMIMETRO DE CONCRETO DEFORMIMETRO DE CONCRETO
N/S: 08-4200-09
N/S: 08-4200-12 DEFORMIMETRO DE ACERO DEFORMIMETRO DE ACERO
B
N/S: 08-12041
N/S: 08-12044
A2
MULTIPLEXOR
N/S: 08-6382
AVANCE DEL ESCUDO
0 DEFORMIMETRO DE ACERO
DEFORMIMETRO DE ACERO
N/S: 08-12043 DEFORMIMETRO DE CONCRETO
N/S: 08-12042 DEFORMIMETRO DE CONCRETO
N/S: 08-4200-11
N/S: 08-4200-10
A1
C
Celdas de presión SECCIÓN TRANSVERSAL
K-3
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
“TÚNELES CARRETEROS”
JUAN J. SCHMITTER M. DEL CAMPO
INSTRUMENTACIÓN Y MEDICIONES DE COMPORTAMIENTO 11 – 12 de octubre