Conferencia Juan Jacobo Schmitter - febrero 2014

CONFERENCIA:

“SORPRESAS” GEOTÉCNICAS, RELACIONADAS CON EL MICRO-TUNELEO EN SUELOS GRANULARES, BAJO EL NIVEL FREÁTICO

JUAN J. SCHMITTER M. DEL CAMPO 18 de FEBRERO, del 2014

MENSAJE INICIAL

De manera natural nuestra experiencia geotécnica “nacional”, contiene una fuerte componente “cohesiva” derivada de la “cuna” arcillosa lacustre en la que nos hemos desarrollado la mayoría de los ingenieros geotecnistas.

Es por ello que cuando nos toca ejercer nuestra “práctica” profesional en otros suelos, empezamos a “descubrir” comportamientos que en principio nos podrían parecer “sorpresivos”.

MENSAJE INICIAL

Tal es el caso de las experiencias que se han vivido recientemente durante la construcción de un ducto de drenaje, mediante la técnica del micro-tuneleo, en los depósitos granulares gruesos del río Medellín, en Colombia.

MENSAJE INICIAL

En lo que sigue, se presentan algunas de las “sorpresas” más significativas que han ocurrido en el sitio de la Obra, desde el momento en que se empezaron a construir los pozos de acceso al subsuelo (lumbreras), hasta las dificultades surgidas durante los primeros hincados de tubo y de los percances asociados al proceso de tuneleo.

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4.

5.

CONTENIDO ANTECEDENTES ESTRATIGRAFÍA PROCEDIMIENTOS 3.1 Pozos 3.2 Túneles 3.3 Tubos “SORPRESAS” DETECTADAS Y SOLUCIONES APLICADAS 4.1 Estabilidad de suelos granulares 4.2 Rotura de tubos, durante su hincado 4.3 Expulsión de lodo 4.4 “Chimeneas” 4.5 Desgaste de herramientas CONCLUSIONES

1. ANTECEDENTES

ANTECEDENTES

En la zona noroeste de la República de Colombia, el organismo estatal Aguas Nacionales EPM, S.A. E.S.P, construye a través del Consorcio CICE formado por una empresa colombiana y dos mexicanas, el Interceptor Norte del Río Medellín (INRM), importante obra de drenaje, cuya principal misión es captar los escurrimientos de agua residual urbana, antes de que lleguen al río de mismo nombre, para evitar que lo contaminen.

ANTECEDENTES

Sector Moravia

UBICACIÓN GENERAL DEL PROYECTO

ANTECEDENTES

UBICACIÓN GENERAL DEL PROYECTO

ANTECEDENTES

RÍO MEDELLÍN, VISTA AGUAS ABAJO

ANTECEDENTES

Para la construcción del citado túnel de drenaje con casi 7.8 km de longitud y diámetro interno de 2.20 ó 2.40 m, ubicado entre 5.5 y 20.5 m de profundidad bajo las márgenes del río Medellín, se están utilizando dos máquinas de microtuneleo, Diana y Sofía, con capacidad para excavar en suelos granulares gruesos bajo el nivel freático, e hincar tubos prefabricados de concreto reforzado, de 2.50 m de longitud y 2.63 ó 3.00 m, de diámetro externo.

ANTECEDENTES

El acceso al subsuelo se ha procurado mediante la construcci贸n de 27 pozos (lumbreras) con di谩metros variando entre 4 y 9.5 m y a profundidades de 9 a 24 m.

2. ESTRATIGRAFÍA

ESTRATIGRAFÍA

Conforme a la información geotécnica disponible, el subsuelo del sitio donde se construye el INRM es predominantemente granular y está formado por depósitos aluviales recientes descansando sobre depósitos aluviales gruesos, y también sobre depósitos aluvio-torrenciales. Adicionalmente en algunos puntos singulares del trazo se encuentran suelos residuales (dunitas).

ESTRATIGRAFÍA Depósitos aluviales recientes

ESTRATIGRAFÍA Depósitos aluviales gruesos

ESTRATIGRAFÍA Depósitos aluvio-torrenciales

ESTRATIGRAFÍA

Durante la excavación del núcleo de los Pozos de acceso (lumbreras), se ha detectado que, además de las gravas y boleos de gran tamaño ya mencionados, se han encontrado bloques rocosos de tamaño máximo cercano al metro.

ETRATIGRAFÍA Bloques rocosos de tamaño “métrico”

ESTRATIGRAFÍA

BLOQUE DE GRAN TAMAÑO, ENCONTRADO EN UNA MINA DE AGREGADOS, VECINA

ESTRATIGRAFÍA

ACERCAMIENTO DEL BLOQUE DE GRAN TAMAÑO, MOSTRADO EN LA FOTO ANTERIOR

ESTRATIGRAFÍA

Las fotos anteriores y las que siguen, han sido tomadas en una mina a cielo abierto, vecina al río Medellín, en la cual se extraen y procesan desde hace varios años, depósitos aluviales gruesos, para obtener agregados para la industria de la construcción.

ESTRATIGRAFÍA

CORTES ESCARPADOS

ESTRATIGRAFÍA

Lo más interesante del caso es que durante el proceso de excavación de la mina, se han formado cortes escarpados perimetrales, de casi 120 m de altura, en materiales francamente granulares, que en general han conservado razonablemente su estabilidad a través del tiempo.

ESTRATIGRAFÍA

INESTABILIDADES LOCALES

3. PROCEDIMIENTOS

3.I Pozos

POZOS Utilización de la técnica del muro Milán

POZOS

Pozos construidos mediante muro Milรกn

POZOS

Construcci贸n de losa de fondo

POZOS

Utilizaci贸n de la t茅cnica de excavar y lanzar concreto

POZOS

Utilizaci贸n de la t茅cnica de excavar y lanzar concreto

POZOS

Canalizaci贸n de filtraciones, durante la excavaci贸n y lanzado de concreto

3.2 TĂşneles

TĂšNELES

Micro-tuneleo y tubos hincados

TÚNELES

Micro-escudo

TÚNELES

Modo de excavación “D”

TĂšNELES

Instalaciones para el Micro-tuneleo

TÚNELES

MATERIAL GRANULAR ENCONTRADO EN EL FRENTE

TĂšNELES

Planta separadora de materiales

TĂšNELES

Cabeza de corte (nueva)

TÚNELES

Cono de trituración

TÚNELES

Detalle del cono de trituración

TÚNELES

Estación principal de empuje

TĂšNELES

Inicio del proceso de tuneleo

TĂšNELES

Inicio del proceso de tuneleo

TÚNELES

Estación intermedia de empuje

TÚNELES

Estación intermedia de empuje

TÚNELES Sistemas de guía

TÚNELES

Interior del túnel en proceso de hincado

TÚNELES

Túnel terminado

TÚNELES

Túnel terminado

TÚNELES

Desmonte de estación principal de empuje

TĂšNELES

Emboquillado al terminar el tuneleo

TĂšNELES

Salida de micro-escudo

3.3 Tubos

TUBOS

Colado

TUBOS

AlmacĂŠn en planta

TUBOS

Acopio en obra

4. “SORPRESAS” DETECTADAS Y SOLUCIONES APLICADAS

SORPRESAS DETECTADAS

1. ESTABILIDAD DE LOS SUELOS GRANULARES 2.

3.

4.

5.

ROTURA DE TUBOS DURANTE SU HINCADO EXPULSIÓN DE LODO “CHIMENEAS” DESGASTE DE HERRAMIENTAS

4.I Estabilidad de suelos granulares

ESTABILIDAD DE SUELOS GRANULARES

ESTABILIDAD DE SUELOS GRANULARES

ESTABILIDAD DE SUELOS GRANULARES

4.2 Rotura de tubos durante su hincado

ROTURA DE TUBOS DURANTE EL HINCADO

4.3 Expulsi贸n de lodo

EXPULSIÓN DE LODO

4.4 “Chimeneas”

CHIMENEAS

4.5 Desgaste de herramientas

DESGASTE DE HERRAMIENTAS

DESGASTE DE HERRAMIENTAS

DESGASTE DE HERRAMIENTAS

DESGASTE DE HERRAMIENTAS

DESGASTE DE HERRAMIENTAS

DESGASTE DE HERRAMIENTAS

DESGASTE DE HERRAMIENTAS

5. CONCLUSIONES

CONCLUSIONES

1. ESTABILIDAD DE LOS SUELOS GRANULARES

ESTABILIDAD DE LOS SUELOS GRANULARES

Se detecta la importancia que tiene el concepto denominado “trabazón”(interlocking), mediante el cual los suelos granulares presentan una muy favorable componente “cohesiva” que les permite configurar de manera segura cortes escarpados.

Otro efecto interesante se refiere a la protección contra el fenómeno de “tubificación” que le procura el contar con una granulometría bien graduada.

CONCLUSIONES

2. ROTURA DE TUBOS DURANTE SU HINCADO

ROTURA DE TUBOS DURANTE SU HINCADO

Es un fenómeno que se presentó en una relativamente corta longitud del tramo comprendido entre los Pozos C3 a C2.

El fenómeno se asoció a la presencia de grandes bloques rocosos de forma probablemente alargada y dimensiones comprendidas entre 30 y 40 cm, e inclinados con relación al eje del tubo, que al recibir la fuerza friccionante del extradós del mismo en proceso de hincado, formaban un desfavorable mecanismo de “acuñamiento”.

ROTURA DE TUBOS DURANTE SU HINCADO

Dicho mecanismo de acuñamiento, hacía crecer la componente perpendicular a la superficie externa del tubo hasta provocar su rotura por “punzonamiento”.

CONCLUSIONES

3. EXPULSIÓN DE LODO

EXPULSIÓN DE LODO

Como parte del proceso constructivo del túnel, es necesario utilizar lodo bentonítico para: •Presurizar y estabilizar el frente en proceso de excavación.

• Servir de “vehículo” al material cortado, para transportarlo hasta la superficie del terreno, mediante bombeo.

•Lubricar el extradós de los tubos, durante su proceso de hincado.

EXPULSIÓN DE LODO

Para ello es necesario aplicar presión al fluido bentonítico, cuidando de que los valores de la misma no superen la presión límite, de una columna de lodo de altura igual a la distancia que hay entre el lomo de la tubería y la superficie del terreno Por tratase de un túnel poco profundo, en ocasiones la presión del lodo supera los valores límite, generándose en consecuencia un derrame de lodo, de impacto más visual que ecológico.

CONCLUSIONES

4. “CHIMENEAS”

CHIMENEAS

Tradicionalmente, la ocurrencia de “chimeneas” (comunicaciones francas entre el frente del túnel y la superficie del terreno), van asociadas a una muy desfavorable e indeseable experiencia constructiva, que además de poner en riesgo la estabilidad del túnel implican por lo general un tardado y costoso proceso de recuperación.

CHIMENEAS

Para el caso del tuneleo con micro-escudo, de frente cerrado y presurizable, no obstante lo delicado de la situación, pareciera que el blindaje de la propia máquina de tuneleo, aunada a la colocación “inmediata” del soporte inicial del túnel, que también es su revestimiento definitivo, permite de manera pronta, soluciones prácticas y seguras.

Principalmente relleno con el mismo material granular, seguido de un proceso de inyección.

CONCLUSIONES

5. DESGASTE DE HERRAMIENTAS

DESGASTE DE HERRAMIENTAS

El desarrollo actual de las máquinas de tuneleo, ya permite que éstas puedan excavar de manera segura y eficiente en casi cualquier tipo de material, sea roca o suelo.

La excavación de suelos granulares, que incluyen tamaños de partículas variando desde arenas hasta bloques “métricos”, constituyen un reto especial.

DESGASTE DE HERRAMIENTAS

Ya que los discos especiales para roca (firme) tienen desgaste y roturas, causadas por el inevitable “desacomodo” de los boleos que están cortando.

Por otro lado, los “rastreles” y las “picas”, sufren un desgaste extraordinario debido a la notoria dureza de los materiales granulares excavados.

DESGASTE DE HERRAMIENTAS

Por otro lado, la inevitable necesidad de triturar los materiales excavados, a fin de que puedan ser transportados por bombeo hasta la superficie del terreno, obliga a llevar a cabo un cuidadoso mantenimiento del sistema de trituraci贸n.

DESGASTE DE HERRAMIENTAS

En resumen, el éxito del tuneleo está basado en la revisión sistemática de las herramientas de corte, procurando su necesaria sustitución o reparación, frecuentes.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN RÍO MEDELLÍN, EN COLOMBIA