UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA Departamento de Ingeniería en Obras Civiles Construcción de Túnel Estación Universidad de Chile Línea 3 del Metro de Santiago Jorge Adrián Contreras Torres Profesor Guía: José Villafaena Ugarte Trabajo de titulación para optar al título de Constructor Civil Santiago – Chile 2019 © Jorge Adrián Contreras Torres, 2019 Todos los derechos reservados. Queda prohibida la reproducción total o parcial sin autorización previa y por escrito. Hoja de resumen Título de la tesis: Construcción de Túnel Estación Universidad de Chile, Línea 3 del Metro de Santiago. Autor(es): Jorge Adrián Contreras Torres Carrera: Construcción Civil Profesor Guía: José Villafaena Ugarte Año: 2019 Resumen Junto con el crecimiento de las ciudades, Santiago se densifica rápidamente provocando una necesidad de conectividad entre un punto a otro, y uno de los medios de transportes más utilizados, veloces y confiables, es el Metro de Santiago. Por tal motivo, la red existente debe expandirse y crear nuevas líneas que se conecten con las ya existentes, dentro de este marco está pensada la nueva Estación Universidad de Chile de la Línea 3, la que se conecta con la antigua Estación de la Línea 1. Esta tesis se enfoca en el método constructivo NATM utilizado de esta estación, el cual ha dado buenos resultados con respecto a su velocidad de avance y buen comportamiento del terreno, lo cual es decisivo para elegir los métodos constructivos empleados y su método geotécnico de control. La complejidad de este túnel y que lo hace singular para su estudio, es que es el túnel urbano de mayor sección antes construido, además de ser emplazado bajo varias estructuras críticas metropolitanas que no pueden dejar de operar como lo son Metro línea 1, ambas calzadas de la avenida Bernardo O´Higgins (Alameda) y varios edificios gubernamentales, bancos, colegios, etc. Como se indica en los objetivos este tipo de documento busca difundir y motivar el conocimiento para este tipo de sistema constructivo, entregando información técnica y explicando los procesos con imágenes para un mayor entendimiento. La mayor limitación es no poder incorporar mayor información complementaria para así no extender esta tesis en demasía, por tal motivo, será enfocada solamente en la construcción del túnel estación en su etapa de obra gruesa. i Palabras claves: • Metro • NATM • Shotcrete • Túnel • Estación ii Dedicatoria Esta tesis está dedicada a toda mi familia, quienes son la base de la persona y profesional que soy hasta ahora y por quienes deseo ser mejor cada día. Con amor para: Mi Madre, Iris Torres Medina Mi Padre, Jorge Contreras Anabalón Mi Pareja, Giannina Solís Riquelme Mis Hermanos, Luis Jorquera Torres y Jacqueline Jorquera Torres Mi Padrastro, Jaime Ramírez Contreras iii Agradecimientos “El sentido de la vida, es el que nosotros le damos con nuestros proyectos, actos y valores, ordenados según nuestros intereses hasta conseguir que todo tenga algún sentido para nosotros”. Por eso, en este camino llamado vida que comenzamos al momento de nacer, se va ramificando de diversas formas llevándonos a conocer otras personas y otras vidas muy distintas. En mi camino, el cual me ha traído hasta donde estoy ahora, he tenido la fortuna de compartir con grandes seres humanos y profesionales de quienes he rescatado lo mejor para ejemplo de vida. También para todas esas personas que han cruzado sus caminos con el mío y me han brindado todo su apoyo, conocimientos y buenos deseos. Gracias amigos, compañeros de estudio, colegas de trabajo y profesores que me formaron. . iv Tabla de Contenido 1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 1 1.1 ANTECEDENTES GENERALES ........................................................................................... 1 1.2 OBJETIVOS ....................................................................................................................... 2 1.2.1 Objetivo general ....................................................................................................... 2 1.2.2 Objetivo especifico ................................................................................................... 2 1.3 ALCANCES ....................................................................................................................... 2 1.4 LIMITACIONES ................................................................................................................. 2 1.5 METODOLOGÍA ................................................................................................................ 3 2 MARCO TEÓRICO EN LA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES ................................ 4 2.1 2.2 2.3 3 HISTORIA DE LOS TÚNELES EN EL METRO DE SANTIAGO................................................. 4 TIPOS DE TÚNELES ........................................................................................................... 6 MÉTODOS DE CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES ..................................................................... 8 REQUERIMIENTOS TÉCNICOS PARA EL PROYECTO DEL TÚNEL ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE LÍNEA 3........................................................................... 12 3.1 UBICACIÓN DENTRO DEL TRAZADO ............................................................................... 12 3.2 EXCAVACIÓN ................................................................................................................. 14 3.2.1 Excavación de túnel ............................................................................................... 14 3.2.1.1 3.2.1.2 3.2.1.3 3.2.1.4 3.2.1.5 3.2.1.6 3.2.1.7 3.2.1.8 3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3 Perfil de excavación y tolerancias ...................................................................................................14 Sobre-excavación ............................................................................................................................15 Asentamientos en el terreno ............................................................................................................15 Prevención de la erosión .................................................................................................................16 Interrupción de la excavación .........................................................................................................16 Medidas de seguridad .....................................................................................................................17 Trabajo continuo .............................................................................................................................18 Drenaje durante la construcción ......................................................................................................18 Secuencia constructiva proyectada ........................................................................ 20 Secuencia de excavación de los túneles estación y túneles galerías de acceso ................................20 Secuencia de excavación de los túneles interestaciones ..................................................................21 Secuencia de excavación de los piques ...........................................................................................22 3.3 SOSTENIMIENTO ............................................................................................................ 24 3.3.1 Características principales del hormigón proyectado “shotcrete” ....................... 24 3.3.1.1 Alcance ...........................................................................................................................................24 3.3.1.2 Equipamiento y provisión de materiales .........................................................................................24 3.3.1.3 Hormigón proyectado .....................................................................................................................25 3.3.1.4 Características y tecnología de ejecución ........................................................................................28 3.3.1.5 Diseño de la mezcla ........................................................................................................................28 3.3.1.6 Materiales y dosificación del hormigón proyectado........................................................................29 3.3.1.6.1 Cemento ..................................................................................................................................29 3.3.1.6.2 Agregados ...............................................................................................................................29 3.3.1.6.3 Agua ........................................................................................................................................30 3.3.1.6.4 Dosificación ............................................................................................................................30 3.3.1.6.5 Aditivos ...................................................................................................................................32 3.3.1.7 Mezclado.........................................................................................................................................35 3.3.1.7.1 Proceso por vía húmeda ..........................................................................................................35 v 3.3.1.8 Transporte de la mezcla ..................................................................................................................35 3.3.1.9 Equipamiento y producción del hormigón proyectado....................................................................35 3.3.1.9.1 General ....................................................................................................................................35 3.3.1.9.2 Proceso por vía húmeda ..........................................................................................................36 3.3.1.10 Aplicación del hormigón proyectado ..........................................................................................37 3.3.1.10.1 General ....................................................................................................................................37 3.3.1.10.2 Requerimientos particulares para el proceso por vía húmeda..................................................39 3.3.1.10.3 Juntas de dilatación .................................................................................................................39 3.3.1.10.4 Profesionalismo en la aplicación del hormigón proyectado ....................................................40 3.3.1.10.5 Curado .....................................................................................................................................40 3.3.1.11 Ensayos.......................................................................................................................................41 3.3.1.12 Ensayos de aptitud ......................................................................................................................41 3.3.1.13 Ensayos de aptitud en condiciones de obra.................................................................................43 3.3.1.13.1 General ....................................................................................................................................43 3.3.1.13.2 Ensayos sobre el hormigón proyectado joven .........................................................................44 3.3.1.13.3 Ensayos sobre el hormigón proyectado endurecido.................................................................45 3.3.1.13.4 Ensayo de asentamiento de cono para la mezcla fresca en caso de proceso por vía húmeda ..46 3.3.1.14 Ensayos de aceptación en obra ...................................................................................................46 3.3.1.14.1 Agregados ...............................................................................................................................48 3.3.1.14.2 Aditivos acelerantes de fraguado.............................................................................................48 3.3.1.14.3 Características de fragüe del hormigón joven..........................................................................49 3.3.1.14.4 Ensayos de resistencia a compresión .......................................................................................49 3.3.1.14.5 Ensayos de absorción de energía .............................................................................................50 3.3.1.14.6 Ensayos de resistencia a compresión sobre testigos tomados de la obra terminada ................50 3.3.1.14.7 Verificación de la trabajabilidad de la mezcla .........................................................................52 3.3.1.14.8 Verificación del espesor del hormigón colocado .....................................................................52 3.3.1.14.9 Relleno de las perforaciones....................................................................................................52 3.3.1.14.10 Tolerancias ..............................................................................................................................53 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.5.1 3.3.5.2 3.3.5.3 4 Marcos reticulados proyectado .............................................................................. 54 Mallas..................................................................................................................... 60 Armaduras .............................................................................................................. 61 Otros sistemas de sostenimiento y protección de excavaciones ............................. 62 Marchiavantis..................................................................................................................................63 Pernos de fibra de vidrio .................................................................................................................65 Paraguas protectores .......................................................................................................................67 CONSTRUCCIÓN TÚNEL ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE LÍNEA 3 ...... 69 4.1 MÉTODO CONSTRUCTIVO NATM EMPLEADO .............................................................. 69 4.1.1 Secuencia típica de construcción zona transición de túnel interestación a túnel estación (side drift 1 y 2) ...................................................................................................... 77 4.1.2 Secuencia típica frente de avance en side drift 1 y 2 ............................................. 86 4.1.3 Secuencia típica de construcción pilar central en zona transición a túnel estación 91 4.1.4 Secuencia estándar................................................................................................. 93 4.1.5 Fases siguientes: .................................................................................................... 94 4.2 CONTROLES APLICABLES (MONITOREO GEOTÉCNICO) .................................................. 98 4.2.1 Monitoreo geotécnico............................................................................................. 98 4.2.2 Monitoreo de piques y túneles ................................................................................ 99 4.2.3 Medición de deformaciones ................................................................................. 100 4.2.4 Medición de presiones y tensiones ....................................................................... 101 4.2.4.1 4.2.4.2 Presiones de suelo sobre revestimiento .........................................................................................101 Medición de tensiones en el sostenimiento ...................................................................................102 vi 4.2.4.3 4.2.4.4 4.2.4.5 4.2.4.6 4.2.4.7 4.2.4.8 4.2.4.9 4.2.4.10 4.2.4.11 4.2.5 4.2.5.1 4.2.5.2 Monitoreo óptico topográfico – convergencia ..............................................................................102 Monitoreo óptico topográfico – estructuras existentes ..................................................................104 Monitoreo de asentamientos superficiales ....................................................................................105 monitoreo de asentamientos de edificios.......................................................................................106 Monitoreo de deformaciones en cruces con líneas del metro existentes .......................................108 Monitoreo con inclinómetros ........................................................................................................109 Monitoreo con puntos sub-superficiales .......................................................................................110 Monitoreo de presión de suelo sobre el sostenimiento .............................................................112 Monitoreo de tensiones en el sostenimiento .............................................................................113 Ejecución del monitoreo....................................................................................... 114 Programa del monitoreo ................................................................................................................114 Resultados de monitoreo, registros ...............................................................................................117 4.3 PRINCIPALES PROBLEMAS DURANTE LA ETAPA DE CONSTRUCCIÓN ........................... 130 4.3.1 Presencia de agua dentro del túnel estación........................................................ 130 4.3.2 Marcos en contra-bóveda no cierran. .................................................................. 130 4.3.3 Demora en ejecución de ensayes para pernos fibra de vidrio. ............................ 130 4.4 SOLUCIONES ADOPTADAS ............................................................................................ 131 4.4.1 Solución presencia de agua dentro del túnel estación. ........................................ 131 4.4.2 Solución marcos en contra-bóveda no cierran. ................................................... 132 4.4.3 Solución demora en ejecución de ensayes para pernos fibra de vidrio. .............. 132 4.5 EXPOSICIÓN DE LOS PROBLEMAS Y SUS RESULTADOS................................................. 133 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................. 134 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................ 136 ANEXOS ................................................................................................................... 137 vii Índice de Tablas Tabla 1 Evolución de la resistencia del hormigón proyectado en función del tiempo. 25 Tabla 2 Requisitos adicionales para hormigón proyectado (sostenimiento y revestimiento) 27 Tabla 3 Ensayos de aceptación. 47 viii Índice de Ilustraciones Ilustración 1 Construcción de Estación de Metro Línea 1 a tajo abierto. ..................... 5 Ilustración 2 Túnel urbanos para distintos tipos de servicios. ....................................... 6 Ilustración 3 Ingreso de túnel vehicular de sección tipo herradura. .............................. 6 Ilustración 4 Construcción de Túneles de Metro utilizando excavadoras mecánicas. .. 7 Ilustración 5 Túneladora para ser usada en el proyecto de Alto Maipo. ....................... 7 Ilustración 6 Ubicación de Estación Universidad de Chile dentro del trazado de la línea 3 del Metro en el tramo 4. ................................................................................................ 13 Ilustración 7 Perfilado manual de excavación de contra-bóveda con agotamiento de agua. ................................................................................................................................. 19 Ilustración 8 Chequeo topográfico de perfiles de sostenimiento. ............................... 20 Ilustración 9 Excavación de contra-bóveda en túnel interestación. ............................ 21 Ilustración 10 Limpieza de mallas tipo acma después de proyección de sello en construcción de pique ....................................................................................................... 22 Ilustración 11 Sección transversal del túnel estación, indicado sus partes. ................ 23 Ilustración 12 Isométrico método constructivo. .......................................................... 23 Ilustración 13 Evolución de resistencia a horas temprana hormigón proyectado. ...... 26 Ilustración 14 Banda de Aceptación para Rectas Granulométricas Según Faury ....... 31 Ilustración 15 piezas de marcos reticulados utilizados en muros temporales del Túnel Estación Universidad de Chile L3. .................................................................................. 56 Ilustración 16 Túnel estación - piezas de marco - muro temporal .............................. 57 Ilustración 17 Túnel estación - piezas de marco - muro definitivo - zona típica ........ 58 Ilustración 18 Túnel estación - piezas de marco - muro definitivo - zona reforzada . 59 Ilustración 19 corte de muro de túnel estación en el cual se observa ubicación de marcos reticulados y mallas electrosoldada .................................................................................. 60 Ilustración 20 ejemplo de armaduras proyectadas en el encuentro entre muro temporal y muro definitivo del túnel estación. ................................................................................ 61 Ilustración 21 Ubicación de sistemas de protección adicionales. ............................... 62 Ilustración 22 Instalación de marchiavantis de largo de 12 metros. ........................... 64 Ilustración 23 Preparación de barras de acero. ............................................................ 65 Ilustración 24 Instalación de pernos de fibra de vidrio de largo de 10 metros en la zona de bancos. ......................................................................................................................... 66 Ilustración 25 Colocación de paraguas protectores para el ingreso a galerías. ........... 68 Ilustración 26 Secuencia constructiva general ............................................................ 70 Ilustración 27 Secuencia Constructiva desde Pique Moneda ...................................... 71 Ilustración 28 Secuencia constructiva desde pique Alonso Ovalle ............................. 72 Ilustración 29 Secuencia constructiva fase 1 ............................................................... 73 Ilustración 30 Secuencia constructiva fase 2 ............................................................... 74 Ilustración 31 Secuencia constructiva fase 3 ............................................................... 75 Ilustración 32 Secuencia Constructiva Fase 4 ............................................................. 76 Ilustración 33 Planta zona transición interestación a estación side drift 1. ................. 79 Ilustración 34 Corte zona transición interestación a estación - sección A – side drift 1. .......................................................................................................................................... 80 Ilustración 35 Sección B típica de túnel interestación. ............................................... 81 Ilustración 36 Sección C transición de túnel interestación a side drift 1 .................... 82 Ilustración 37 Planta zona transición interestación a estación side drift 2. ................. 83 ix Ilustración 38 Corte zona transición interestación a estación - sección a – side drift 2. .......................................................................................................................................... 84 Ilustración 39 Sección C transición de túnel interestación a side drift 2 .................... 85 Ilustración 40 Planta de avance de excavación en estación con side drift. ................. 88 Ilustración 41 Corte B de avance de excavación en estación con side drift. ............... 89 Ilustración 42 Sección D típica en side drift ............................................................... 90 Ilustración 43 Planta zona transición interestación a estación - disposición de marcos reticulados. ....................................................................................................................... 95 Ilustración 44 Corte zona transición interestación a estación - sección A – transición .......................................................................................................................................... 96 Ilustración 45 Sección B típica en pilar central ........................................................... 97 Ilustración 46 Planta general - secciones de monitoreo. ........................................... 120 Ilustración 47 Sección de monitoreo E2.................................................................... 121 Ilustración 48 Sección de monitoreo E3.................................................................... 122 Ilustración 49 Sección de monitoreo E4.................................................................... 123 Ilustración 50 Sección de monitoreo E5.................................................................... 124 Ilustración 51 Punto de control - asentamientos superficiales sobre terreno (AS) ... 125 Ilustración 52 Punto de control - asentamientos superficiales sobre pavimento (AS) ........................................................................................................................................ 125 Ilustración 53 Punto de control - asentamientos edificios (AE) ................................ 126 Ilustración 54 Punto de control - convergencia (PC) ................................................ 126 Ilustración 55 Punto de control de tensiones- en el revestimiento (TR) y presiones del terreno (CP) .................................................................................................................... 127 Ilustración 56 Punto sub-superficial (PS) .................................................................. 128 Ilustración 57 Instrumentos de control de convergencia. .......................................... 129 x 1 1.1 INTRODUCCIÓN Antecedentes generales Desde los años 40 se comenzó a idear la forma de mejorar el transporte en Santiago, el cual era caótico por el crecimiento de la población de ese entonces. Pero se tuvo que esperar más de 3 décadas para concretar un nuevo sistema de transporte que cambiaría la vida de todos los habitantes de esta ciudad, fue así como en 1975 se inauguró la Línea 1 del Metro de Santiago, el primer ferrocarril subterráneo del país y tercero en Sudamérica. Ahora, casi 80 años después, este sistema de transporte es indispensable para el funcionamiento normal de una ciudad en vías de desarrollo y en constante expansión. Por eso, el Metro de Santiago ha tenido que ir de la mano junto al crecimiento de la población y sus necesidades de desplazamiento, ampliando su red para satisfacer esta necesidad. He aquí la complejidad de aplicar técnicas constructivas e ingenieriles debido a que la ciudad no sólo se ha expandido, sino que dentro de su núcleo ha presentado una densificación exponencial. Obligando a que los nuevos trazados de forma más continua tengan estaciones de combinación para unir esta red. Este es el caso la Estación Universidad de Chile de la nueva Línea 3 del Metro de Santiago la cual combina con la Línea 1. Esta estación en particular presentaba dos grandes desafíos en la etapa de proyecto y posterior etapa de ejecución, primero: debido a que su realización debía estar bajo la principal avenida de Santiago que es la Avenida Libertador Bernardo O´Higgins (Alameda) más toda la estructura que comprende la actual Línea 1, ambos sistemas no podían por ningún motivo ser paralizados por efecto de los trabajos de construcción. Segundo: la cantidad proyectada de usuarios era tan grande sumado a todo el espacio físico disponible para las especialidades que ayudan a su operación la dimensión del túnel estación debía ser la mayor construida hasta ahora utilizando el “Nuevo Método Austriaco de Túneles” (NATM) considerando muros temporales y una mayor cantidad de secciones en su secuencia constructiva. Se puede visualizar que el futuro de las nuevas líneas de Metro de Santiago, este tipo de requerimiento de túneles más profundos y de secciones mayores bajo la ciudad será más habitual de lo que uno puede imaginar, por tal razón, es importante documentar, registrar, publicar, compartir y archivar documentación técnica de proyectos singulares como este para guiar y complementar conocimientos a los profesionales y empresas en pos del desarrollo del rubro y mejora del país. Dentro de la información técnica importante a considerar se puede mencionar que la estación Universidad de Chile de la línea 3 tiene un largo de 120 metros, un ancho de 19,75 metros, una altura de 13,30 metros y sus muros son de hormigón armado de 1,05 metros de espesor. 1 1.2 1.2.1 Objetivos Objetivo general • Estudiar el proceso constructivo del túnel estación Universidad de Chile de la línea 3 del Metro de Santiago, explicando su secuencia constructiva con el empleo del método NATM. 1.2.2 Objetivo especifico • Mostrar el proceso constructivo del túnel urbano de mayor sección realizado con el método NATM. • Examinar los requerimientos técnicos y formas de control durante el proceso de construcción de las obras civiles consideradas. • Presentar las dificultades más significantes durante su ejecución y las soluciones adoptadas. 1.3 Alcances Esta tesis tiene como alcance presentar los requerimientos técnicos de los materiales de soporte estructural del túnel y explicar las secuencias constructivas para su materialización hasta la etapa de obra gruesa de un proyecto singular como lo es la construcción del túnel estación universidad de Chile de la línea 3 del Metro de Santiago utilizando el método NATM, el cual, fue adaptado para la ejecución de un túnel de gran sección emplazado bajo un denso núcleo urbano como lo es el centro de Santiago. 1.4 Limitaciones Las principales limitaciones para esta tesis es la gran cantidad de información complementaria que no puedo ser incluida, ya que, esto implicaría ser demasiado extenso. Por tal razón, no se abarcará en esta: las etapas de revestimiento final del túnel, ejecución de andenes, conceptos de diseño estructural, conexiones de servicios varios como AS y AP, instalación de puertas de andes, ejecución de muros y losas, galerías secundarias, escaleras mecánicas, ascensores, entre otros. 2 1.5 Metodología 3 2 MARCO TEÓRICO EN LA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES 2.1 Historia de los túneles en el metro de Santiago El 29 de mayo de 1969 se iniciaron las obras de construcción de la línea 1 del Metro de Santiago. El lugar elegido fue la esquina de Las Rejas con la Alameda, donde hoy se ubica la estación Las Rejas. Y en octubre de 1973 comenzó la construcción de la Línea 2, en los alrededores del Parque El Llano y del Parque Cousiño. De esta forma se comenzó a escribir otra historia del transporte en Chile, cuya construcción era invasiva, y dejaba varios tramos de la superficie inhabilitados. De acuerdo con la misma empresa, las alternativas no eran muchas, por lo que se decidió el proceso constructivo a tajo abierto, metodología que se utilizó hasta la década de los 80. Este tipo de construcción implicaba dejar gran parte de la Alameda inhabilitada en grandes tramos y por varios años. El sistema establecía abrir por completo las calles por las cuales pasaría el trazado definido, generando muros laterales e instalando vigas troqueles y vigas pretensadas, para mantener segura la obra. De esta forma, se procedía a la construcción de la estación y posteriormente a cubrir nuevamente de tierra la zona intervenida. Así se repetía este proceso por tramos de 4 a 5 estaciones por vez. Uno de los puntos relevantes era el acopio del material extraído en grandes cantidades desde las excavaciones, pues cada metro cúbico sacado es necesario multiplicarlo por 1,38, debido al proceso conocido como “esponjamiento”. Ello generó, por ejemplo, la creación del parque “Las Américas”, ahora llamado Bernardo Leighton en Estación Central, cerro que surgió producto del acopio del material extraído en las faenas constructivas. “Los impactos en las comunidades aledañas y en la ciudad en general eran muy significativos, pues implicaban abrir e inhabilitar arterias troncales del tránsito vehicular por largos períodos de tiempo, además de generar impactos en la extracción y posterior reposición del material de las obras”, indica Metro. Hoy en día las nuevas líneas están siendo levantadas con el método NATM (New Austrian Tunnelling Method) que tiene su origen en la construcción de túneles en macizos rocosos de los Alpes. Esta estrategia consiste en la excavación de túneles y la construcción y fue desarrollado entre 1957 y 1965 en Austria, y se le dio su nombre en Londres en 1962 para distinguirlo del antiguo enfoque túnel austríaco. Esta nueva metodología ha sido probada en Santiago desde 1994, con la primera extensión de la Línea 5 de Metro (desde Baquedano hasta Bellavista de La Florida). Esta consiste en la construcción de estaciones e interestaciones (túneles) por tuneleado, es decir, sin abrir la superficie. Gracias a este método, Metro puede perforar la ciudad en diferentes niveles, minimizando las perturbaciones a la comunidad y haciendo más eficiente la construcción. De esta forma, la secuencia general de construcción se divide en cinco grandes fases: construcción de pique; de galería de acceso 4 a estación; de túnel estación.; construcción galería secundaria para el tránsito de pasajeros (salidas o cambios de andén); y túnel interestación. La empresa destaca que el método presenta varias ventajas como los menores esfuerzos para las obras de revestimiento del túnel aprovechando las características naturales del suelo. Además, advierte las deformaciones del subsuelo, lo cual genera una construcción con una mayor dosis de flexibilidad. También es menos rígida, debido a que realiza ajustes que se estimen necesarios durante la excavación, a medida que se va generando avance en el túnel. El método además reduce considerablemente las vibraciones percibidas en los alrededores y es mínimamente invasivo para las comunidades aledañas a las obras. Ilustración 1 Construcción de Estación de Metro Línea 1 a tajo abierto. 5 2.2 Tipos de túneles Los túneles son obras subterráneas concebidas principalmente para unir dos puntos separados por algún tipo de obstáculo natural o artificial, por lo cual, son ideales para el transporte vehicular, peatonal, ferroviario o metro. También pueden ser utilizados para almacenamiento, cableado de telecomunicaciones, obras hidráulicas o para uso de recintos técnicos. Estas obras podemos clasificarlas en 4 grandes grupos: a) Según su función: Aquí podemos encontrar todos los túneles usados para carreteras, peatonales o en obras ferroviarias, existen mayoritariamente dentro del sector metropolitano. Ilustración 2 Túnel urbanos para distintos tipos de servicios. b) Según su geometría: La geometría de los túneles pueden ser lineales o tipo cavernas, en su sección transversal estos pueden ser asimétricos, circulares, cuadrados, elípticos, rectangulares, en herradura, etc. Ilustración 3 Ingreso de túnel vehicular de sección tipo herradura. 6 c) Según tipo de terreno: Los terrenos que se pueden encontrar dentro de las obras subterráneas son los duros conformados por rocas las cuales pueden ser trabajadas con explosivos o maquinarias y los terrenos blandos los que se ejecutan en la actualidad con maquinaria. Ilustración 4 Construcción de Túneles de Metro utilizando excavadoras mecánicas. d) Según método de construcción: Los túneles pueden ser excavados de forma manual, excavación convencional usando explosivos o maquinaria o excavación integral con rozadoras o máquinas de sección completa como las TBM. Ilustración 5 Tuneladora para ser usada en el proyecto de Alto Maipo. 7 2.3 Métodos de construcción de túneles a) Cielo abierto: Este método de excavar y cubrir requiere dependiendo de su profundidad y material excavado un sistema de fortificación perimetral, puede ser por medio de pilotes o pilas con muros pantallas entre ellos u hormigón proyectado con malla para su protección, para este método se requiere de grandes espacios disponibles, debido a que se debe excavar toda el área o las secciones de túnel a construir y se debe tener un acopio para ese material excavado. Después de tener las estructuras del túnel construida esta es nuevamente cubierta por el mismo material excavado anteriormente. b) Tronadura: Es uno de los métodos más utilizados en minería debido a que las frentes de excavación son en roca, este sistema consiste en plantear un sistema de disparo sobre la frente, luego estos son perforados con maquinaria, dentro de estas perforaciones se carga el explosivo a utilizar para hacer una tronadura controlada, después de una rigurosa revisión de las conexiones, se prosigue con la voladura de la frente y ventilación, posteriormente e realiza el retiro del escombro y se evalúa la nueva frente generada para un nuevo ciclo. c) Nuevo método austriaco: El nuevo método austríaco (también denominado “Avanza y Destroza”) fue desarrollado en los años 1960. La excavación se realiza en dos fases, primero se realiza la excavación superior (avance) y después se retira el terreno que quede debajo hasta la cota del túnel (destroza). El método se basa en usar la tensión geológica del macizo rocoso circundante para que el túnel se estabilice a sí mismo mediante el efecto arco. Para conseguirlo se basan en medidas geotécnicas para trazar una sección óptima. La excavación es inmediatamente protegida con una delgada capa de hormigón proyectado. Esto crea un anillo de descarga natural que minimiza la deformación de la roca. Debido al control exhaustivo el método es muy flexible, incluso en condiciones geomecánicas desconocidas de consistencia de la roca durante el trabajo de tunelación. Las mediciones de las propiedades de la roca nos informan de las herramientas apropiadas. En las últimas décadas las excavaciones mayores de 10 km en suelo blando se han convertido en usuales. Uno de los casos más conocidos, corresponden a la construcción de la Línea 4 y la Extensión de las Líneas 1, 2 y 5 del Metro de Santiago. d) Método belga: (también llamado Método clásico de Madrid o método de galería de clave) es un método para la construcción de túneles. Se basa en los principios que permitieron la construcción, en 1828, del túnel del Charleroi en el canal que enlaza Bruselas y Charleroi. Se caracteriza por la progresiva excavación de los elementos que componen el túnel, de tal forma que se van retirando los elementos más estables del túnel evitando el hundimiento o la falta de estabilidad del frente. El método se denomina método clásico de Madrid por ser el método más 8 empleado en la construcción de los túneles del metro de Madrid. Se suele aplicar a túneles con un ancho máximo de unos 8 m libres más 3 m de ambos hastiales, es decir, de un máximo de 11 m. Este método consiste en realizar la excavación abriendo una pequeña galería en clave del túnel para ir ensanchándola poco a poco, protegiendo y entibando el frente, hasta permitir hormigonar toda la bóveda. El primer elemento excavado es la bóveda del túnel (se suele denominar avance en bóveda o calota). La bóveda se sostiene en el terreno mediante un entramado progresivo de madera. La bóveda se asegura con un encofrado y cuando está asegurada, la parte inferior se va excavando a medida que se va asegurando el avance. De esta forma la galería se va construyendo a medida que se avanza sin poner en riesgo a los trabajadores debido al hundimiento del túnel. Al abrir pequeñas secciones es posible solucionar cualquier problema que pudiera surgir de inestabilidad, puesto que la seguridad del método se basa en que se trabaja con un frente muy pequeño, normalmente inferior a 3 m2. Este método tiene la ventaja de estar muy comprobado en la práctica de la ingeniería civil, aunque su rendimiento es pequeño e) Método inglés: La excavación de túneles en arcillas y areniscas, terrenos típicos en Inglaterra, ha dado nombre al procedimiento de construcción de túneles a sección completa, en una sola operación. También se llama método de ataque a plena sección. Se aplica a túneles de pequeña sección, de no más de 15 m2, con lo cual se puede corregir cualquier imprevisto que surja durante la excavación. Este procedimiento constructivo se utilizó en el primer túnel bajo el Támesis (1825), que pudo realizarse gracias a un escudo de frente abierto. El proceso de excavación comienza, en su fase 1, con una galería central de sección pequeña y fácil de controlar, de unos 3 m2 y una longitud de 3-4 m. La excavación se entiba con puntales y tablones o con placas metálicas. Una vez asegurada la fase 1, se puede ampliar la excavación hacia los laterales, en la fase 2. Este proceso es más rápido al atacar los laterales. Posteriormente se excavan en franjas horizontales, en las fases 3 y 4. Una vez se ha excavado la sección completa del túnel, se procede al revestimiento, comenzando por la solera o contrabóveda. Este procedimiento presenta la ventaja de que el hormigonado se realiza de una sola vez, evitando juntas y posibles asientos. Sin embargo, hay que tener en cuenta que no se hormigona la sección hasta el final de la excavación, con lo que en cualquier momento se puede producir un fallo en el sostenimiento. Es por ello que el material requiere de un mínimo de cohesión para poder excavar la destroza y la contra-bóveda en una única fase. También se podría utilizar el método en roca, cuando no hay necesidad de revestimiento. 9 f) Método alemán: Es un procedimiento de construcción de túneles de grandes luces que también se emplea cuando el terreno es muy malo y resulta peligroso descalzar parte de la bóveda para ejecutar los hastiales, como es el caso del método belga. Con este procedimiento se puede reaccionar con mayor rapidez que el método belga en el caso de aparecer agua, en terrenos sueltos o capas arenosas. Además, permite reducir los posibles asientos diferenciales que producirían grietas en la bóveda y asientos en superficie. El sistema sería conceptualmente parecido al método belga, pero cambiando el orden las fases de ejecución y la propia ejecución de la bóveda. El procedimiento inicia la excavación con dos galerías de avance, fase 1; se hormigonan los hastiales para después proceder a la excavación de las fases 3 y 4, se procede al recubrimiento de la bóveda y, por último, se excava la parte central, fase 5, con el fin de facilitar la entibación y el apuntalamiento de la parte superior. El avance de las galerías (fase 1) se suele realizar por tramos de 25 a 30 m, dependiendo del tipo de terreno; sin embargo, si el túnel no es muy largo (menos de 200 m, por ejemplo) se puede excavar de un tirón. Estas galerías son muy útiles si es necesario drenar agua durante la ejecución. El hormigonado de la bóveda no apoya sobre el terreno (método belga), sino sobre los estribos hormigonados. Esta bóveda se ejecuta por costillas, construidas de forma alterna. Es decir, se construye la galería central superior y cada semicostilla se ataca desde la parte superior del hastial antes de verter hormigón. Se hormigona la bóveda una vez excavada a través de la galería superior. Este procedimiento permite la construcción de grandes secciones de túnel sin que el frente abierto supere los 3-5 m2. g) Tuneladora (TBM): Una tuneladora, T.B.M. (del inglés Tunnel Boring Machine) o minador a sección completa es una máquina capaz de excavar túneles a sección completa, a la vez que colabora en la colocación de la entibación para la sustentación del túnel si ésta es necesaria, ya sea de forma provisional o definitiva. La excavación se realiza normalmente mediante una cabeza giratoria equipada con elementos de corte y accionada por motores hidráulicos (alimentados a su vez por motores eléctricos, dado que la alimentación general de la máquina se realiza con energía eléctrica), aun cuando también existen tuneladoras menos mecanizadas sin cabeza giratoria. El empuje necesario para adelantar se consigue mediante un sistema de gatos perimetrales que se apoyan en el último anillo de sostenimiento colocado o en zapatas móviles (denominadas grippers), accionados también por gatos que las empujan contra la pared del túnel, de forma que se consigue un punto fijo desde donde empujan. 10 Detrás de los equipos de excavación y avance se sitúa el denominado "equipo de rezaga" de la tuneladora (o en denominación inglesa back up), constituido por una serie de plataformas arrastradas por la propia máquina y que, a menudo, ruedan sobre rieles que la misma tuneladora coloca, donde se alojan todos los equipos transformadores, de ventilación, depósitos de mortero y el sistema de evacuación del material excavado. Los rendimientos conseguidos con tuneladoras de cabeza giratoria son elevadísimos si se comparan con otros métodos de excavación de túneles, pero su uso no es rentable hasta una longitud mínima de túnel a excavar: hace falta amortizar el precio de la máquina y calcular el tiempo que se tarda en diseñarla, fabricarla, transportarla y montarla (que puede llegar a los dos años). Además, los túneles a excavar con tuneladora tienen que tener radios de curvatura elevados porque las máquinas no pueden hacer curvas cerradas, y la sección tiene que ser circular en túneles excavados con cabeza giratoria. 11 3 3.1 REQUERIMIENTOS TÉCNICOS PARA EL PROYECTO DEL TÚNEL ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE LÍNEA 3 Ubicación dentro del trazado La Estación Universidad de Chile presenta un flujo altamente congestionado de pasajeros, debido a que se ubica en el punto más transitado de la ciudad de Santiago, por donde pasa diariamente más de un millón de personas. A pesar de esto y a diferencia de muchas otras estaciones de la red, no se han registrado notorias congestiones (que obliguen a cerrarla), lo que se explica por sus grandes dimensiones y múltiples accesos posibles. Se ubica exactamente bajo la intersección de la Alameda Bernardo O'Higgins con el paseo Ahumada por el norte, y con la calle Arturo Prat por el sur para la línea 1 y el proyecto de la línea 3 corre por el eje de las calles Bandera (por el norte) y San Diego (por el sur) La estación posee una afluencia diaria promedio de 92.050 pasajeros, y además es la estación que presenta la mayor cantidad de escaleras mecánicas dentro de la red, con 17. En el entorno inmediato de la estación, se encuentra hacia el sur la casa central de la Universidad de Chile -que le da su nombre- y el Instituto Nacional, que provee un número cercano a los 5.000 pasajeros, cantidad significativa para el número global que transita por ella. Hacia el norte, está el paseo Ahumada, importante arteria comercial del centro de la ciudad, que incluye casas comerciales y sucursales bancarias. Al oeste, se consolida el barrio cívico, con instalaciones imponentes como el edificio de la Bolsa de Comercio de Santiago, la casa matriz del Banco del Estado de Chile, o el Ministerio de Defensa; el Palacio de la Moneda queda a corta distancia. Hacia el este, se ubica más equipamiento comercial y urbano (por ejemplo, el edificio del Ministerio de la Vivienda). Es destacable también que su salida hacia calle Serrano se halla ubicada a la entrada del barrio París-Londres, de marcado estilo europeo. El trazado de la línea 3 consta de 22 kilómetros de extensión donde se realizarán 18 estaciones, este trazado esta divido en 6 tramos. La Estación Universidad de Chile de la línea 3 se ubica en el tramo 4, físicamente está construida bajo la actual Estación Universidad de Chile de la línea 1. 12 Ilustración 6 Ubicación de Estación Universidad de Chile dentro del trazado de la línea 3 del Metro en el tramo 4. 13 3.2 3.2.1 Excavación Excavación de túnel 3.2.1.1 Perfil de excavación y tolerancias El perfil de excavación se define en los planos de proyecto y corresponde al perfil teórico. El perfil ha sido diseñado de tal forma de incluir las tolerancias de construcción. La ejecución de la excavación considera un agrandamiento radial del perfil teórico adecuado en función del tipo de suelo a excavarse y de los equipos disponibles de manera de poder cumplir con el perfil teórico citado en el párrafo anterior, el que constituirá la llamada "tolerancia de excavación". Por el tipo de material que constituye el subsuelo no se espera que durante la excavación se materialicen protuberancias o aristas en la superficie de excavación que se traduzcan en sectores en que el sostenimiento y el revestimiento de hormigón proyectado se introduzcan dentro del perfil teórico. Por lo expresado no se admite bajo ninguna circunstancia este tipo de fenómenos. En caso de encontrarse algún bolón grande en la línea del perfil de excavación, éste deberá ser removido. Se deberá hacer todos los esfuerzos razonables de modo de mantener el perfil real de excavación lo más cercano posible a la línea teórica especificada en los planos, ejerciendo un cuidadoso control del método de excavación. Para ello se podrá emplear plantillas (por ejemplo, de madera) de modo de poder verificar la exactitud del perfil excavado. No se aceptarán superficies convexas, las que, de existir, deberán ser reperfiladas antes de la aplicación del hormigón proyectado. Se es responsable de excavar los túneles y piques de forma tal que, una vez instalado el espesor teórico del revestimiento de hormigón proyectado y producidas la totalidad de las deformaciones de la cavidad, no se obtengan desvíos radiales de la superficie interna del revestimiento mayores a +5 cm, medidos hacia el interior del túnel interestación y +10 cm en túnel estación y piques. Se debe tener en consideración una tolerancia de excavación de modo de poder materializar en obra el perfil teórico de excavación especificado sin que se generen protuberancias o aristas que se introduzcan dentro del mismo. Esta tolerancia es función de las características del subsuelo, de los equipos de excavación empleados, no estando especificada en los planos de obra. 14 3.2.1.2 Sobre-excavación Sobre-excavación es el espacio que se genera al desprenderse o excavarse en exceso material de subsuelo más allá del perfil teórico ampliado por la tolerancia de excavación. La ocurrencia de una sobre-excavación se puede deber a una ejecución inadecuada de la excavación, a la falta de previsión de medios de sostenimiento anticipados en el frente de excavación o a la existencia de condiciones del terreno tales que, habiéndose tomado todas las precauciones razonables, no pudieron evitarse desprendimientos de material por encima del perfil deseado. Se debe extremar los cuidados durante la excavación de manera de evitar sobre-excavaciones. No será admisible que se excaven los túneles y piques con excavación sistemática en exceso por sobre la tolerancia de excavación prevista. Se deberán emplear equipos y técnicas de excavación adecuados para evitar este tipo de situaciones. En particular deberá, siempre que la excavación por exceso esté asociada a la existencia de agua subterránea, proveer medidas de drenaje anticipadas en el frente para mantener el agua alejada de la superficie de excavación. En el caso de producirse excesos de excavación por encima de la tolerancia de excavación prevista, será necesario instalar inmediatamente el soporte adecuado para estabilizar la excavación lo más rápido posible. Los trabajos de sostenimiento deberán ser ejecutados antes de continuarse con el avance del frente de excavación. El volumen de sobre-excavación deberá ser rellenado con hormigón proyectado, igual al usado para el sostenimiento. Este relleno se realizará previo a la colocación del hormigón proyectado de sello. Dependiendo del tamaño de la sobre-excavación es posible que sea necesario el uso de mallas adicionales. 3.2.1.3 Asentamientos en el terreno Los trabajos de excavación deberán ser llevados a cabo de modo tal de minimizar los asentamientos superficiales del terreno. Tanto el diseño estructural como la secuencia constructiva de los túneles y piques especificados en los documentos del proyecto garantizan asentamientos teóricos en la superficie del terreno compatible con la infraestructura urbana existente. Para verificar los asentamientos, se efectuará un monitoreo de asentamientos del terreno y de deformación del sostenimiento, a efectos de validar los resultados de los cálculos y poder prevenir posibles daños en estructuras. En caso de resultar necesario, en vista de los resultados del monitoreo de obra, se deberá adecuar el sistema de excavación y de sostenimiento propuesto en el diseño. Con motivo de lograr un control aún mayor de las deformaciones de los túneles y piques o de los asentamientos en la superficie del terreno en casos en que durante la obra se verifique el acercamiento 15 a los valores de control preestablecidos por el Proyecto, ésta podrá requerir la implementación de las siguientes medidas complementarias o modificatorias de la metodología y secuencia típica de trabajo: • reducción de la altura o longitud de excavación a valores inferiores a los indicados en los planos; • anticipación del cierre de la sección a través de la reducción de la distancia entre frente de excavación y la colocación del revestimiento de la contra-bóveda; • colocar hormigón proyectado en el frente de excavación; • aumento del espesor del sostenimiento o aumento de la resistencia de compresión del hormigón proyectado; • ejecución de inyecciones de consolidación o de impermeabilización del terreno anticipadas a la excavación, bien desde el mismo túnel o pique o desde la superficie del terreno; • Colocación de pernos de fibra en el frente. • reducir el distanciamiento de marcos reticulados. El monitoreo de deformaciones del túnel y piques, y de asentamientos del terreno será ejecutado por la Unidad de Monitoreo. Los resultados de las mediciones serán informados en forma inmediata y regular, todos los días o de acuerdo con lo contemplado en el proyecto de monitoreo. La evaluación e interpretación de los resultados de mediciones de deformaciones y asentamientos, como de toda otra variable de monitoreo geotécnica será prioritariamente responsabilidad de la Unidad de Monitoreo. Será igualmente responsable de llevar un estricto seguimiento de los resultados del monitoreo, teniendo además la responsabilidad de adecuar las operaciones de excavación y de instalación de elementos de sostenimiento en función del desarrollo de los resultados. 3.2.1.4 Prevención de la erosión En vista de la potencial presencia de agua subterránea y de eventuales sectores de reducida cohesión del material del subsuelo, se deberá evitar sistemáticamente el deterioro, desmoronamiento y erosión de toda superficie de terreno excavada a través de la aplicación inmediata de una capa de sello de hormigón proyectado eventualmente con fibra. Asimismo, se deberá ejecutar eventualmente las medidas de drenaje anticipado en el frente para evitar los citados efectos perjudiciales. 3.2.1.5 Interrupción de la excavación No se podrá realizar interrupciones durante la etapa de excavación debido al deterioro superficial progresivo al que se expone una excavación abierta. De esta manera, cada vez que se termine la fase de excavación inmediatamente se deberá colocar el sostenimiento, es decir, el sello de hormigón proyectado, malla, marco reticulado (sólo para los túneles) y hormigón proyectado en el espesor especificado en los planos. 16 En caso de que se produzcan interrupciones del avance del túnel o pique, éstas sólo podrán realizarse después de finalizada una etapa de sostenimiento. Las interrupciones no podrán ser de un plazo mayor a 12 horas. Cuando la interrupción sea mayor a 12 horas y menor de 3 días, la pared frontal se dejará abovedada con curvatura vertical y horizontal, a modo de tímpano, manteniendo la excavación del frente con el contrafuerte de tierra no excavado. El frente y todas las superficies expuestas se cubrirán con hormigón proyectado de 5 cm de espesor. Para evitar posibles presiones de agua sobre el frente se colocarán barbacanas, su distribución será al tresbolillo con una separación máxima de 150x150 cm. Si las interrupciones son por más de 3 días, la pared frontal se dejará abovedada con curvatura vertical y horizontal, manteniendo la excavación del frente con el contrafuerte de tierra no excavado. Todo el frente se cubrirá con 10 cm de hormigón proyectado reforzado con malla electrosoldada de 150x150x6 mm. Para evitar posibles presiones de agua sobre el frente se colocarán barbacanas, su distribución será al tresbolillo con una separación máxima de 150x150 cm. Además, se deberán dejar puntos de monitoreo en la superficie temporal con el objetivo de poder medir deformaciones en la perded. Durante las interrupciones se deberá hacer inspecciones periódicas al frente cada 12 horas máximo. 3.2.1.6 Medidas de seguridad Se mantendrá una cuidadosa limpieza luego de cada etapa de excavación No podrá acumular material excavado dentro del pique de construcción o túnel. Deberá mantener un nivel de trabajo parejo a lo largo de todo el túnel. La excavación, ejecución de perforaciones, (por ejemplo, para la colocación de drenajes, marchiavantis o micropilotes) y aplicación de hormigón proyectado deberá ejecutarse mediante métodos y con equipamiento adecuado, de manera de prevenir la generación excesiva de polvo, humo, vapores, gases, niebla, brumas u otras condiciones atmosféricas contaminantes y reductoras de la seguridad en obra. Durante toda la faena de construcción, la concentración de sustancias nocivas en la atmósfera de la cavidad permanezca por debajo de los niveles admisibles establecidos por la legislación vigente para obras subterráneas del Decreto Supremo N°594 “Reglamento sobre condiciones Sanitarias y Ambientales Básicas en los Lugares de Trabajo”. Para ello, se dispondrá en obra un sistema de ventilación forzado, la capacidad de los equipos debe garantizar lo señalado anteriormente. Solo se autorizará el uso de equipos eléctricos o diesel al interior de los túneles, además se recomienda que los compresores estén de preferencia en superficie. Se proveerá iluminación apropiada a los frentes de trabajo en el túnel o pique mediante una cantidad suficiente de lámparas eléctricas de modo de permitir el desarrollo correcto y seguro de todas las 17 actividades de excavación y sostenimiento. La iluminación mínima corresponderá a la equivalente a 2 focos halógenos de 1.000 W cada uno ubicados a una distancia máxima de 4 metros. Asimismo, instalar y mantener iluminación apropiada a todo lo largo del túnel en forma continua y permanente durante toda la vigencia del contrato. La iluminación mínima corresponderá a un tubo fluorescente de 40 W ubicado cada 10 m máximo o equivalente. 3.2.1.7 Trabajo continuo Tanto el método como la secuencia de excavación de los túneles y piques han sido diseñados presuponiendo una faena continua de trabajo (24 h) sobre la base de turnos sucesivos. Mediante la implementación de una faena continua es posible optimizar los recursos en términos de elementos de sostenimiento y reducir los riesgos de incrementos adicionales de deformaciones del suelo, tanto alrededor de la cavidad como en la superficie del terreno. 3.2.1.8 Drenaje durante la construcción Este ítem se refiere a la captación y drenaje de eventuales infiltraciones de aguas subterráneas que pudieran ingresar a la cavidad durante la excavación y posteriormente, una vez instalado el sistema de sostenimiento, hasta que se complete el revestimiento definitivo. Se deberá proveer, instalar, operar y mantener todos los elementos para la captación, conducción, inspección y bombeo de las aguas en obra de modo de controlar y poder drenar el agua desde cualquier parte del túnel o pique. No se permitirá la existencia de agua estancada en el interior de los túneles ni de los piques. La capacidad de los equipos de bombeo instalados en el frente de excavación deberá ser superior en al menos una vez y medio el caudal de agua subterránea que ingresa en el sector del frente más el volumen de agua eventualmente utilizado durante la faena en equipos y tareas asociadas a la excavación y sostenimiento. Se deberá tener en obra en todo momento equipos de bombeo de reserva de la misma capacidad que la instalada, los que deberán poder ser puestos en marcha inmediatamente en caso de que falle alguno en funcionamiento. Como medida de drenaje anticipada en el frente se recomienda la instalación de tubería de drenaje del tipo Flexadren o equivalente envueltos en geotextil, instalados en perforaciones periféricas al túnel. En sectores localizados de elevado ingreso de agua subterránea detectados en momentos de la excavación se podrá requerir la ejecución de perforaciones radiales de profundidad adecuada para la captación de agua a una cierta distancia del revestimiento (barbacanas). En éstas se deberán instalar 18 tubos perforados de acero o de PVC rígido de 1½” de diámetro interno. El espacio anular entre el extremo visible del tubo y el suelo deberá ser sellado con mortero rápido. A dicho extremo se deberá fijar mediante rosca una manguera para la captación y evacuación de agua. En áreas de fuerte ingreso de agua de mayor extensión superficial podrá requerirse, anticipadamente a la colocación del hormigón proyectado, la instalación de trozos de membrana impermeable perfiladas, las que deberán ser fijadas a la superficie excavada del terreno mediante clavos metálicos o estacas. La función de estas membranas será la de captar el agua y de conducirla hacia los costados del túnel. Eventualmente deberán disponerse tubos de drenaje de tipo Flexadren o equivalente, perimetrales en toda la bóveda y paredes, espaciados mutuamente no más de 2 m. Los tubos deberán ser extendidos en forma perimetral hasta el fondo del túnel, en donde el agua deberá ser captada a través de una tubería colectora y un pozo de bombas provisional, hacia un punto al extremo del túnel para su extracción por bombeo hacia el exterior. En casos en que después de la instalación del sostenimiento de hormigón proyectado se evidencien sectores de ingreso de agua, (goteos o filtraciones), se deberán implementar medidas para captarlas y conducirlas, pudiéndose aceptar goteos leves que deberán eliminarse una vez efectuado el revestimiento. Ilustración 7 Perfilado manual de excavación de contra-bóveda con agotamiento de agua. 19 3.2.2 Secuencia constructiva proyectada 3.2.2.1 Secuencia de excavación de los túneles estación y túneles galerías de acceso Para los túneles está contemplado usar: división de la sección en galerías laterales y centrales separadas por paredes temporales de sostenimiento, las que a su vez se pueden subdividir en etapas de excavación como bóveda, banco y contra-bóveda. Se deberá emplear la secuencia de excavación mostrada en los planos del proyecto, salvo que por condiciones geológica – geotécnicas e hidrogeológicas reinantes, como de otros criterios tales como la necesidad de limitar las deformaciones, etc., se determine en obra dividir la sección en una mayor cantidad de partes. La longitud nominal de avance de la excavación es de 1,0 m máximo. En función de las condiciones geológica - geotécnicas e hidrogeológicas reinantes, como de otros criterios tales como la necesidad de limitar las deformaciones, etc., la longitud de avance de la excavación podrá ser reducida, pudiendo ser de 0,8 m a 0,5 m, tal como se determine en obra. Ilustración 8 Chequeo topográfico de perfiles de sostenimiento. 20 3.2.2.2 Secuencia de excavación de los túneles interestaciones Estos túneles se excavarán con dos tipos de secciones, una a sección completa (en forma herradura) dejando un contrafuerte temporal de terreno sin excavar en el frente de la excavación, que se realiza en conjunto con el avance y la otra con sección ovoidal que se excavará con una división en cabeza (bóveda) y contra-bóveda. En estos túneles se deberá emplear la secuencia de excavación mostrada en los planos del proyecto, salvo que debido a condiciones locales particulares se determine de otro modo en obra. La longitud nominal de avance de la excavación, para el presente contrato, es de 1,0 m como máximo. En función de las condiciones geológica – geotécnica e hidrogeológicas reinantes, como de otros criterios tales como la necesidad de limitar las deformaciones, etc., la longitud de avance de la excavación podrá ser reducida, pudiendo ser de 0,8 m y hasta 0,5 m, tal como se determine en obra. Ilustración 9 Excavación de contra-bóveda en túnel interestación. 21 3.2.2.3 Secuencia de excavación de los piques Para la excavación de los piques está contemplado usar tres tipologías de piques circulares de diámetros 26,1m, 20m y 15m. Para todos los piques se contempla excavación en cuartos de 2m de altura máxima, salvo en el caso particular de los piques de 26,1m y 20m de diámetro que, sólo para la primera etapa de excavación y con el objetivo de evitar asentamientos o desmoronamientos no deseados bajo el brocal superior, se contempla excavación en octavos de máximo 2m de altura. Se deberá emplear la secuencia de excavación mostrada en los planos del proyecto, salvo que por condiciones geológica – geotécnicas e hidrogeológicas especiales del sector, como de otros criterios tales como la necesidad de limitar las deformaciones, etc., se determine en obra dividir la sección en más partes. Ilustración 10 Limpieza de mallas tipo acma después de proyección de sello en construcción de pique 22 3.2.2.4 Secciones de la secuencia de excavación del túnel estación Ilustración 11 Sección transversal del túnel estación, indicado sus partes. Ilustración 12 Isométrico método constructivo. 23 3.3 3.3.1 Sostenimiento Características principales del hormigón proyectado “shotcrete” 3.3.1.1 Alcance El sostenimiento comprende todos los elementos que se instalan inmediatamente después de la excavación de los túneles, en el perímetro de la sección, de manera de lograr su estabilidad a lo largo del período de construcción. Para este proyecto se ha considerado que el sostenimiento también actuará como estructura definitiva al actuar en forma monolítica con el revestimiento para resistir todas las acciones previstas durante la vida útil de la obra. El revestimiento es una capa adicional de hormigón armado que se instalará directamente sobre el sostenimiento, y en forma diferida. Para este proyecto se considera la ejecución del revestimiento como hormigón proyectado. Para la construcción del sostenimiento de los túneles se dará prioridad a la colocación del hormigón proyectado por el método de vía húmeda. Vía seca seria sólo eventual. Para el caso del revestimiento de los túneles sólo podrá utilizarse la colocación del hormigón por el método de la vía húmeda, la que presenta mayores ventajas por ser el hormigón proyectado de calidad más controlada en cuanto a compacidad e impermeabilidad. 3.3.1.2 Equipamiento y provisión de materiales Todo el equipamiento empleado para la instalación del sostenimiento de hormigón proyectado deberá ser el adecuado para los trabajos especificados, tanto en relación a su potencia y versatilidad, como asimismo en lo que se refiere a las exigencias mínimas de seguridad de acuerdo con las normas chilenas vigentes. Deberá tener, además, la capacidad suficiente de modo de garantizar los rendimientos, en términos de avance, necesarios en función de los plazos de construcción y el plan de trabajo propuesto. Se deberá realizar un mantenimiento apropiado de todo equipo que disponga en obra y mantener almacenado permanentemente en obra la cantidad mínima necesaria de elementos de repuesto, de modo de asegurar la disponibilidad inmediata de cada máquina o equipo en el momento que las actividades de obra o cualquier condición particular de las actividades de faena lo requieran. Se deberá asegurar en todo momento la provisión ininterrumpida de hormigón proyectado, marcos, mallas y de materiales aditivos para cada uno de los frentes de trabajo en operación. En particular, se 24 requerirá que se cumpla con la metodología y secuencia de aplicación de las capas de hormigón proyectado, como asimismo de enfierraduras y marcos, propuestas. Se deberá asegurar en todo momento el suministro de ventilación, niveles de ruido y polvo en cada frente de trabajo, cumpliendo las exigencias descritas en la normativa vigente. El diseño de la mezcla del hormigón para el sostenimiento y revestimiento de hormigón proyectado deberá ser efectuado por quien ejecutará las obras en base a lo indicado en las especificaciones técnicas. La instalación de faena y los equipos provistos deberán prever la posibilidad de empleo de aditivos acelerantes líquidos de fraguado. 3.3.1.3 Hormigón proyectado El hormigón proyectado en sitio deberá tener una resistencia cúbica especificada a la compresión correspondiente al grado H30 (equivalente a un G25 actual) a los 28 días, es decir 30 MPa (medido en cubo de 20 cm de arista), con un 90% de nivel de confianza, de acuerdo con lo establecido en la Norma Chilena NCh 170 of 85. La resistencia a la compresión del hormigón proyectado deberá aumentar progresivamente hasta alcanzar la resistencia final. Tabla 1 Evolución de la resistencia del hormigón proyectado en función del tiempo. Tiempo Resistencia <12 h Resistencia Temprana Clase J3 12 h 9 MPa 24 h 12,5 MPa 7 días 22,5 Mpa 28 días 30 MPa 25 Se considerará resistencia temprana la etapa de endurecimiento del hormigón proyectado entre el momento de la proyección y las primeras 12 horas de colocado. Para esa etapa se han definido 3 clases de hormigón, en función de su uso (norma EN 14487), según la ilustración siguiente: Ilustración 13 Evolución de resistencia a horas temprana hormigón proyectado. Clase J1: Hormigón proyectado apropiado de colocar en capas delgadas sobre superficies secas. Sin capacidad estructural en las primeras horas de fraguado. Clase J2: Hormigón proyectado apropiado para colocar rápidamente sobre superficies con poca presencia de humedad, logrando mayores espesores. Apto para sostener excavaciones de túneles en roca. Clase J3: Hormigón proyectado apto para ser empleado en la excavación de rocas de mala calidad o suelos frágiles, con fuerte presencia de agua. Para el Proyecto Línea 3 de Metro se empleará un hormigón proyectado que cumpla con la Clase J3 para las primeras 12 horas. Alternativamente para la medición de resistencias tempranas entre 0 y 1,0 Mpa se emplearán penetrómetros de aguja. 26 Para la medición de resistencias a horas tempranas entre 1 y 6 MPa se emplearán pistolas de impacto tipo HILTI. Para resistencias mayores se emplearán ensayos de resistencia a compresión simple siguiendo las indicaciones de la norma NCh 1037. Durante la etapa de sostenimiento se deberá cumplir además que la resistencia especificada a la compresión del hormigón proyectado ubicado a 14 m del frente de excavación sea igual o mayor que 25 MPa. Considerando la posibilidad de presencia de aguas agresivas provenientes de un ambiente urbano, se requiere el empleo de un cemento resistente al ataque por sulfatos, para lo cual resultan apropiados los cementos nacionales puzolánicos o de escoria. En caso de usarse algún cemento de otra procedencia, se deberá demostrar que es resistente al ataque de los sulfatos. El diseño de hormigón proyectado, tanto para sostenimiento como para revestimiento, deberá cumplir, además de los requisitos de resistencia, con los siguientes requisitos: (Tabla 0-2) Tabla 2 Requisitos adicionales para hormigón proyectado (sostenimiento y revestimiento) Permeabilidad medida en mm de penetración, valores máximos, según a). REQUISITOS 30 mm en probeta individual 20 mm en promedio Mínimo contenido de materiales cementantes b) para HP por la vía húmeda o seca en [kg /m3] a) La permeabilidad se medirá en mm de penetración según el ensayo establecido en la norma NCh 2262 of 1997. b) El contenido de partículas inferiores a 0.075 mm (malla # 200 ASTM), incluyendo el cemento, las adiciones y las aportadas por los áridos, no deberá ser inferior al valor definido por la curva granulométrica de referencia adoptada según la Figura 2.2 del punto 2.6.4 de esta especificación. 27 3.3.1.4 Características y tecnología de ejecución El espesor máximo de una capa individual de hormigón proyectado no deberá exceder los 15 cm. En caso de aplicarse en forma sucesiva más de una capa de hormigón proyectado de 15 cm habrá que interrumpir la faena de aplicación el tiempo necesario para que el hormigón proyectado colocado tenga capacidad de soporte sin deslizar, antes de seguir aplicando nuevas capas. Para medir el espesor de cada capa de hormigón proyectado deberán instalarse, antes de cada aplicación, guías apropiadas que aseguren la materialización de la superficie final deseada antes de cada aplicación. El recubrimiento mínimo de las armaduras en la cara externa (cara en contacto con el terreno) deberá ser de 5 cm, salvo indicación en contrario en los planos correspondientes. Deberá evitarse que el recubrimiento real de las barras del lado externo supere los valores establecidos en más de 5 cm. En el caso de que el recubrimiento real del hormigón del lado externo supere este valor, podrá requerir que se instale una malla adicional. Durante la aplicación de dos capas sucesivas de hormigón, desde que se observe el desecamiento de la superficie de la mezcla de hormigón y hasta por un plazo mínimo de 7 días, se deberá efectuar un curado hasta el momento de aplicación de la siguiente capa. Lo dicho es similarmente válido para la última capa. En caso de usarse agua, deberá estar a una temperatura similar a la del hormigón, de manera de no generar un enfriamiento brusco de la superficie. 3.3.1.5 Diseño de la mezcla La mezcla para el hormigón proyectado deberá ser determinada por medio de ensayos de laboratorio y de terreno en obra antes de iniciar las excavaciones del túnel, de modo de cumplir con los requerimientos de resistencia, calidad, durabilidad, colocación y toda otra característica requerida. En todos los casos en que esta especificación lo requiera en relación al empleo de algún aditivo para el hormigón, se deberá determinar mediante ensayos el efecto sobre la resistencia a la compresión del hormigón con el aditivo respectivo frente a un hormigón patrón sin este aditivo. Se verificará la resistencia a la compresión de la mezcla definida para las edades 12 horas, 24 horas, 7 días y 28 días. 28 3.3.1.6 Materiales y dosificación del hormigón proyectado 3.3.1.6.1 Cemento El cemento a ser empleado en las mezclas para hormigón proyectado deberá ser de procedencia nacional Portland Puzolánico o Portland Siderúrgico de grado alta resistencia inicial, según Norma Chilena NCh 148 y presentar un calor de hidratación máximo a 7 días de 85 calorías/gramo, medido según método de Langavant. En caso de utilizarse un cemento de procedencia extranjera, se deberá certificar que cumple con las Normas Chilenas mediante ensayos en un laboratorio aprobado, o en su defecto, clasificarlo de acuerdo a la última versión vigente de las normas ASTM. Adicionalmente se deberá certificar, con el objeto de evitar una posible reacción entre los álcalis del cemento y los agregados pétreos, que el contenido de álcalis del cemento, expresado como Na2O, determinado mediante análisis químico realizado de acuerdo a la Norma ASTM C114, no excede de 0,6 % o que su expansividad en el ensayo de barras de mortero estipulado en la Norma ASTM C 227 es inferior a 0,10 % a los seis meses. Las mezclas de hormigón proyectado deben emplear cementos de composición química homogénea y finura uniforme. Para cada partida de cemento provista en obra, se deberá remitir los certificados de fabricación correspondientes. En vista de la necesidad de reducción de fisuración del hormigón proyectado, será preferible el empleo de cementos de bajo calor de hidratación. Se deberá ensayar el cemento junto con los áridos para demostrar que no existe reacción álcalisáridos. Se deberá cumplir con los requisitos establecidos en la norma ASTM-C1260. 3.3.1.6.2 Agregados Los agregados deberán cumplir con las estipulaciones de la Norma Chilena NCh 163 Of 79. Antes de utilizarse en la planta de mezclado, los agregados deberán poseer una temperatura superior a los +5 grados Celsius. 29 3.3.1.6.3 Agua El agua que se utilice en la confección de los hormigones será limpia, exenta de sustancias perjudiciales, y deberá cumplir con las estipulaciones de la norma chilena NCh 1498 Of 82 "Hormigón - Agua de amasado - Requisitos". Se deberá poner especial cuidado en el contenido máximo de sales en el agua de amasado antes de su uso en la mezcla 3.3.1.6.4 Dosificación Para mantener la uniformidad de las propiedades del hormigón proyectado, la dosificación deberá emplear o estar constituida por la mezcla de un mínimo de dos áridos (una arena normal, de tamaño máximo 5 mm y una arena gruesa de tamaño máximo 10 mm) y se establecerá de manera que la granulometría total del hormigón, incluido el cemento y adiciones, se ajuste a la banda de aceptación para la curva granulométrica según Faury de tamaño máximo nominal de árido de 3/8” indicada. Como material cementante en el ajuste se deberá considerar siempre el uso de microsílice en el rango de uso indicado en las presentes especificaciones técnicas. Los áridos mencionados pueden ser reemplazados por uno solo, siempre que al considerar la mezcla de éste árido y material cementante el ajuste a la curva Faury cumpla con las tolerancias de la banda de aceptación indicada anteriormente. La medición de los materiales deberá hacerse en peso. 30 HORMIGON PROYECTADO BANDA DE ACEPTACION PARA RECTAS GRANULOMETRICAS SEGUN FAURY DE TAMAÑO MAXIMO NOMINAL COMPRENDIDO ENTRE LA MALLA #4 ASTM Y TAMIZ 3/8" Y 100 0 5 Y=60,5 T + 17,4 (% PASA) 90 10 5 Y=93,5 ( T - 0,50 ) 80 20 5 Y=124,8 T - 49,2 (% PASA) 70 30 60 40 EJEMPLO DE RECTA GRANULOMETRICA SEGUN FAURY 50 50 60 30 5 5 Y=102,2 ( T - 0,35 ) (% PASA) Y=81,7 ( T - 0,37 ) 70 20 % RETENIDO % QUE PASA 40 MALLA % QUE PASA 3/8" 100 - 100 N°4 81 - 100 N°8 67 - 89 N°16 54 - 80 N°30 43 - 63 N°50 34 - 49 N°100 26 - 36 N°200 19 - 25 80 5 Y=78,0 ( T - 0,35 ) 10 90 100 0 t0 0,0052 200 100 50 30 16 0,075 0,15 0,30 0,59 1,19 8 2,38 4 3/8" 1/2" 3/4" 4,76 9,52 12,7 19,05 1" T 25,4 (mm) ABERTURA DE TAMICES SEGÚN DESIGNACION ASTM Y SU EQUIVALENCIA EN mm FIGURA 1 - BANDA DE ACEPTACION PARA RECTAS GRANULOMETRICAS SEGÚN FAURY Ilustración 14 Banda de Aceptación para Rectas Granulométricas Según Faury 31 3.3.1.6.5 Aditivos Adicionalmente a la presente especificación particular, los aditivos deberán cumplir con todos los requerimientos para aditivos establecidos en la norma NCh 2182 Of 95. El uso de aditivos para propósitos no cubiertos por las especificaciones generales para materiales y manufactura de Hormigón Armado o por la presente especificación no está permitido, excepto a través de la aprobación por escrito. En tales casos se deberá proveer una documentación completa y suficiente para justificar el empleo de los aditivos propuestos. Los aditivos deberán estar libres de cloruros, significando esto que el porcentaje de cloruros no deberá exceder 0,1 % en peso. Las condiciones de almacenamiento de los aditivos deberán responder a las exigencias de los proveedores de los mismos. La compatibilidad entre los aditivos y otros componentes del hormigón proyectado deberá ser demostrada mediante ensayos de aptitud antes de ser utilizados en obra. 3.3.1.6.5.1 Acelerantes de fraguado La dosificación de acelerantes de fraguado deberá ser la estrictamente necesaria para garantizar la evolución de resistencia a temprana edad y la resistencia final del hormigón proyectado. La determinación de esta dosificación resultará de ensayos de laboratorio y de ensayos posteriores de aptitud en obra (usándose las instalaciones de obra). Cualquier aumento de la dosificación preestablecida de acelerantes de fraguado, como resultado de los ensayos mencionados, no deberá ser superior al 1 % del peso de cemento. Los acelerantes de fraguado deberán ser verificados, cada vez que se cambie el tipo de cemento empleado, en relación a su compatibilidad con el cemento empleado (reducción de la resistencia). En caso de empleo de acelerantes líquidos se deberá verificar que no se ha producido cristalización o segregación durante su almacenamiento. Los plazos máximos y las condiciones de almacenamiento como así también los requerimientos de seguridad sugeridos por los fabricantes deberán ser respetados. No se permite el uso de silicatos de sodio, ni aluminatos como acelerantes de fraguado. La reducción de resistencia del hormigón proyectado frente al hormigón proyectado patrón (sin acelerantes de fraguado) no debe superar el 20% para edades de 7 o 28 días, sin perjuicio de cumplir con las resistencias a edades tempranas. Los acelerantes deberán ser del tipo “No Alcalino” y "Libre de Álcalis" (Alcalys-free). 32 Se entiende por libre de álcalis, que no contiene cationes de álcalis, o que su contenido es menor a 1%, lo que deberá ser comprobado mediante un Ensayo por Absorción Atómica buscando iones Na+ y K+. Para poder definir cuál es el acelerante más adecuado para la mezcla, se deberán realizar ensayos en un laboratorio certificado e independiente para demostrar que no hay incompatibilidad con los distintos cementos u otros aditivos de la mezcla, de acuerdo a la norma EN 934-5 “Admixtures For Concrete, Mortar And Grout” Part 5, Admixtures for Sprayed Concret Definitions, Requirements, Conformity, Marking and Labelling. 3.3.1.6.5.2 Aditivos reductores de agua, fluidificantes y retardadores de fraguado Aditivos reductores de agua y retardadores podrán ser utilizados para el proceso de hormigón proyectado por vía húmeda para reducir la cantidad de agua de mezclado y aumentar la trabajabilidad del mismo durante su bombeo. El efecto de estos aditivos deberá ser determinado mediante ensayos de aptitud en obra. Su efecto sobre el hormigón proyectado deberá ser controlado regularmente en relación a su tiempo de fraguado, reducción de agua y evolución de la resistencia en el tiempo frente al hormigón patrón. 3.3.1.6.5.3 Aditivos de control de hidratación (inhibidores de fraguado) Para la mezcla por vía húmeda, se pueden emplear aditivos para el control del proceso de hidratación. Los aditivos para el control del proceso de hidratación no deben poseer componentes que originen una reducción de la resistencia del hormigón proyectado más allá de la admitida. Estos aditivos podrán ser usados siempre que las condiciones o limitaciones de faena en la obra lo requieran, en función de poder asegurar una faena continua de avance de excavación del túnel y las condiciones de seguridad necesarias de las mismas en términos de su impacto sobre el medio ambiente. Su dosificación deberá ser determinada en base a ensayos de aptitud. 3.3.1.6.5.4 Microsílice El humo de sílice a utilizar en la mezcla, deber tener su origen de procesos industriales para la obtención de las aleaciones hierro-silicio, por lo que deben excluirse otros productos de origen distinto. 33 Toda dosificación de hormigón proyectado considerará la incorporación de microsílice densificada, que es un material extremadamente fino suministrado en micro pellets con características puzolánicas. Mediante la incorporación de microsílice como adiciones se pueden mejorar las características del hormigón proyectado, en particular: • reducir la producción de polvo, • reducir el rebote, • aumentar la adherencia entre capas y con las armaduras, • mejorar la impermeabilidad del revestimiento de hormigón proyectado, • aumentar la resistencia a la acción de agentes químicos agresivos, • aumentar la resistencia final y durabilidad del hormigón, La microsílice en polvo deberá cumplir con los siguientes requisitos: • el contenido de SiO2 no debe ser inferior al 90 %, • la microsílice no debe contener más de 0.2 % en masa de sílice metal ni cualquier otro material nocivo tal como cuarzo, óxido y/o fibras de celulosa, • finura: la superficie específica (Blaine) no deberá ser inferior a 20.000 m2/kg • el contenido de álcalis total en términos de equivalente Na2O no debe superar el 2%, • índice de actividad > 95% después de 28 días, • contenido de humedad < 3% • SO3 (soluble en agua) < 1% El empleo de suspensiones de sílice también conocida como “sílice coloidal” presupone el uso de una bomba dosificadora, que es imperativa en este proceso. Para dosificación de microsílice se deberá considerar el 5% del peso del cemento. El porcentaje a utilizar será determinado en base a ensayos de aptitud en obra. Las suspensiones de microsílice deberán ser agitadas regularmente por medio de bombas de circulación antes de su empleo en la mezcla. Se deberá determinar la compatibilidad entre la microsílice y los demás aditivos líquidos, bien sobre la base de experiencia probada o alternativamente a través de ensayos apropiados. Ejecución y transporte de la mezcla 34 3.3.1.7 Mezclado 3.3.1.7.1 Proceso por vía húmeda En el proceso de aplicación de hormigón proyectado por vía húmeda sólo son aplicables aceleradores líquidos. Estos deberán ser adicionados en la boquilla o cerca de la misma. El suministro de acelerantes mediante la bomba deberá ser controlado de tal modo de ser proporcional al caudal de mezcla húmeda provista por la bomba de hormigón. El hormigón proyectado en este proceso no debe ser colocado después de 30 minutos contados a partir del inicio del mezclado. En caso de que las condiciones de la obra hagan propicio el uso de retardadores o aditivos de control de hidratación y que éstos sean aprobados, este plazo podrá ser extendido contra presentación de los comprobantes justificativos correspondientes que acrediten la aptitud de la mezcla. Para ello será necesario haber efectuado ensayos de aptitud cuyos resultados corroboren que la resistencia final del hormigón proyectado no se reduzca en más de 20% respecto de la del hormigón patrón, sin perjuicio de cumplir con las resistencias a edades tempranas. 3.3.1.8 Transporte de la mezcla La mezcla del proceso por vía húmeda deberá ser transportada sin adición de acelerantes de fraguado y empleando sistemas de transporte que prevengan la segregación de los componentes y protegida efectivamente contra la influencia de agentes externos. 3.3.1.9 Equipamiento y producción del hormigón proyectado 3.3.1.9.1 General Todas las tuberías de transporte de componentes de hormigón proyectado deben ser de diámetro uniforme, debiendo asimismo estar dispuestas en tramos rectos o en curvas de radios amplios y estar protegidas de modo de que no sea perturbado el movimiento de material a través de ellas. Los acoplamientos deberán garantizar hermeticidad. La máquina de producción de hormigón proyectado deberá ser calibrada en términos de alimentación de aire comprimido, velocidad de rotación y volumen de las cámaras del rotor de modo tal de ser compatible con la longitud y el diámetro de las tuberías o mangueras de 35 transporte. El equipo deberá ser hermético. Residuos de material dentro de la máquina deberán ser extraídos después de cada operación independiente de aplicación de hormigón proyectado. Los sistemas de alimentación de aire y agua deberán ser capaces de suministrar a la máquina de hormigón proyectado y manguera, las presiones y caudales recomendados por el fabricante de la máquina. Está prohibida la utilización de un sistema de suministro que provea aire contaminado con aceite. Los equipos de producción de hormigón proyectado deberán ser aptos para suministrar material en forma ininterrumpida y con caudal constante, garantizando asimismo velocidades de proyección en la boquilla que posibiliten una óptima adherencia del material a la superficie, minimicen las pérdidas por rebote y proporcionen adhesión y densidad máximas. El equipo de proyección deberá permitirle al operador de la boquilla emplear agua y aire en cualquier combinación deseada de manera de poder preparar tanto superficies ásperas como efectuar terminaciones. Además, deberá contar una bomba de hidrolavado para garantizar una óptima limpieza del sustrato previo a la colocación de una nueva capa de hormigón proyectado. En casos en que la aplicación manual de hormigón proyectado no sea segura para el operador o bien poco conveniente del punto de vista práctico o no deseable por otras razones, se deberá proveer un brazo mecánico dirigible para la proyección de la mezcla. El equipo a utilizar deberá tener una capacidad efectiva de proyección superior a 10 m3/hora y el suministro de materiales deberá asegurar un caudal suficiente para que esto se desarrolle sin interrupción. 3.3.1.9.2 Proceso por vía húmeda El caudal de suministro de hormigón deberá ser continuo para permitir una aplicación uniforme del hormigón proyectado. El dispositivo de dosificación de acelerantes de fraguado deberá operar en forma sincrónica con la bomba de hormigón, debiendo poder considerarse en el ajuste del mismo, posibles variaciones de la viscosidad y de la densidad bruta de la mezcla. Debido al elevado peso de las mangueras de alimentación de la boquilla, de ésta misma y de todos los demás accesorios, es aconsejable emplear un brazo mecánico para la aplicación del hormigón proyectado. En caso de utilizarse este dispositivo, el mismo deberá garantizar una buena distribución superficial del hormigón proyectado y un funcionamiento continuo. Su operación tendrá que ser remota, permitiendo en todo momento una buena visibilidad del área de aplicación. 36 3.3.1.10 Aplicación del hormigón proyectado 3.3.1.10.1 General El hormigón proyectado deberá aplicarse inmediatamente después de efectuada la excavación, sin ejecutar una limpieza superficial del terreno, salvo que exista algún elemento como barro, aceite o cualquier otra sustancia que impida la adherencia del hormigón y sea necesario eliminar, rellenando huecos (incluso sobre-excavaciones locales que se produjeran) y suavizando el contorno de la excavación. Donde se presenten filtraciones, éstas deberán ser captadas y desviadas previamente. Para ello se deberá emplear materiales, medios y técnicas de drenaje o impermeabilización apropiadas. Cuando la cavidad excavada atraviesa sectores con napas freáticas colgantes o cualquier configuración hidrogeológica que motiva el ingreso de agua subterránea a la misma, se debe desviar dicha agua hacia la solera del túnel tanto como su captación y posterior conducción a la superficie del terreno. Para ello se deberá instalar elementos tales como canaletas, tubos de drenaje perforados, mangueras para la conducción del agua, chapas, membranas u hojas sintéticas perfiladas, geotextiles o cualquier otro elemento apropiado para el drenaje del agua y la prevención de su contacto con el hormigón proyectado húmedo. Antes de instalarse la malla exterior del sostenimiento será necesario proyectar una primera capa de sello de hormigón proyectado, la que tendrá un espesor mínimo de 5 cm. Al aplicar hormigón proyectado sobre la malla metálica y marcos, se deberá cuidar de lograr un buen relleno detrás de la malla. Por ningún motivo podrán quedar espacios sin rellenar. Tanto las mallas como los marcos y otras armaduras deberán quedar perfectamente envueltas en el hormigón. En caso de producirse esperas de tiempo durante la colocación de capas sucesivas, deberá eliminarse el material de rebote o endurecido que pudiera quedar adherido a las armaduras, previo a la aplicación de la capa adicional que incluye a estas armaduras. Para evitar el movimiento de la malla durante la aplicación del hormigón proyectado es necesario que ella quede firmemente fijada a la superficie. En caso de emplearse más de una capa de armadura, la segunda no debe ser colocada antes que la primera esté completamente cubierta por hormigón proyectado. Si las condiciones del terreno lo requieren, deberá aplicarse una capa de hormigón proyectado contra el frente de excavación, con un espesor que asegure que el terreno se mantenga estable. El hormigón proyectado se deberá colocar en capas sucesivas. Se dejará transcurrir, entre capas sucesivas, sólo el tiempo mínimo necesario para que el endurecimiento de la capa ya colocada 37 sea el adecuado para recibir y soportar la nueva capa de hormigón proyectado. Cada capa deberá ejecutarse en una operación continua. Cuando se noten escurrimientos del hormigón proyectado, exceso de humedad y otros defectos, se suspenderá de inmediato la colocación del hormigón en la zona defectuosa. éste será picado y reemplazado por hormigón proyectado fresco de calidad satisfactoria, antes de continuar con su colocación. Si por algún motivo se descontinúa la colocación de las capas, se deberá lavar cuidadosamente la superficie y armaduras con chorro de agua y aire a presión para eliminar el polvo y materias extrañas depositadas que pudieran afectar la adherencia. La junta de construcción de una capa de revestimiento no deberá ser continua en la capa siguiente, sino quedar completamente cubiertas por ésta. Durante la aplicación del hormigón proyectado, la boquilla deberá mantenerse perpendicular a la superficie de trabajo y a una distancia de aproximadamente 1,20 m de ella. De la boquilla deberá salir un chorro cónico, uniforme y continuo de modo de obtener un material compacto y uniforme. Cuando el chorro sea intermitente, se debería desviar la boquilla hasta que la situación se normalice. Durante la colocación del sostenimiento no se dejarán juntas de dilatación, las capas de hormigón proyectado serán continuas. Los cortes de hormigonado o juntas de construcción deberán ser ejecutadas en forma transversal al túnel de acuerdo a la Norma NCh 170. Si el chorro tiende a provocar erosión del terreno y desprendimiento del material grueso, deberá disminuirse la presión de colocación y aumentar la distancia de colocación en la primera pasada de hormigón proyectado. De todos modos, se deberá efectuar pruebas en terreno. No deberá proyectarse sobre superficies de hormigón proyectado que estén secas, para ello antes de colocar la nueva capa deberá humedecerse las superficies secas de modo de estar saturadas con agua. Este proceso se hará antes de iniciar la colocación del hormigón proyectado. En especial, la superficie seca del hormigón proyectado del sostenimiento deberá humedecerse como mínimo durante tres horas antes de proceder a colocar el hormigón proyectado del revestimiento. En donde la situación hidrogeológica lo requiera, se deberá instalar eventualmente barbacanas temporales en el sostenimiento de hormigón proyectado con motivo de prevenir la acumulación de agua y generación de presión sobre el mismo. El material de rebote deberá ser removido inmediatamente después de cada aplicación de hormigón proyectado. En ningún caso será admisible cubrir material de rebote con hormigón proyectado nuevo. En particular se deberá tener precaución con su acumulación en las superficies del terreno o juntas de construcción cercanas a la horizontal. En todas ellas el rebote 38 deberá ser completamente removido previo a la siguiente aplicación; si fuera necesario hasta por medio de martillos neumáticos. Para evitar la cobertura de material de rebote mediante material nuevo, se aplicará el hormigón proyectado desde la base del túnel o sección subdividida de éste hacia la clave o parte superior. En superficies verticales o casi verticales será preferible comenzar con la proyección de hormigón en la base inferior. Bajo ninguna circunstancia se admitirá una remoción del material de rebote de un lado del túnel a otro, por ejemplo, hacia algún sector de túnel ya revestido. El mismo deberá ser extraído en forma completa fuera del túnel. Se deberá implementar medidas para verificar el espesor de hormigón proyectado tal como se lo requiera. Estas podrán consistir en guías visuales instaladas previamente a la aplicación del hormigón proyectado o bien perforaciones efectuadas luego de completada la capa respectiva. 3.3.1.10.2 Requerimientos particulares para el proceso por vía húmeda La mezcla húmeda puede ser transportada hacia la boquilla de proyección en forma neumática (chorro fino) o a través de bombas de hormigón (chorro denso). En este último caso la velocidad de proyección del hormigón en la boquilla se logra a través de la inyección de aire a presión suministrado directamente a la boquilla. Se deberán realizar los ajustes de calibración correspondientes para lograr la velocidad óptima de proyección. 3.3.1.10.3 Juntas de dilatación Se ejecutarán juntas de dilatación sólo en el revestimiento de túneles, piques y galerías, en la ubicación indicada por los planos del proyecto. Las juntas serán continúas generando cuerpos independientes que puedan moverse sin transmitir esfuerzos. Para el caso de las estaciones estas juntas serán impermeables, materializadas con cordones de goma hidro-expansiva tipo Masterflex 610 de BASF, con una sección transversal de 20 mm x 20 mm. La instalación se hará de acuerdo con las instrucciones del fabricante, utilizando cuando sea pertinente, respaldo Sonofoam de Basf según instrucciones del fabricante. Se permitirá el uso de productos de calidad equivalente. Para rellenar y finiquitar la junta se dispondrá Sikaflex 1A de Sika o equivalente, más una lámina de poliestireno expandido de alta densidad, si procediese y como se indica en los planos. Para evitar el resquebrajamiento del hormigón de las juntas, éstas se terminarán con una curvatura de radio 0,6 cm en todas las aristas expuestas. 39 3.3.1.10.4 Profesionalismo en la aplicación del hormigón proyectado Se deberá disponer de operadores de boquilla que previamente al inicio de faena hayan demostrado ser suficientemente hábiles y competentes en la aplicación de hormigón proyectado y que estén perfectamente familiarizados con la metodología y secuencia particular prevista para cada sector específico en que se materialice el sostenimiento con hormigón proyectado. Estos operadores deberán portar certificados de aptitud otorgados por quien ejecuta y aprobados mediante una prueba de calificación supervisada por la ITO, 30 días antes que se inicie la colocación del hormigón proyectado en la obra. Para este objeto, cada cuadrilla deberá llenar, en presencia de la ITO, dos paneles de ensayo. De estos paneles, uno se llenará lanzando hormigón contra una superficie vertical y el otro trabajando sobre cabeza contra una superficie horizontal o con una inclinación menor de 45º respecto a la horizontal. La ITO calificará los resultados sobre la base de la homogeneidad, monolitismo y resistencia de las probetas extraídas, pudiendo rechazar a aquellos operadores que, según su criterio, no demuestran la pericia necesaria para colocar el hormigón proyectado. Los operadores rechazados podrán optar a una nueva calificación, pero serán definitivamente eliminados si en ella resultan descalificados. El personal calificado será el único que podrá destinar a labores de colocación de hormigón proyectado. 3.3.1.10.5 Curado Si la humedad relativa en la zona de colocación del hormigón proyectado es inferior a 90%, se deberá proceder de inmediato con la aplicación de un sistema de curado. El curado se efectuará mediante el sistema húmedo, debiéndose asegurar la mantención continua de la humedad. Se requiere de un curado sistemático y continuo del hormigón proyectado de sostenimiento y revestimiento, el que deberá tener una duración mínima de 7 días. El curado deberá iniciarse a más tardar antes de 20 minutos de haberse completado cualquier capa de revestimiento. 40 3.3.1.11 Ensayos Se deberán efectuar ensayos de aptitud tanto de los componentes del hormigón proyectado como de la mezcla misma antes del comienzo de la obra como así también ensayos de aceptación o de control en obra durante la ejecución de las faenas. Los ensayos destinados a determinar la composición de la mezcla de hormigón proyectado, tanto en condiciones de laboratorio como de obra, deberán ser efectuados con suficiente anticipación al comienzo de las faenas de obra para asegurar que las mezclas de hormigón proyectado estén desarrolladas y todas las verificaciones completadas satisfactoriamente. Las actividades de colocación de hormigón proyectado no deberán comenzar antes de que los resultados de estos ensayos demuestren la aptitud en función de la presente especificación. La evaluación del cumplimiento de la resistencia especificada para cada edad se efectuará por el criterio de grupos de muestras consecutivas establecido en la Norma Chilena NCh 1998. Los resultados de los ensayos deberán ser corregidos por esbeltez y forma, multiplicando la resistencia obtenida en muestras cúbicas o cilíndricas por los factores indicados en la cláusula 7.3.2 de la norma NCh 1171/1 Of 2001. No deberá aplicarse el coeficiente de mayoración de 1/0,85 para el promedio de las resistencias de tres testigos y de 1/0,75 para los valores individuales de cada testigo establecidos en la norma NCh 1171/2 Of 2001. 3.3.1.12 Ensayos de aptitud Los ensayos de laboratorio deberán ser llevados a cabo por un laboratorio de ensayo de materiales, independiente y con certificación NCh-ISO/IEC 17025.Of 2005 en Chile. El laboratorio y su personal calificado deberán ser aprobados por la ITO una vez que se tengan las certificaciones pertinentes. Son parte de los ensayos de laboratorio los de aptitud iniciales para determinar la composición de la mezcla para el hormigón proyectado como así también los que regularmente se realicen para verificación de la calidad y aptitud de los materiales suministrados a obra. Siempre que se emplee hormigón proyectado por vía húmeda y se provea de éste a través de una empresa manufacturera de hormigón externa, se deberá proveer un certificado de aptitud de la mezcla expedido por un laboratorio de ensayos independiente. A través de los ensayos de aptitud se determinan las dosificaciones de la mezcla a emplear, las que deberán ser mantenidas por la empresa correspondiente durante todo el período de provisión de hormigón a la obra. Ante cualquier cambio en los materiales empleados deberán efectuarse nuevos ensayos de aptitud. 41 En general se deberán hacer los siguientes ensayos de aptitud en condiciones de laboratorio: Materiales constitutivos de la mezcla: • Agregados: granulometría, peso específico y absorción según Normas del INN correspondientes y reacción álcali – árido, si procede (ASTM C 227-87, ASTM 1260 – 94). • Agua (en caso de duda): análisis químico. • Acelerantes de fraguado: ensayo de compatibilidad con el cemento y adiciones cementicias (cenizas volantes y/o humo de sílice), reducción de resistencia a 7 y 28 días frente a un hormigón patrón. • Otros aditivos: ensayos de combinación de los distintos aditivos agregados a la mezcla para la verificación de su compatibilidad. • Microsílice: ensayos para comprobar que se cumplen las condiciones indicadas en el punto 2.6.9. Hormigón proyectado: Ensayo de resistencia a compresión a las 12 horas, 24 horas, 7 días y 28 días. Ensayo de asentamiento de cono para el caso de hormigón proyectado por vía húmeda. La compatibilidad entre cemento y aditivos acelerantes de fraguado será investigada en primer término mediante ensayos bajo condiciones de laboratorio y luego con ensayos en los que las muestras son obtenidas con los equipamientos ya instalados en obra. Con estos ensayos se deberá determinar si la acción de los acelerantes es efectiva a edades tempranas y no conduce a una reducción excesiva de la resistencia a compresión final del hormigón. Los resultados de los ensayos efectuados en condiciones de laboratorio constituirán una referencia para la compatibilidad y acción conjunta de los distintos componentes de la mezcla, en particular entre aditivos acelerantes y cemento y otras adiciones cementicias. Sobre la base de estos ensayos se harán los ensayos de aptitud en obra a partir de los cuales se deberán evaluar las necesidades de adaptación de las proporciones de componentes aditivos de la mezcla a la situación de la obra (temperatura, eficiencia de mezclado, alimentación de materiales componentes, características de la superficie de proyección). Ensayo de Reducción de la Resistencia Final en Condiciones de Laboratorio 42 La disminución de la resistencia a la compresión en condiciones de Laboratorio deberá ser verificada sobre muestras de hormigón empleando los mismos áridos, cemento, aditivos y razón agua/cemento establecidos para el hormigón proyectado. La reducción de la resistencia de la probeta ensayada respecto de la resistencia de hormigón patrón (sin acelerante de fraguado) deberá ser calculada a partir del valor medio de la resistencia a la compresión de las probetas a los 7 o 28 días de acuerdo a la siguiente fórmula: () = Reducción de resistencia S −C S En donde: S = resistencia media a la compresión de probetas sin acelerantes de fraguado C = resistencia media a la compresión de probetas con acelerante de fraguado La proporción acelerante de fraguado/cemento (+ otros aglutinantes) responde a los requerimientos del hormigón proyectado siempre que la reducción de la resistencia a la compresión final no supere el 20%. 3.3.1.13 Ensayos de aptitud en condiciones de obra 3.3.1.13.1 General Se deberá efectuar ensayos de aptitud del hormigón proyectado en relación a su resistencia final frente a un hormigón patrón (sin aditivos acelerantes de fraguado) en las condiciones en que el mismo será producido en la obra. Mediante los ensayos se deberá verificar y adaptar para la obra la dosificación de acelerante de fraguado determinada mediante los ensayos de laboratorio. Para cada tipo de aditivo acelerante de fraguado que se haya seleccionado en los ensayos de laboratorio deberán ser ejecutados paneles de muestra en obra de dimensiones 50 x 50 x 15 cm. Los paneles deberán ser construidos como cajas de madera terciada, convenientemente rigidizadas, usándose paneles de madera terciada de no menos de 20 mm de espesor. Los laterales de estas cajas deberán estar desanguladas hacia el exterior en 45° para permitir que el hormigón proyectado de rebote pueda egresar de la caja. El hormigón proyectado deberá 43 adherirse al fondo de la caja, quedar bien compactado y no mostrar señales de segregación. La hora en que cada panel de muestra ha sido completada deberá ser protocolizada. Los paneles deberán ser curados en condiciones de obra a temperaturas entre +10 y +25 °C, debiéndose mantener húmedos, por ejemplo, a través del tapado mediante membranas de polietileno hasta que sean usados en los ensayos. Los testigos de ensayo deberán ser extraídos no antes de las 10 horas de haber finalizado la proyección y no después de 48 horas del mismo instante, debiendo ser curadas en agua. Los testigos que se emplearán para la determinación de la resistencia simple a la compresión a los 28 días, después de su extracción del panel, serán almacenados en una cámara de curado con una temperatura controlada de 20+/- 3 C° y humedad relativa de 90%. Para cada acelerante de fraguado previsto se deberán ensayar al menos 2 diferentes dosificaciones que deberán cubrir el rango de acelerante previsto. 3.3.1.13.2 Ensayos sobre el hormigón proyectado joven 1. Se considerará hormigón joven al hormigón colocado con una edad inferior a 12 horas. 2. Estos hormigones se ensayarán directamente sobre los paneles de madera indicados. Se realizarán cuatro ensayos por cada panel de muestra solicitado: a los 15 minutos, 30 minutos, 2 horas y 8 horas. 3. Para edades entre 0 y 30 minutos y siempre que la resistencia no sobrepase 1,2 MPa, se realizarán ensayos de penetración usando un Penetrómetro Procuro Tipo Soiltest Model CN-419 de acuerdo a la norma ASTM C 403-70, con una aguja de penetración de 9 mm de diámetro. Este ensayo mide la resistencia a la penetración de esta aguja, la que es determinada a través de un resorte calibrado integrado al penetrómetro y que da una indicación de las características de fragilidad y de evolución de la resistencia temprana del hormigón proyectado. El desarrollo del ensayo deberá ajustarse a los siguientes pasos: Apoyar la aguja sobre la superficie del hormigón proyectado y oprimir la aguja hasta que esta penetre 15 mm Leer el valor de resistencia en la escala del penetrómetro Realizar como mínimo 10 pruebas independientes para cada ensayo en un intervalo máximo de 60 segundos teniendo la precaución de no hacer penetrar la aguja sobre un grano de agregado grueso 44 Protocolizar tiempo y lugar de ensayo Los valores de resistencia deberán cumplir con la Clase J3 4. Para edades entre 2 y 8 horas y siempre que la resistencia este entre 1 y 6 MPa, se empleará el ensayo de penetración de pernos utilizando una pistola de impacto tipo HILTI DX 450 L, de acuerdo a lo indicado en el documento “Sprayed Concrete Guideline. Application and Testing”, 1999, ed. Osterreichischer Betonverein. Los valores de resistencia obtenidos deberán cumplir con la Clase J3 3.3.1.13.3 Ensayos sobre el hormigón proyectado endurecido Para la verificación de la resistencia final a la compresión del hormigón proyectado endurecido deberán efectuarse ensayos de compresión simple a las edades de 12 horas, 24 horas, 7 días y 28 días sobre testigos cilíndricos extraídos de paneles de prueba. Deberán emplearse testigos cilíndricos de 10 cm de diámetro y 10 cm de altura. Los testigos deberán ser tomados de sectores de los paneles en que no exista posibilidad de que se haya acumulado material de rebote. Para cada testigo ensayado deberá tomarse un segundo como repuesto. La fecha y hora en que el panel correspondiente a cada testigo ha sido proyectado deberán ser registrados. Deberán ensayarse para cada tipo de mezcla diferente y para cada edad diferente la cantidad de seis testigos. Tres de los testigos se sacarán de paneles puestos de sobre-cabeza y tres paneles puestos en posición vertical. Los ensayos de compresión simple se deberán realizar según los requisitos de la norma NCh 1037. Los resultados de los ensayos deberán ser corregidos por esbeltez y forma, multiplicando la resistencia obtenida en muestras cúbicas o cilíndricas por los factores indicados en la cláusula 7.3.2 de la norma NCh 1171/1 Of 2001. No deberá aplicarse el coeficiente de mayorización de 1/0,85 para el promedio de las resistencias de tres testigos y de 1/0,75 para los valores individuales de cada testigo establecidos en la norma NCh 1171/2 Of 2001. La evaluación del cumplimiento de la resistencia especificada para cada edad se efectuará por el criterio de grupos de muestras consecutivas establecido en la norma NCh 1998.Of89. 45 3.3.1.13.4 Ensayo de asentamiento de cono para la mezcla fresca en caso de proceso por vía húmeda La trabajabilidad del hormigón proyectado por vía húmeda deberá ser verificada por medio de un ensayo de asentamiento de cono de la mezcla fresca de acuerdo a los requerimientos de la Norma NCh 171. La trabajabilidad del hormigón proyectado por vía húmeda deberá estar dentro de ± 25 mm del valor nominal. Este valor nominal, el que deberá ser usado durante las faenas de obra, tendrá que ser determinado a partir de estos ensayos de asentamiento efectuados previos al comienzo de obra con los equipos que se van a utilizar. 3.3.1.14 Ensayos de aceptación en obra Para asegurar la calidad requerida del hormigón proyectado durante la ejecución de la obra se deberán efectuar con la frecuencia especificada en este punto los siguientes ensayos: 1. Agregados: o granulometría y propiedades físicas, humedad. (Las propiedades físicas de los agregados se refieren a la densidad real, densidad aparente, absorción, materia orgánica (arena) y finos bajo) la malla # 200 ASTM 2. Cenizas volantes (si se emplean): o finura. 3. Acelerantes de fraguado: o contenido de aluminatos solubles en agua. 4. Hormigón proyectado: o Resistencia a la compresión del hormigón joven mediante penetrómetro y pistola HILTI. o Resistencia a la compresión del hormigón endurecido a las 12 horas, 24 horas, 7 días y 28 días. 5. Impermeabilidad. 46 Tabla 3 Ensayos de aceptación. Cantidad Edad Ensayo Característica Método Tipo-cantidad de probetas o De Frecuencia Ensayo de Ensayos 15 y 30 minutos, y Según punto 2y8 3.3.1.14.4 horas Ensayos en paneles Probetas Resistencia simple a la Hormigón compresión obtenidas de testigos Cilíndricas de 10 cm de diámetro y altura 12hr,24hr, Según punto 3.3.1.14.4 7d y 28d Evaluación por para cada proyectado grupo de edad de muestras ensayo consecutivas Norma ISO 7031 Impermeabilidad 800 m² 28 días o 1 por mes NCh 2262 Granulometría y propiedades Agregados 1 vez por semana - A lo menos una vez al día Ídem 4 veces al mes 28 días Cada 1 mes físicas Humedad propia Mezcla seca - granulometría 10 kg Prefabricada humedad propia resistencia En particular reducción de la resistencia para Hormigón Hormigón Patrón de planta 47 Siempre que el volumen de hormigón proyectado aplicado en un sector de obra particular sea menor a las cantidades establecidas en el cuadro anterior o que entre una y otra aplicación de hormigón proyectado medie un plazo mayor a 1 mes, será necesario efectuar para cada uno de estos sectores o aplicaciones individuales al menos uno de cada uno de los ensayos de aceptación consignados precedentemente. Se deberá entregar semanalmente los resultados obtenidos de controles de resistencias del hormigón proyectado, granulometrías y propiedades físicas de los áridos. Además, deberá entregar mensualmente una evaluación estadística de los resultados de resistencias a las diferentes edades de control del hormigón proyectado. Si el hormigón proyectado o los componentes del mismo no cumplen con los requerimientos de ensayo requeridos, se deberá investigar en primer lugar la validez de los resultados de los mismos antes de llevar a cabo cualquier acción de reparación. Si la estabilidad del túnel o pique está en peligro debido a que el hormigón proyectado no cumple con los requerimientos exigidos, será imperativo que los sectores del sostenimiento y revestimiento afectados sean cuidadosamente reemplazados o que las deficiencias identificadas sean reparadas mediante la aplicación de capas adicionales de hormigón proyectado. 3.3.1.14.1 Agregados La granulometría y propiedades físicas de los agregados (peso específico, absorción, contenido de partículas menores de 0,15 mm), deberán ser verificadas una vez por semana y su humedad controlada todos los días. 3.3.1.14.2 Aditivos acelerantes de fraguado Para cada tipo de aditivo acelerante de fragüe líquidos como así también para cada marca distinta o fuente de suministro diferente de éstos se deberá determinar el contenido de aluminato soluble en agua, el que no deberá exceder el 0,6 % en masa del cemento (+ otros aglutinantes). Deberá efectuarse una verificación de la uniformidad del acelerante que se escogió (a través de otros aglutinantes), densidad y contenido de sólidos, todos a una temperatura de + 20 °C. 48 3.3.1.14.3 Características de fragüe del hormigón joven Deberán verificarse las características de fragüe del hormigón joven mediante penetrómetro sobre las paredes laterales de la cavidad o sobre paneles de muestra por cada 30 m3 de hormigón proyectado aplicado en obra o bien 2 veces por semana, si el volumen de hormigón proyectado instalado fuera inferior a 60 m3 por semana. 3.3.1.14.4 Ensayos de resistencia a compresión Se deberán realizar ensayos de resistencia a la compresión simple sobre probetas de 100 mm de diámetro por 100 mm de longitud, extraídas de paneles de muestra de hormigón proyectado. En el sostenimiento se harán paneles para evaluar la resistencia a las 12 horas, 24 horas, 7 días y 28 días con una frecuencia de uno diario al comienzo durante las dos primeras semanas y posteriormente uno cada 3 días o cada 8 m de avance como máximo cualquiera sea que se cumpla primero. Por cada panel se extraerá un total de 12 testigos, de los cuales se ensayará 3 a las 12 horas, 3 a las 24 horas, 3 a los 7 días y los 3 restantes a los 28 días. En cada panel se realizarán adicionalmente 4 ensayos de resistencia a edad temprana (15 minutos, 30 minutos, 2 horas y 8 horas). En el revestimiento se harán paneles para evaluar la resistencia a las 24 horas, 7 días y 28 días con una frecuencia de uno cada 2 días o bien uno cada 50 m3 de hormigón proyectado colocado en obra, cualquiera sea que se cumpla primero. Por cada panel se tomarán 9 testigos, de los cuales se ensayará 3 a las 24 horas, 3 a los 7 días y los 3 restantes a los 28 días. En cada panel se realizarán adicionalmente 4 ensayos de resistencia a edad temprana (15 minutos, 30 minutos, 2 horas y 8 horas). Las probetas deberán ser perforadas a través del espesor completo del panel y verificadas visualmente en relación a la compacidad y homogeneidad del hormigón proyectado, sin señales de segregación u otras imperfecciones visibles. Los resultados obtenidos de resistencias en los testigos a las diferentes edades de ensayo deberán corregirse por esbeltez y forma para obtener la resistencia en probetas cúbicas de 20 cm de arista, de acuerdo a lo indicado en la norma NCh 1171/1. Of2001. No deberá aplicarse el coeficiente de mayorización de 1/0,85 para el promedio de las resistencias de tres testigos y de 1/0,75 para los valores individuales de cada testigo establecidos en la norma NCh 1171/2 Of 2001. La evaluación del cumplimiento de las resistencias se hará de acuerdo a la Norma NCh 1998, empleando el criterio de evaluación por grupos de muestras consecutivas. 49 El control de resistencias del hormigón proyectado se hará mediante el promedio móvil de 3 muestras consecutivas en las distintas edades de rotura de los testigos, el cual deberá ser siempre mayor que el valor de la resistencia especificada en cada edad y ningún valor individual será inferior a 8.1 MPa a 12 horas, 11.3 MPa a las 24 horas, 20.3 MPa a los 7 días y 27 MPa a los 28 días. 3.3.1.14.5 Ensayos de absorción de energía En el caso en que se utilice hormigón proyectado reforzado con fibra de acero o fibra de polipropileno, aparte del control de resistencia a la compresión de acuerdo a lo establecido anteriormente, se hará además ensayos de absorción de energía. Para tal objeto, se confeccionarán semanalmente dos muestras de dimensiones 60x60x10 cm., cortados de paneles metálicos llenados en obra de dimensiones 100x100x10 cm. con cantos de 45° hacia el exterior. Se ensayará uno de los paneles a 7 días y el otro a 28 días según las indicaciones de la norma EFNARC (European Specification for Sprayed Concrete) para el hormigón proyectado. Los requerimientos de absorción de energía para una deflexión de 25 mm del punto central de la muestra, a las edades de 7 y 28 días no serán inferiores a 550 y 800 Joules respectivamente. 3.3.1.14.6 Ensayos de resistencia a compresión sobre testigos tomados de la obra terminada Además de los testigos obtenidos de paneles, se extraerán testigos del sostenimiento y revestimiento terminado de los túneles o piques. Estos testigos serán ensayados a compresión y tracción (adherencia entre capas). Los testigos del sostenimiento se tomarán después de colocadas todas las capas de sostenimiento y cuando la última capa tenga 28 días de edad. Se tomarán muestras en secciones distanciadas 50 m entre sí en interestaciones, cada 25 m en estaciones, cada 15 m en galerías de acceso y cada 10 m de profundidad en piques. En cada sección se extraerán cuatro testigos una en cada pared lateral del túnel y dos en la bóveda. La profundidad de cada testigo será de 20 cm y su diámetro de 10 cm. Para cada sección se ensayan tres testigos a compresión reduciendo sus resistencias cilíndricas a cúbicas utilizando los factores de esbeltez y forma indicados en la cláusula 7.3.2 de la norma NCh 1171/1 Of.2001. No deberá aplicarse el coeficiente de mayorización de 1/0,85 para el promedio de las resistencias de tres testigos y de 1/0,75 para los valores individuales de cada testigo establecidos en la norma NCh 1171/2 Of 2001. 50 El promedio de las resistencias cúbicas de los testigos a 28 días deberá en mayor o igual que la resistencia especificada de 30 MPa y ningún valor individual menor de 3 MPa de esta resistencia. Finalmente, en el testigo restante se verificará la adherencia entre capas de hormigón mediante un ensayo de tracción directa. La resistencia a tracción en este caso deberá ser mayor de 1,2 MPa. Los testigos del revestimiento se tomarán después de colocadas todas las capas y cuando la última capa tenga 28 días de edad. Se tomarán muestras en secciones distanciadas 50 m entre sí en interestaciones, cada 25 m en estaciones, cada 15 m en galerías de acceso y cada 10 m de profundidad en piques. En cada sección se extraerán cuatro testigos una en cada pared lateral del túnel y dos en la bóveda. La longitud de los testigos en este caso deberá ser de tal que permita verificar la adherencia entre la capa de sostenimiento y el revestimiento (10 cm de penetración en el sostenimiento), el diámetro de las probetas será de 10 cm. El tratamiento de resistencias será el mismo que se ha indicado para el sostenimiento. No cumplimiento de los ensayos a las 12 y 24 horas: • Aumentar la dosis de cemento o de acelerante hasta aclarar la situación. • Examinar inmediatamente los procesos y equipos de producción, transporte y aplicación del hormigón proyectado. • Supervisar las tareas continuamente. • Tomar nuevas probetas a los 3 días y ensayarlas (se debe convenir con la ITO la cantidad de probetas a ser ensayadas). • Ejecutar paneles de muestra sucesivos mientras sigue la faena para verificar, mediante ensayo de resistencia a la compresión simple sobre probetas, la evolución de la calidad del hormigón proyectado. No cumplimiento de los ensayos a los 7 días: • Si la interpretación de las deformaciones es tal que no se requiere aumentar el sostenimiento del túnel o pique, se continuará monitoreando la sección y se tomarán probetas para ensayarlas a los 28 días. • Revisar dosificación del hormigón que permita garantizar que se obtendrá la resistencia especificada a 28 días 51 3.3.1.14.7 Verificación de la trabajabilidad de la mezcla En caso de usarse el proceso de aplicación de hormigón proyectado por vía húmeda, deberán realizarse ensayos de asentamiento de cono. La trabajabilidad del hormigón para el proceso por vía húmeda deberá estar comprendida dentro de ± 2,5 cm del empleado para determinar la dosificación del hormigón. 3.3.1.14.8 Verificación del espesor del hormigón colocado Se deberá chequear regularmente el espesor del hormigón proyectado instalado en obra. De acuerdo con la indicado en la Norma EN 14488-6” Testing Sprayed Concrete. Thickness of Concrete on a Substrate” El espesor del sostenimiento y revestimiento deberá ser verificado mediante la ejecución de perforaciones de pequeño diámetro, ejecutados de tal forma de poder identificarse la interfase entre suelo y revestimiento. Estos ensayos deberán ser ejecutados cada 200 m2 de hormigón proyectado aplicado. En cada sector de medición deberán realizarse 4 perforaciones, una en cada esquina de un cuadrado de 1 m de lado. Al menos 2 de las perforaciones deberán arrojar un espesor de revestimiento igual o superior que la mínima requerida de acuerdo a los planos de obra. No obstante, ninguna de las mediciones podrá arrojar como resultado un valor inferior al 85 % del espesor teórico requerido. 3.3.1.14.9 Relleno de las perforaciones Todas las perforaciones hechas en el sostenimiento y revestimiento, ya sea por extracción de testigos o verificación de espesores, deberán rellenarse, de manera tal de asegurar que no se produzcan filtraciones por dichos puntos. Para el relleno de las perforaciones se utilizará un mortero predosificado de alta calidad y baja retracción del tipo SikaRep, Emaco 558 u otro equivalente técnico. Este mortero posee características tixotrópicas que le permiten ser usado sobre cabeza sin escurrir. Previo a la colocación del relleno, la superficie del hormigón proyectado de la perforación deberá encontrarse húmeda, limpia, libre de polvo, partes sueltas o mal adheridas y sin impregnaciones de aceite, grasa, pintura, etc. Para asegurar la adherencia podrá utilizarse el puente de adherencia Sika Latex o equivalente técnico colocado según instrucciones del fabricante. 52 Los morteros SikaRep, Emaco 588 vienen envasados en sacos de 30 kg y se preparan mezclándolos sólo con agua, con un rendimiento total aproximado de unos 16 litros. La cantidad de agua a agregar será la suficiente para tener un mortero de consistencia plástica seca. El mortero se colocará en capas de espesor máximo de 5 cm, las que se compactarán en forma suave a enérgica con un pisón metálico de manera de tener un buen relleno de la perforación, terminándose la superficie con una llana. El curado del mortero SikaRep deberá hacerse manteniéndolo húmedo con agua por lo menos durante unos 3 días después de haberse colocado. Podrá utilizarse un compuesto de sellado del tipo Sika Antisol o equivalente técnico, teniendo cuidado de retirarlo posteriormente si sobre la superficie del hormigón proyectado está considerado la colocación de otro material que exija una buena adherencia con éste. En caso de utilizar Emaco 588 u otro equivalente, no será necesario el uso de un compuesto de curado. 3.3.1.14.10 Tolerancias Tolerancia de construcción: es la que absorbe las deficiencias de la aplicación del hormigón proyectado y las deformaciones del revestimiento después de colocado. Ambas tolerancias han sido incorporadas en el diseño geométrico de la sección transversal de las obras. En virtud de lo anterior quien ejecuta será responsable de evitar generar desvíos radiales hacia el interior de la línea teórica más allá de los siguientes valores: 5 cm para piques y túnel interestación, 10 cm para estaciones y galerías de acceso. 53 3.3.2 Marcos reticulados proyectado Los marcos metálicos son marcos reticulares tridimensionales fabricados con acero redondo estriado constituidos por tres o más barras que forman los elementos principales, dispuestos formando una sección transversal triangular y una geometría adaptada a la forma teórica de la excavación. Las diagonales de los marcos son de acero redondo liso o nervado unidas rígidamente por barras de menor diámetro con forma de zig-zag y soldadas a sus costados. Las uniones entre segmentos de marco están realizadas con perfiles metálicos apernados. Estos marcos metálicos son empleados como parte del sostenimiento del túnel, actuando como un sistema de protección inmediato luego de la excavación. También facilitan la colocación de las mallas electrosoldadas, servir de guía para evitar las sobre-excavaciones y garantizar los espesores especificados para el sostenimiento y subsecuentemente como refuerzo del sostenimiento de hormigón proyectado. Los marcos metálicos son fabricados en una maestranza de reconocido prestigio de modo de cumplir con los requerimientos geométricos de cada tipo de túnel y espesor del sostenimiento tal como se indica en los planos correspondientes. Los marcos reticulados son construidos con barras de acero soldables de calidad A630-420H Las barras principales y barras de suples de los marcos son conformadas por barras únicas, es decir, no se permite el empalme de estas barras a través de uniones soldadas. Las uniones entre barras principales o barras de suple con las diagonales y placas de unión son soldadas. Las conexiones soldadas se harán con electrodos de la serie E70, de acuerdo con la norma AWS A5.1. La elección del tipo de electrodo considerará minimizar el aumento de fragilidad en la conexión y en la barra de acero. El control de calidad se efectuará por medio de control visual. El proyecto considera a lo menos ensayar el 2% de los marcos fabricados, en caso de ser considerado necesario se podrá ordenar la ejecución de ensayos adicionales, como pueden ser de rayos X, ensayos de carga o cualquier otro que se considere necesario. Para las juntas entre tramos de marco se emplean perfiles de acero estructural ASTM A36. Estos tramos serán conectados en terreno mediante conexiones apernadas utilizando pernos de alta resistencia del tipo A325 con torque controlado. Para la instalación de los marcos metálicos estos son erigidos en las ubicaciones y niveles indicados en los planos. Al momento de ser cubiertos con el hormigón proyectado los marcos metálicos deben estar libres de óxido suelto, aceite, pintura, restos de hormigón, escamas o costras, grasa o cualquier otra sustancia que pudiera afectar químicamente en forma adversa al acero o al hormigón o reducir la adherencia. 54 Para poder ajustar los marcos metálicos y colocarlos en la alineación y niveles requeridos se emplearán placas de apoyo de acero. Se deben instalar a lo menos ocho barras espaciadoras para la conexión de un marco al adyacente de modo de asegurarlo en su posición. Los marcos metálicos deben ser recubiertos completamente con el hormigón proyectado de modo de obtener un sólido contacto entre el subsuelo y el mismo con un recubrimiento mínimo de hormigón proyectado hacia el suelo de 5 cm y hacia el interior del túnel de 2 cm mínimo. Al instalar el marco dentro del túnel se debe asegurar que éste quede en un plano vertical y perpendicular al eje del trazado. Las tolerancias consideradas para los marcos metálicos no deben apartarse radialmente de la geometría de diseño en más de +25 mm. La longitud de un marco completo no debe apartarse de la de diseño en más de +25 mm. Estas tolerancias no levantan el requerimiento de proveer como mínimo un recubrimiento exterior de hormigón de 5 cm, ni tampoco modifica el perfil teórico de excavación indicado en los planos. Para la construcción de la Estación Universidad de Chile de la línea 3 se contempla la colocación de 138 marcos reticulados en su longitud distanciados a 1metro, los cuales se subdividen en 18 marcos de transición, 66 marcos en zona típica y 54 marcos en zona reforzada. Una sección transversal de túnel estación se conforma de 16 piezas de marcos. En el apartado de los anexos se adjuntará el detalle de los marcos utilizados. 55 Ilustración 15 piezas de marcos reticulados utilizados en muros temporales del Túnel Estación Universidad de Chile L3. 56 Ilustración 16 Túnel estación - piezas de marco - muro temporal 57 Ilustración 17 Túnel estación - piezas de marco - muro definitivo - zona típica 58 Ilustración 18 Túnel estación - piezas de marco - muro definitivo - zona reforzada 59 3.3.3 Mallas Las mallas de acero electrosoldadas son del tipo ACMA o equivalente técnico y deben cumplir con la norma chilena NCh 1173 Of 77. La calidad del acero será AT56-50H, es decir, con límite de fluencia de 50 MPa y límite de rotura de 56 MPa. Las mallas, previo a su colocación, deben limpiarse para eliminar el óxido o cualquier material que se haya depositado sobre ellas y que impida una buena adherencia con el hormigón proyectado. Las mallas son instaladas de modo de seguir en forma lo más cercana posible las irregularidades de la superficie de excavación o capas de hormigón proyectado previas y ser fijada firmemente de forma tal de prevenir las vibraciones y cambio de posición durante la proyección del hormigón. Para ello se emplean lazos, anclajes y soportes de acero y espaciadores o separadores adecuados. No se emplean elementos de madera. El método de fijación de las mallas debe ser tal que el hormigón proyectado pueda ser correctamente compactado detrás de las armaduras en todos los puntos. En caso necesario deben instalarse fijaciones adicionales de modo de ajustar perfectamente la malla a todas las depresiones de la superficie de la excavación. Las mallas son instaladas en la mayor longitud practicable. La longitud de empalme tanto longitudinal como transversal entre dos mallas debe ser como mínimo 30 cm, debiendo existir en la zona de empalme como mínimo 3 barras transversales de cada hoja de malla electrosoldada. Para la construcción del túnel Estación se considera utilizar para los muros de sostenimiento malla tipo ACMA C503 y en los muros temporales a demoler malla tipo ACMA C443. Las fichas técnicas de estas mallas serán adjuntas en el apartado de anexos. Ilustración 19 corte de muro de túnel estación en el cual se observa ubicación de marcos reticulados y mallas electrosoldada 60 3.3.4 Armaduras Las armaduras de refuerzo del sostenimiento de hormigón proyectado deben disponerse de acuerdo con lo indicado en los planos de proyecto. Todas las armaduras deberán cumplir con los requisitos indicados en las siguientes normas: • NCh 200 Of 65: Ensayos de tracción para el acero. • NCh 201 Of 67: Acero. Ensayos de doblado de planchas de espesores superiores o iguales a 3 mm, barras y perfiles. • NCh 204 Of 78: Acero laminado para hormigón armado. • NCh 211 Of 70: Barras con resaltes en obras de hormigón armado. • ACI318-08: Código del American Concrete Institute (aplicable al empalme de barras). Ilustración 20 ejemplo de armaduras proyectadas en el encuentro entre muro temporal y muro definitivo del túnel estación. 61 3.3.5 Otros sistemas de sostenimiento y protección de excavaciones Ilustración 21 Ubicación de sistemas de protección adicionales. 62 3.3.5.1 Marchiavantis Marchiavanti es un término general mediante el cual se designan elementos de sostenimiento que se instalan en el suelo en forma avanzada en el frente de excavación de un túnel, instalados en forma paralela a su eje y perimetralmente al perfil de excavación, para evitar que durante la excavación se produzcan desprendimientos de suelo del sector de la clave y con ello sobre-excavaciones o inestabilidades mayores. Existen varias alternativas de elementos para ser usados como marchiavantis, tales como: • Barras de acero hincadas sin mortero. • Barras de acero insertos en una perforación y rellenada con mortero de cemento en toda su longitud. • Tubos de acero perforados hincados e inyectados después de su instalación. • Tubos de acero perforados insertos en una perforación e inyectados después de su instalación en la perforación. • Pernos de acero autoperforantes con inyección de mortero de cemento. Sin embargo, para las características del terreno donde se implanta el proyecto el diseño favorece el empleo de pernos del tipo "autoperforantes inyectados", porque mediante su empleo se evitará todo problema asociado a la falta de estabilidad de la perforación y se podrá reducir sensiblemente el tiempo de instalación. De acuerdo con las características del suelo de Santiago es necesario su inyección completa con mortero o lechada de cemento. Por otra parte, su instalación a lo largo de la línea de excavación en general se efectúa sobre un plano radial paralelo al eje del túnel y con una inclinación respecto de la línea de intersección de éste con el revestimiento del túnel de entre 7 y 15° (hacia el exterior). El espaciamiento y el área cubierta deberán ajustarse a los requerimientos de estabilidad del suelo, siendo valores normales separaciones del orden de 15 a 30 cm a lo largo del parte superior de la bóveda. El diámetro mínimo responderá a un cálculo de resistencia considerando los marchiavantis apoyados entre los marcos próximos a la frente y el terreno. Los pernos autoperforantes deberán estar conformados por barras de acero huecas roscadas externamente en toda su longitud, tipo TITAN de Ischebeck o equivalente técnico, de diámetro externo mínimo de 38 mm, capaces de poder ser acopladas mutuamente mediante maguitos de conexión, de forma de completar la longitud total requerida en los planos del proyecto. Estos pernos poseen en su extremo una broca de perforación, la cual deberá ser seleccionada en función del suelo que se debe perforar. No se ha previsto el empleo sistemático de marchiavanti a lo largo de todo el presente proyecto. No obstante, se prevé que será necesario colocarlos en zonas de atraviesos o cruces bajo estructuras 63 existentes y en forma eventual en sectores en los que durante la excavación el suelo se muestre inestable y se desprenda, significando esto la generación de sobre-excavaciones no deseables. Los marchiavantis deberán ser instalados apoyados sobre marcos reticulados de acero, bien por encima de éstos o a través de su reticulado. Deberá prestarse especial atención a que los tubos o barras estén correctamente soportados por un lado por el marco reticulado y del otro opuesto por el suelo que está por delante del frente de excavación. El diámetro de las perforaciones para barras o tubos no autoperforantes deberá estar dentro del rango recomendado por los fabricantes o por la ITO de modo de garantizar una perfecta adherencia entre el perno y el suelo en función del diámetro del mismo y, si se emplearan, de los manguitos requeridos para la conexión de dos o más barras independientes. Siempre que se emplee mortero o lechada, éstos deberán haber alcanzado la resistencia mínima antes de proseguir con la excavación. Ilustración 22 Instalación de marchiavantis de largo de 12 metros. 64 Ilustración 23 Preparación de barras de acero. 3.3.5.2 Pernos de fibra de vidrio Los pernos de fibra de vidrio corresponden a una variante específica de los pernos de fricción utilizados para mejorar la estabilidad de taludes abiertos o frentes de excavación en túneles. Los pernos de fibra de vidrio tienen la característica de poseer gran capacidad a tracción, pero poca resistencia al corte, siendo apropiados como soporte temporal de los frentes de excavación, ya que pueden romperse fácilmente con la maquinaria de excavación tradicional. En el proyecto se emplearán pernos de fibra de vidrio como refuerzo al avance en túneles donde se pretenda minimizar el movimiento del terreno (cruces con estructuras existentes) o cuando las condiciones de estabilidad del terreno lo requieran. El diámetro, cantidad, longitud y espaciamiento de los pernos estará indicada en los planos. Los pernos de fibra de vidrio estarán fabricados con un compuesto que combina fibra de vidrio con una matriz de polímero que puede ser resina, poliéster o resina epóxica y tendrán las siguientes características. 65 • Resistencia mínima a la rotura por tracción 800 MPa. • Resistencia mínima a rotura por corte 350 MPa. • Módulo de elasticidad mínimo 35000 MPa. Los pernos serán del tipo Dywidag o equivalente técnico, con un diámetro mínimo de 22 mm. Cuando las condiciones del terreno lo permitan podrán emplearse pernos de fibra de vidrio autoperforantes. Los pernos deberán ser instalados horizontalmente en la frente del túnel en perforaciones previas e inyectados toda su longitud con lechada para obtener una perfecta adherencia entre el perno y el suelo de manera de conseguir una mayor estabilidad en el suelo de la frente de excavación. El diámetro de las perforaciones para pernos de fibra de vidrio deberá estar dentro del rango recomendado por los fabricantes o por la ITO de modo de garantizar una perfecta adherencia entre el perno y el suelo en función del diámetro del mismo y, si se emplearan, de los manguitos requeridos para la conexión de dos o más barras independientes. Ilustración 24 Instalación de pernos de fibra de vidrio de largo de 10 metros en la zona de bancos. 66 3.3.5.3 Paraguas protectores Los paraguas protectores se componen de tubos de acero de gran diámetro, que se instalan en forma previa a la rotura o inicio de un túnel a partir de un pique u otro túnel, para otorgarle protección al reducir las deformaciones del terreno y así reducir las posibilidades de sobre-excavación. Los paraguas se instalan sobre el perímetro de excavación, en dirección sub-paralela al eje de un túnel, con una separación entre tubos del orden de 30 a 45 cm y con longitudes de hasta 20 m aproximadamente. Una vez instalados el espacio anular entre tubos y suelo deberá ser inyectado con suspensión de cemento. Esta inyección no sólo deberá rellenar este espacio anular, sino ser capaz de penetrar en todos los huecos que el suelo presente en el sector de clave del túnel, a efectos de contribuir al mejoramiento de la cementación de este. Además de la inyección exterior, los tubos de acero deberán ser rellenados interiormente mediante mortero de cemento. La instalación de los tubos deberá ser tal que posean una pequeña inclinación hacia el exterior de la cavidad en dirección radial. Los tubos de acero que se empleen para paraguas protectores deberán ajustarse a las disposiciones de alguna de las siguientes especificaciones: • Grado B de la "Specification for Pipe, Steel, Black and Hot - Dipped, Zinc Coated Welded and Seamless Steel" (ASTM A 53); • "Specification for Cold - Formed Welded and Seamless Carbon Steel Structural Tubing in Rounds and Shapes" (ASTM A 500); • "Specification for Hot - Formed Welded and Seamless Carbon Steel Structural Tubing" (ASTM A 501); Los tubos deberán ser de un diámetro exterior mínimo de 140 mm y un espesor de pared mínimo de 8 mm. La longitud total de los tubos deberá ser tal que permitan la materialización de las longitudes efectivas de los paraguas según se indica en los planos. Los tubos deberán estar provistos de un sistema de válvulas o aberturas que permitan la ejecución de la inyección continua del tubo a lo largo de toda la longitud efectiva. Estas aberturas deberán estar dispuestas de tal forma que sea posible una inyección por etapas a través de obturadores (packers), mediante la que se pueda obtener la garantía de un perfecto relleno del espacio anular exterior del tubo y de sectores de suelo que no presenten cohesión. Los tubos deberán estar provistos en su extremo anterior con un sistema de acoplamiento que haga posible la inyección a las presiones indicadas por la ITO en virtud de las características y emplazamiento de la obra. Todo elemento de unión o de acoplamiento de tubos deberá poder transmitir las mismas solicitaciones que son capaces de absorber los tubos. 67 Como ejemplo se cita el sistema de perforación e instalación denominado "AT-Hullrohrsystem". Este o cualquier sistema equivalente empleado deberá permitir la instalación de tubos desde el frente de excavación de la bóveda sin necesidad de agrandamiento radial del perfil transversal. Asimismo, el sistema empleado deberá ser tal que no se requiera de la instalación separada de encamisado, sino que el mismo tubo del paraguas cumpla con la función de encamisado. Deberá prestarse especial atención a que los tubos queden firmemente apoyados durante las faenas de demolición y excavación. Después de haberse completado un paraguas protector deberá esperarse suficiente tiempo antes de iniciarse la excavación, de manera de garantizar que la lechada de cemento de inyección y el mortero de cemento de relleno de los tubos haya alcanzado el nivel de resistencia especificada. Ilustración 25 Colocación de paraguas protectores para el ingreso a galerías. 68 4 4.1 CONSTRUCCIÓN TÚNEL ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE LÍNEA 3 Método Constructivo NATM Empleado Para la construcción del túnel estación Universidad de Chile de la línea 3 se utilizó el método NATM (por sus siglas en inglés- New Austrian Tunneling Method) a diferencia de otros métodos clásicos como el belga o alemán, donde se sostiene el túnel de forma inmediata sin dejar que este se deforme, el NATM permite la deformación del terreno antes de proceder a estabilizarlo, minimizando las cantidades de material de soporte complementario. Aunque el método NATM rechaza autodefinirse como una técnica específica, consiste de algunos principios básicos: Maximizar la resistencia inherente del terreno permitiendo su deformación, de tal manera que sea su propio soporte Aplicación de una membrana de shotcrete para prevenir mayor deformación de la roca Medición y seguimiento sistemático de movimientos en el túnel, para adecuar las posibles medidas de apoyo adicionales requeridas Apoyo flexible, con soportes ‘activos’ que combinan shotcrete, malla y marcos reticulados de acero El túnel de la estación universidad de chile de la línea 3 al utilizar el NATM como método constructivo su área total fue dividida en secciones, su largo en etapas y el avance debía ser en forma secuencial entre bóveda, banco y contra-bóveda, como lo muestra las ilustraciones 14 y 15. El túnel en su ejecución fue construido desde dos frentes distintas al unisonó las cuales son el pique construcción moneda y el pique construcción Alonso Ovalle. Así como lo muestra la ilustración siguiente: 69 Ilustración 26 Secuencia constructiva general 70 FRENTE DE AVANCE DESDE PIQUE CONSTRUCCIÓN MONEDA Etapa 3: Etapa 1: Construcción del pique Etapa 2: Construcción del túnel interestación Construcción de la zona de transición a túnel estación Etapa 4: Construcción del túnel estación Ilustración 27 Secuencia Constructiva desde Pique Moneda 71 FRENTE DE AVANCE DESDE PIQUE CONSTRUCCIÓN ALONSO OVALLE Etapa 4: Etapa 1: Construcción del pique Etapa 2: Etapa 3: Construcción de la galería de acceso Construcción del túnel interestación Etapa 5: Construcción de la zona de transición a túnel estación Construcción del túnel estación Ilustración 28 Secuencia constructiva desde pique Alonso Ovalle 72 1.- El frente de avance 1 se podrá iniciar desde el túnel interestación sur. 2.- El frente de avance 2 se podrá iniciar desde el túnel interestación norte por el mismo sentido de avance del frente 1. Ilustración 29 Secuencia constructiva fase 1 73 3.- El frente de avance 3 solo podrá iniciarse una vez que el frente de avance 1 haya alcanzado una distancia mínima de 2000 cm en contra-bóveda hormigonada. y esta distancia deberá mantenerse en todo momento. 4.- El frente de avance 4 solo podrá iniciarse una vez que el frente de avance 2 haya alcanzado una distancia mínima de 2000 cm en contra-bóveda hormigonada. y esta distancia deberá mantenerse en todo momento. Ilustración 30 Secuencia constructiva fase 2 74 5.- el frente de avance 5 se podrá iniciar una vez que el frente de avance 3 haya alcanzado una distancia mínima de 2000 cm en contra-bóveda terminada. 6.- el frente de avance 6 se podrá iniciar una vez que el frente de avance 4 haya alcanzado una distancia mínima de 2000 cm en contra-bóveda terminada. Ilustración 31 Secuencia constructiva fase 3 75 7.- El encuentro de túneles deberá realizarse al norte o sur del área señalada como no apta. 8.- Uno de estos frentes de avance debe detenerse cuando los frentes de avance estén distantes a no menos de 9 m permitiendo el avance final y encuentro del túnel desde un frente de trabajo. esta metodología también será aplicada para el encuentro de los demás frentes de trabajo. 9.- La demolición de los muros temporales se efectuará en tramos no mayores a 2 m. la demolición de los muros se podrá iniciar una vez terminado el hormigonado de la contra-bóveda del túnel. en forma simultánea se hormigonará el revestimiento. se mantendrá una distancia de 10 m entre la demolición y los tramos de revestimiento hormigonados Ilustración 32 Secuencia Constructiva Fase 4 . 76 4.1.1 Secuencia típica de construcción zona transición de túnel interestación a túnel estación (side drift 1 y 2) FASE 1 - BÓVEDA 1.- excavar un tramo de 100 cm. aprox. en bóveda dejando un contrafuerte temporal de terreno sin excavar. 2.- eventualmente, colocar el sistema de drenaje, captar y entubar filtraciones. 3.- colocar sello de hormigón proyectado. 4.- colocar 1° malla electrosoldada y armadura de refuerzo, empalmándola con malla del tramo anterior 5.- colocar marcos reticulados en frente con su respectivo separador. 6.- colocar hormigón proyectado sin cubrir la barra interior de los marcos. FASE 2 - BÓVEDA 7.- repetir pasos de 1 a 6 8.- colocar 2da malla electrosoldada en 2 marcos, empalmándola con el tramo anterior. 9.- colocar hormigón proyectado en una longitud de 200 cm hasta completar el espesor del sostenimiento. FASE 3 - BANCO 10.- excavar un tramo de 200 cm. (2 marcos) del banco dejando el frente con talud abovedado. 11.- eventualmente colocar sistema de drenaje empalmándolo con el de la bóveda. captar y entubar filtraciones. 12.- colocar sello de hormigón proyectado regularizando la superficie. 13.- colocar 1ra malla electrosoldada en muros empalmándola con la malla del tramo anterior y con la malla de la bóveda. colocar refuerzos de sostenimiento exterior. 77 14.- colocar 2 marcos en banco con sus respectivos separadores. se debe empalmar con los marcos de la bóveda. 15.- colocar hormigón proyectado sin cubrir la barra interior del marco. 16.- colocar 2da malla electrosoldada en muros en una longitud de 200 cm empalmándola con el tramo anterior y con la malla de la bóveda. 17.- colocar hormigón proyectado en una longitud de 200 cm hasta completar el espesor de sostenimiento. se deberá dejar un receso para el futuro empalme de la malla interior con la contrabóveda. FASE 4 - CONTRA-BÓVEDA 18.- excavar un tramo de 200cm de la contra-bóveda dejando el frente con talud abovedado. 19.- eventualmente colocar sistema de drenaje empalmándolo con el del banco. captar y entubar filtraciones. 20.- colocar sello de hormigón proyectado regularizando la superficie. 21.- colocar 1ra malla electrosoldada empalmándola con la malla del tramo anterior y con la malla del banco. colocar refuerzos de sostenimiento exterior. 22.- colocar 2 marcos en contra-bóveda con sus respectivos separadores. se debe empalmar con los marcos del banco. 23.- colocar hormigón proyectado sin cubrir las barras interiores de los marcos. 24.- colocar 2da malla electrosoldada en una longitud de 200 cm empalmándola con la malla del tramo anterior y con la malla del banco. 25.- colocar hormigón proyectado en una longitud de 200 cm hasta completar el espesor de sostenimiento, dejar receso interior. 26.- colocar relleno temporal hasta la cota de riel en contra-bóveda. 78 Ilustración 33 Planta zona transición interestación a estación side drift 1. 79 Ilustración 34 Corte zona transición interestación a estación - sección A – side drift 1. 80 Ilustración 35 Sección B típica de túnel interestación. 81 Ilustración 36 Sección C transición de túnel interestación a side drift 1 82 Ilustración 37 Planta zona transición interestación a estación side drift 2. 83 Ilustración 38 Corte zona transición interestación a estación - sección a – side drift 2. 84 Ilustración 39 Sección C transición de túnel interestación a side drift 2 85 4.1.2 Secuencia típica frente de avance en side drift 1 y 2 La excavación y sostenimiento del frente de avance se hará de acuerdo a la siguiente secuencia: ETAPA A-B - BÓVEDA 1.- excavar 100 cm de la bóveda. 2.- eventualmente colocar el sistema de drenaje, captar y entubar filtraciones. 3.- colocar sello de hormigón proyectado regularizando la superficie. 4.- colocar 1ra malla electrosoldada en muros definitivo y temporal empalmándola con la del tramo anterior y colocar refuerzos para empalme posterior con el banco. 5.- colocar un marco en muro definitivo y temporal con su respectivo separador. 6.- colocar hormigón proyectado sin cubrir la barra interior de los marcos. 7.- excavar y sostener 100 cm de bóveda repitiendo pasos 1 a 6 (etapa b) 8.- colocar 2da malla electrosoldada en una longitud de 200 cm empalmándola con el tramo anterior. 9.- colocar hormigón proyectado en una longitud de 200 cm hasta completar el espesor de sostenimiento en el muro definitivo y en el muro temporal. se deberá dejar un receso para el futuro empalme de la malla interior con el banco. ETAPA C - BANCO 10.- excavar un tramo de 200 cm del banco. 11.- eventualmente colocar sistema de drenaje empalmándolo con el de la bóveda. captar y entubar filtraciones. 86 12.- colocar sello de hormigón proyectado regularizando la superficie. 13.- colocar 1ra malla electrosoldada en muros definitivo y temporal empalmándola con la malla del tramo anterior y con la malla de la bóveda. 14.- colocar 2 marcos en muros definitivo y temporal con sus respectivos separadores. 15.- colocar hormigón proyectado sin cubrir las barras interiores de los marcos. 16.- colocar 2da malla electrosoldada en muros definitivo y temporal en una longitud de 200 cm empalmándola con el tramo anterior y con la malla de la bóveda. 17.- colocar hormigón proyectado en una longitud de 200 cm hasta completar el espesor de sostenimiento en el muro definitivo y en el muro temporal, dejar receso para empalme interno. ETAPA D - CONTRA-BÓVEDA 18.- excavar un tramo de 200 cm de la contra-bóveda. 19.- eventualmente colocar sistema de drenaje empalmándolo con el del banco. captar y entubar filtraciones. 20.- colocar sello de hormigón proyectado regularizando la superficie. 21.- colocar 1ra malla electrosoldada en muros definitivo y temporal empalmándola con la malla del tramo anterior y con la malla del banco. 22.- colocar 2 marcos en los muros definitivo y temporal con sus respectivos separadores. se debe empalmar con los marcos del banco, 23.- colocar hormigón proyectado sin cubrir las barras interiores de los marcos. 24.- colocar 2da malla electrosoldada en los muros definitivo y temporal en una longitud de 200 cm empalmándola con la malla del tramo anterior, con la malla del banco. 87 25.- colocar hormigón proyectado en una longitud de 200 cm hasta completar el espesor de sostenimiento en el muro definitivo y en el muro temporal. 26.- colocar relleno temporal hasta la cota de riel en contra-bóveda. se deberán repetir los pasos 1 a 25 hasta completar la excavación y sostenimiento de la estación. Ilustración 40 Planta de avance de excavación en estación con side drift. 88 Ilustración 41 Corte B de avance de excavación en estación con side drift. 89 Ilustración 42 Sección D típica en side drift 90 4.1.3 Secuencia típica de construcción pilar central en zona transición a túnel estación FASE 1: BÓVEDA (MARCO 4) 1.- demolición del pilar central de muros temporales en sección bóveda. 2.- excavación tramo de un marco en bóveda. 3.- eventualmente colocar el sistema de drenaje, captar y entubar filtraciones. unir con drenajes de side drift 1 y 2 4.- colocar sello de hormigón proyectado regularizando la superficie. 5.- colocar 1ra malla electrosoldada, empalmándola con tramo anterior y barras de conexión dejadas en side drift 1 y 2. 6.- colocar marco conectándolo con el side drift 1 y 2. 7.- colocar hormigón proyectado sin cubrir la barra interior del marco. FASE 2: BÓVEDA (MARCO 5) 8.- demolición de muros temporales de side drift 1 y 2 en sección bóveda. 9.- excavación tramo de un marco en bóveda. repitiendo pasos 2 a 7. 10.- colocar 2da malla electrosoldada con longitud de 2 marcos. empalmándola con tramo anterior. 11.- colocar hormigón proyectado hasta completar el espesor de sostenimiento. se deberá dejar un receso para el futuro empalme con la malla de side drift 1 y 2. FASE 3: BÓVEDA (MARCO 6) 12.- repetir pasos 2 a 7, sin demoler los muros temporales. 91 FASE 4: BÓVEDA (MARCO7) 13.- repetir pasos 9 a 11, sin demoler los muros temporales. FASE 5: BANCO 14.- excavar un tramo de 200 cm del banco, abarcando las fases 1 y 2 en bóveda. 15.- demolición parcial de muros temporales en sección banco, abarcando las fases 1 y 2 en bóveda. 16.- eventualmente colocar sistema de drenaje empalmándolo con el de la bóveda. captar y entubar filtraciones. FASE 6: BÓVEDA (MARCO 8) 17.- repetir pasos 2 a 7, sin demoler los muros temporales. FASE 7: BÓVEDA (MARCO 9) 18.- repetir pasos 9 a 11, sin demoler los muros temporales. FASE 8: BANCO 19.- excavar un tramo de 200 cm del banco abarcando las fases 3 y 4 en bóveda. 20.- eventualmente colocar sistema de drenaje empalmándolo con el de la bóveda. captar y entubar filtraciones. FASE 9: CONTRA-BÓVEDA 21.- excavar un tramo de 200 cm de la contra-bóveda, abarcando marcos 4 y 5. 22.- eventualmente colocar sistema de drenaje empalmándolo con el del banco. captar y entubar filtraciones. 23.- colocar hormigón proyectado de sello regularizando la superficie. 92 24.- demolición de muros temporales en banco y contra-bóveda, abarcando marcos 4 y 5. 25.- colocar 1ra malla electrosoldada empalmándola con la malla del tramo anterior y barras de conexión del side drift 1 y 2. 26.- colocar dos marcos con sus respectivos separadores se deben empalmar con los marcos del side drift 1 y 2. 27.- colocar hormigón proyectado sin cubrir las barras interiores de los marcos. 28.- colocar 2da malla electrosoldada en una longitud de dos marcos empalmándola con la malla del tramo anterior. 29.- colocar hormigón proyectado en una longitud de dos marcos hasta completar el espesor de sostenimiento. 4.1.4 Secuencia estándar FASE A Y B: BÓVEDA 30.- repetir pasos de fases 6 y 7. FASE C: BANCO 31.- repetir pasos de fase 8. FASE D: CONTRA-BÓVEDA 32.- repetir pasos de fase 9. 93 4.1.5 Fases siguientes: se establece un ciclo de excavación y soporte basado en la secuencia siguiente: FASE A Y B FASE C FASE D • El pilar central podrá iniciarse solo cuando el side drift 2 tenga un avance mínimo de 2000 cm medida en contra-bóveda. • Los muros temporales en zona de transición de side drift 1 y 2 entre fases 3 y 7, podrán demolerse una vez que se tenga un avance mínimo de 10m en contra-bóveda del frente de side drift 2 en túnel estación. • Demoler 200 cm de muro temporal manteniendo este muro sin demoler a una distancia de 1000 cm del frente de trabajo de side drift 2. 94 Ilustración 43 Planta zona transición interestación a estación - disposición de marcos reticulados. 95 Ilustración 44 Corte zona transición interestación a estación - sección A – transición 96 Ilustración 45 Sección B típica en pilar central 97 4.2 Controles aplicables (monitoreo geotécnico) 4.2.1 Monitoreo geotécnico Las principales razones para realizar un adecuado monitoreo y seguimiento de estas variables durante la construcción y operación son: • Verificación de la carga de suelo alrededor del pique. • Verificación de la efectividad del método constructivo empleado y la secuencia de ejecución de las tareas de excavación y sostenimiento. • Validación de las distancias entre las etapas parciales de excavación y de la capacidad portante del sistema de sostenimiento de la estructura en relación a las deformaciones y fuerzas previstas en el proyecto. • Elemento de referencia para la instalación de elementos de sostenimiento especiales. • Elemento de verificación de la tendencia decreciente de las deformaciones de referencia pronosticadas a través del diseño tanto para la estructura como para la superficie del terreno, asimismo cumplir la función de herramienta de juicio para la intervención temprana, en caso de que la evolución de las deformaciones muestre una tendencia poco convergente o divergente, • Fuente de información para la representación de la evolución de deformaciones a largo plazo, generando herramienta de juicio acerca de la garantía de estabilidad de las estructuras a largo plazo, • Elemento de retroalimentación de información para la verificación y calibración de los modelos continuos de interacción suelo - estructura efectuada mediante los métodos de 98 elementos o diferencias finitas, lo que permitirá efectuar adaptaciones del diseño de las estructuras o método de construcción, como, asimismo, pronósticos más exactos de las deformaciones futuras del terreno. 4.2.2 Monitoreo de piques y túneles El monitoreo tiene por objetivos: • Verificar la estabilidad de la estructura en relación al control de deformaciones. Por esta razón se considera instalar prismas topográficos instalados en sostenimiento. • Controlar el desarrollo de las deformaciones a lo largo de la profundidad de los piques, sobre la clave de los túneles y al lado de estructuras subterráneas. Además de prismas topográficos se proyecta instalar un inclinómetro vertical y puntos sub-superficiales antes del comienzo de la construcción. • Controlar el desarrollo de presión del suelo sobre el sostenimiento para verificar modelo geotécnico. Se proyecta instalar celdas de presión. • Controlar el desarrollo de tensiones en el sostenimiento y verificar el diseño de la armadura. Se proyecta instalar strain gauges en el sostenimiento. • Controlar el desarrollo de deformaciones en la superficie y edificios o estructuras vecinas. Se contempla usar robots topográficos y sistema real-time monitoring sin necesidad de instalación puntos de asentamiento superficiales. En las estructuras vecinas se instalan prismas topográficos. Eventualmente, el sistema automático de monitoreo de asentamiento de la superficie y estructuras existentes podría ser remplazado por nivelación de alta precisión, efectuada manualmente, requiriendo instalación de puntos asentamiento superficial y puntos de asentamiento en edificios. 99 4.2.3 • Medición de deformaciones Monitoreo óptico topográfico – convergencia - cuenta con la instalación de miras ópticas en el sostenimiento. Se considera distribuir los puntos en secciones transversales de acuerdo a lo indicado en los planos del proyecto. • Monitoreo óptico topográfico – estructuras existentes - cuenta con la instalación de miras ópticas en estructuras que puedan ser afectadas por la excavación. Se considera distribuir los puntos de acuerdo a lo indicado en los planos del proyecto. Se propone realtime monitoring por robots (estaciones totales). El sistema será ejecutado continuamente, lo que permitirá obtener control continuo y complejo de estabilidad de los edificios afectados por excavaciones. El sistema automático de monitoreo de estructuras existentes podría ser remplazado por nivelación de alta precisión, efectuada manualmente, requiriendo remplazar prismas ópticos por puntos de asentamiento de edificios. • Monitoreo óptico topográfico – asentamiento de la superficie - cuenta con la distribución de puntos de acuerdo a lo indicado en los planos del proyecto. Se propone real-time monitoring por robots (estaciones totales) sin necesidad de instalar puntos de asentamiento ni miras sobre superficies reflexibles (pavimento, hormigón etc.). El sistema será ejecutado continuamente, lo que permitirá obtener control continuo y complejo de estabilidad de la superficie sobre las excavaciones. El sistema automático de monitoreo superficial podría ser reemplazado por nivelación de alta precisión, efectuada manualmente, requiriendo instalación de puntos asentamiento superficial. • Monitoreo óptico topográfico – deformaciones de las líneas y estructuras del metro existentes – cruces con líneas existentes - cuenta con la instalación de los prismas topográficos con alta precisión (prismas). Pares de prismas serán instalados al lado de los rieles de cada vía del Metro, con respecto a restricciones del tráfico de trenes (la ubicación exacta de los prismas debe ser aprobada por Metro). Se considera distribuir los puntos de acuerdo a lo indicado en los planos del proyecto. Se propone real-time monitoring por robots (estaciones totales). El sistema será ejecutado continuamente, lo que permitirá obtener el control continuo de la estabilidad de las líneas y estructuras afectado por excavaciones. 100 • Monitoreo con inclinómetro - se considera instalar un inclinómetro al lado de la primera frente de excavación. El inclinómetro debería ser instalado aprox. 1 m desde la línea de excavación, tanto del pique como de la galería, para disminuir el riesgo de daño del inclinómetro durante excavación. La ubicación y el detalle del inclinómetro se muestran en los planos del proyecto. • Monitoreo con puntos sub-superficiales – cuenta con la instalación de 1 o 3 puntos subsuperficiales sobre la clave de los túneles. Cada punto sub-superficial tiene un nivel de medición – en distancia de 1m (min.) desde nivel de la clave del túnel. La ubicación se muestra en los planos del proyecto. 4.2.4 Medición de presiones y tensiones 4.2.4.1 Presiones de suelo sobre revestimiento El desarrollo de la presión de suelo sobre el sostenimiento se monitoreará a través de celdas de presión. El monitoreo permite verificar el desarrollo de la presión real durante la excavación, revisar las cargas sobre el sostenimiento y revestimiento estimados y reales, verificar la distribución de la carga y refuerzo adecuado. Se considera instalar celdas de presión: • Pique: se considera la instalación de celdas de presión solamente en los piques circulares definidos en planos del proyecto. • Túneles: se considera la instalación de celdas de presión en secciones complejas. 101 4.2.4.2 Medición de tensiones en el sostenimiento La medición de tensiones en el sostenimiento completará la información del estado de las fuerzas en el sistema suelo - sostenimiento. Se proyecta instalar strain gauges ubicados en cortes representativos. Se considera instalar strain gauges: • Pique: se considera la instalación de strain gauges solamente en los piques definidos en los planos del proyecto. Todos los strain gauges se instalan en el lado interno de la pared. Los strain gauges se instalan en dirección horizontal o vertical, como se define en plano del proyecto. • Túneles: se considera la instalación de strain gauges en secciones complejas y en la clave de cruces galería / túnel. Los strain gauges se instalan en pares, un instrumento en la malla exterior y otro instrumento en la malla interior del sostenimiento primario. Strain gauge se instalan en dirección radial del túnel. 4.2.4.3 Monitoreo óptico topográfico – convergencia • Los puntos en la cavidad (piques o túneles) sobre la base de los cuales se efectuará la medición de deformaciones serán llamados “miras”, estando materializadas bien mediante miras con láminas de reflexión o con prismas ópticos de reflexión de alta precisión y centrado positivo. El reflector tendrá un centro definido y permitirá mediciones desde ambos lados sin necesidad de ser rotado. En general las miras son más económicas y se usan para los puntos de medición de deformación de la cavidad, mientras que para puntos fijos de referencia serán empleados exclusivamente los prismas ópticos. • El prisma o la mira reflectora serán fijados a través de adaptadores especiales a pernos de convergencia estándar de 250 mm de longitud de acero por parte de la Unidad de 102 Monitoreo. Será responsabilidad del contratista de obra instalar estos pernos de convergencia empotrados en el hormigón proyectado. • Las mediciones serán llevadas a cabo por parte de la Unidad de Monitoreo mediante un teodolito óptico electrónico de alta precisión de estación libre, integrado con un distanciómetro electrónico coaxial (electronic distance meter). El mismo tendrá una exactitud promedio de 0,3 mgon para medición de ángulos y +/- 1,0 mm para distancias, contando con una tarjeta de registro de información del tipo PCMCIA, opciones de entradas de datos numérica y alfanumérica y display matricial iluminado de 4 líneas. La precisión de la metodología se exige +/- 1,0 mm. • La primera lectura de miras, lectura cero, se hace después de su fijación en el shotcrete, es decir cuando se termina la aplicación de la primera capa del sostenimiento en cada fase, pero como máximo antes del comienzo de la próxima fase de excavación. • En el momento de la instalación del revestimiento, los puntos de medida anulados por la nueva capa de shotcrete serán inmediatamente sustituidos por un nuevo punto en el mismo emplazamiento. Inmediatamente se efectuará una nueva medida inicial tras su instalación. • Las mediciones de deformación del revestimiento se efectúan sistemáticamente. • Será responsabilidad de la unidad de monitoreo la definición en cantidad y posición de puntos de apoyo, en base a su experiencia. los puntos de apoyo para las mediciones son aquellos que por requerimiento de la unidad de monitoreo se deben instalar para poder realizar las mediciones de monitoreo previstas en el proyecto del pique. 103 4.2.4.4 Monitoreo óptico topográfico – estructuras existentes • Los puntos en los edificios sobre la base de los cuales se efectuará la medición de deformaciones serán llamados prismas ópticos de reflexión de alta precisión y centrado positivo. Para monitoreo óptico de edificios serán empleados exclusivamente los prismas ópticos de alta precisión. • Los prismas serán fijados a través de adaptadores especiales a pernos estándar de aprox. 100 mm de longitud de acero por parte de la Unidad de Monitoreo. • Las mediciones serán llevadas a cabo por parte de la Unidad de Monitoreo mediante un teodolito óptico electrónico de alta precisión de estación libre, integrado con un distanciómetro electrónico coaxial (electronic distance meter). El mismo tendrá una exactitud promedio de 0,3 mgon para medición de ángulos y +/- 1,0 mm para distancias, contando con una tarjeta de registro de información del tipo PCMCIA, opciones de entradas de datos numérica y alfanumérica y display matricial iluminado de 4 líneas. La precisión de la metodología se exige +/- 1,0 mm. • La primera lectura de miras, lectura cero, se hace después de su fijación, antes del comienzo de la excavación del pique o del túnel respectivamente. • Las mediciones de deformación de los edificios se efectúan sistemáticamente. • Será responsabilidad de la unidad de monitoreo la definición en cantidad y posición de puntos de apoyo, en base a su experiencia. los puntos de apoyo para las mediciones son aquellos que por requerimiento de la unidad de monitoreo se deben instalar para poder realizar las mediciones de monitoreo previstas en el proyecto del pique. • El sistema automático de monitoreo de estructuras existentes podría ser remplazado parcialmente por nivelación de alta precisión, efectuada manualmente, requiriendo instalación de puntos asentamiento superficial. 104 4.2.4.5 Monitoreo de asentamientos superficiales • El monitoreo de asentamientos superficiales permite evaluar las curvas de asentamientos transversales y longitudinales de la superficie del terreno asociadas a la excavación de los túneles. Mediante un monitoreo anticipado a la construcción de éstos se podrá conocer la evolución de dichas curvas desde el comienzo de los asentamientos hasta su estabilización después de haber pasado el frente de excavación por el perfil de monitoreo respectivo. • Se propone real-time monitoring por robots (estaciones totales - monitoreo óptico topográfico) sin necesidad de instalar puntos de asentamiento ni miras sobre superficies reflexibles (pavimento, hormigón etc.). El sistema será ejecutado continuamente, lo que permitirá obtener control continuo y complejo de estabilidad de la superficie sobre excavaciones. • Las mediciones serán llevadas a cabo por parte de la Unidad de Monitoreo mediante un teodolito óptico electrónico de alta precisión de estación libre, integrado con un distanciómetro electrónico coaxial (electronic distance meter). El teodolito óptico tiene que ser capaz de localizar superficies reflexibles – pavimento, hormigón etc. - sin necesidad localizar miras o prismas. El mismo tendrá una exactitud promedio de 0,3 mgon para medición de ángulos y +/- 1,0 mm para distancias, contando con una tarjeta de registro de información del tipo PCMCIA, opciones de entradas de datos numérica y alfanumérica y display matricial iluminado de 4 líneas. La precisión de la metodología se exige +/- 1,0 mm. En caso que se utilice un equipo equivalente o superior deberá contar con la aprobación de la ITO. • Eventualmente, el sistema automático de monitoreo superficial podría ser remplazado por nivelación de alta precisión, efectuado manualmente, requiriendo instalación de puntos de asentamiento superficial. Uso del sistema manual aumenta riesgo de pérdida de medidas, tanto por razón de inaccesibilidad de los puntos, como por razón de destrucción de los puntos por tráfico intensivo. El sistema manual se define: 105 o Los puntos de control quedarán materializados por pernos de acero de 25 mm de diámetro y 20 cm de longitud aproximada, con cabeza redondeada y embebidos en dados de hormigón semienterrados en el terreno, o sobre el pavimento existente. o Para el monitoreo de asentamientos se utilizará un nivel de precisión de placa plano-paralela que permita entregar resultados con una incertidumbre menor a 0,2 mm. o Los puntos de referencia deberán ser instalados en la ubicación indicada en los planos y su instalación deberá efectuarse con la anticipación mínima necesaria para que la Unidad de Monitoreo comience con el monitoreo antes del comienzo de excavación. • La primera lectura, lectura cero, se hace antes del comienzo de la excavación del pique o del túnel respectivamente. • Las mediciones de asentamiento superficial se efectúan sistemáticamente. • Siempre que se requiera se deberá instalar puntos de referencia adicionales a los especificados en los planos, como, por ejemplo, si se quisiera verificar la evolución de los asentamientos en dirección longitudinal a lo largo del eje de algún sector de túnel. 4.2.4.6 monitoreo de asentamientos de edificios • Se propone incorporar monitoreo de asentamientos de edificios en el sistema de realtime monitoring por robots (estaciones totales - monitoreo óptico topográfico), ejecutado para medir asentamientos superficiales (ver. párrafo 3.4). En este caso no se instalarían puntos de asentamiento edificios, pero se usarán prismas topográficos. El sistema sería ejecutado continuamente, lo que permitirá obtener control continuo y complejo de estabilidad de los edificios afectados por las excavaciones. 106 • Las mediciones serán llevadas a cabo por parte de la Unidad de Monitoreo mediante un teodolito óptico electrónico de alta precisión de estación libre, integrado con un distanciómetro electrónico coaxial (electronic distance meter). El teodolito óptico tiene que ser capaz localizar superficies reflexibles – pavimento, hormigón etc. - sin necesidad localizar miras o prismas. El mismo tendrá una exactitud promedio de 0,3 mgon para medición de ángulos y +/- 1,0 mm para distancias, contando con una tarjeta de registro de información del tipo PCMCIA, opciones de entradas de datos numérica y alfanumérica y display matricial iluminado de 4 líneas. La precisión de la metodología se exige +/- 1,0 mm. • Eventualmente, el sistema automático de monitoreo de edificios podría ser remplazado por nivelación de alta precisión, efectuado manualmente, requiriendo instalación de puntos de asentamiento superficial. El sistema manual se define: o Los puntos de control quedarán materializados por pernos de acero de 18 mm de diámetro y 20 cm de longitud aproximada, con cabeza redondeada y embebidos en la fachada del edificio. o Para el monitoreo de asentamientos se utilizará un nivel de precisión de placa plano-paralela que permita entregar resultados con una incertidumbre menor a 0,2 mm. o Los puntos de referencia deberán ser instalados en la ubicación indicada en los planos y su instalación deberá efectuarse con la anticipación mínima necesaria para que la Unidad de Monitoreo comience con el monitoreo antes del comienzo de excavación. • La primera lectura, lectura cero, se hace antes del comienzo de la excavación del pique o del túnel respectivamente. • Las mediciones de asentamiento edificios se efectúan sistemáticamente. 107 4.2.4.7 Monitoreo de deformaciones en cruces con líneas del metro existentes • Se considera monitorear las deformaciones de las vías del metro, los rieles respectivamente, y las estructuras de los túneles y las estaciones del Metro en la zona afectada por la excavación del túnel o la estación nueva. El objetivo es medir y controlar el desarrollo de los asentamientos, las deformaciones laterales y transversales al eje de la estructura existente y además de esto controlar el desarrollo del asentamiento diferencial (la distorsión) lateral y longitudinal de los rieles, cercanos a la zona de excavación. • Se propone monitoreo de deformaciones de líneas y estructuras del metro existente por el sistema de real-time monitoring, ejecutado por robots (estaciones totales - monitoreo óptico topográfico). • Para este objetivo se instalarán los prismas topográficos con alta precisión (prismas). Pares de los prismas serán instalados al lado de los rieles de cada vía del metro, con respecto a restricciones del tráfico de trenes (la ubicación exacta de los prismas debe ser aprobada por Metro). Adicionalmente los prismas se instalarán en las paredes y techos de los túneles y las estaciones y en las columnas principales de las estaciones. Ubicación de los puntos y las secciones se define en los planos del proyecto. • Los gráficos y las tablas con los resultados de las deformaciones de los prismas, los cuales serán instalados a los lados de los rieles de cada vía, mostrarán tanto las deformaciones verticales (en sentido de los asentamientos) y transversales a los ejes de los rieles como los valores de las distorsiones entre de los dos prismas instalados a los lados del riel que tiene cada vía del Metro. La distorsión debería ser calculada a través del sentamiento diferencial de los dos puntos en una sección transversal. • El sistema de monitoreo será ejecutado continuamente, lo que permitirá obtener un control continuo de la estabilidad de los rieles afectados por las excavaciones y asegurar el tráfico del metro seguro. 108 • Las mediciones serán llevadas a cabo por parte de la Unidad de Monitoreo mediante un teodolito óptico electrónico de alta precisión de estación libre, integrado con un distanciómetro electrónico coaxial (electronic distance meter). El teodolito óptico tiene que ser capaz localizar superficies reflexibles – pavimento, hormigón etc. - sin necesidad localizar miras o prismas. El mismo tendrá una exactitud promedio de 0,3 mgon para medición de ángulos y +/- 1,0 mm para distancias, contando con una tarjeta de registro de información del tipo PCMCIA, opciones de entradas de datos numérica y alfanumérica y display matricial iluminado de 4 líneas. La precisión de la metodología se exige +/- 1,0 mm. En caso que se utilice un equipo equivalente o superior deberá contar con la aprobación de la ITO. • La primera lectura, lectura cero, se hace antes del comienzo de la excavación del pique o del túnel respectivamente. • Las mediciones de deformaciones de líneas del Metro existente se efectúan sistemáticamente. 4.2.4.8 Monitoreo con inclinómetros • El inclinómetro es un instrumento de alta precisión instalado en forma vertical desde la superficie del terreno. Su función es la de medir deformaciones horizontales del subsuelo en dos direcciones prefijadas en forma continua a lo largo de todo el instrumento. • El instrumento consiste de un tubo de material sintético provisto con cuatro ranuras longitudinales al mismo, dispuestas en forma de cruz en la sección transversal circular del tubo. La orientación típica de las ranuras respecto del centro del pique será tal que un par de ellas esté dispuesto hacía el mismo. • Las mediciones de desvíos horizontales del tubo en ambas direcciones citadas se efectúan mediante una sonda de medición, consistente en un tubo de acero especial, la que será provista por la Unidad de Monitoreo. La sonda es introducida en el tubo 109 mediante un cable de sostén, el que al mismo tiempo es el que alimenta con energía la sonda y transmite la información de medición al equipo de lectura. La Unidad de Monitoreo hará descender la sonda dentro del tubo, deteniendo la misma aproximadamente cada ½ metro para medir el desvío horizontal del tubo a través de un equipo de lectura portátil. La sonda será introducida primero en una dirección y luego de completar las mediciones hasta el fondo del tubo, en la dirección perpendicular a ésta. La sonda es capaz de medir las deformaciones mediante un acelerómetro incorporado a la misma, que responde frente a cualquier cambio en la alineación del tubo. • La cabeza del inclinómetro será instrumentada con un prisma óptico topográfico para poder medir deformación 3D de la cabeza del mismo. • Para el monitoreo de inclinómetro se utilizará instrumentos que permitan entregar resultados con una incertidumbre total menor a +/- 3mm/30m, la precisión de las lecturas deberá ser de +/- 0,025mm/500mm. • El inclinómetro deberá ser instalado en la ubicación indicada en los planos y su instalación deberá efectuarse con la anticipación mínima necesaria para que la Unidad de Monitoreo comience con el monitoreo antes del inicio de cualquier excavación. • La primera lectura de inclinómetro, lectura cero, se hace antes del comienzo de la excavación del pique. • Las mediciones de inclinómetro se efectúan sistemáticamente. 4.2.4.9 Monitoreo con puntos sub-superficiales • Corresponde a las mediciones del movimiento vertical en puntos de control colocados bajo el terreno. 110 • El monitoreo de asentamientos sub-superficiales permite evaluar el movimiento del subsuelo y eventualmente, si se extiende su instalación hasta el nivel de la clave del túnel, permite advertir el movimiento del terreno previo a la abertura de la excavación. De la misma manera que los asentamientos superficiales estas deformaciones deben tender a la estabilización para garantizar la seguridad de la obra. • El punto de control se materializa a través de la barra de acero vertical anclada en su fin a cierta profundidad en un pozo o sondaje. El perfil o barra de acero se ancla en la profundidad de la perforación definida por proyecto mediante mortero de cemento u hormigón pobre. Con la arena se llena el resto del pozo o sondaje hasta la superficie. El movimiento libre de la barra de acero es asegurado a través de un tubo plástico que protege y separa la citada barra de la arena o del terreno. Las medidas son tomadas en la cabeza del punto sub-superficial manualmente a través de nivelación de alta precisión. Finalmente, el instrumento es protegido mediante una caja con tapa empotrada en hormigón. • Para el monitoreo de asentamientos sub-superficiales se utilizará un nivel de precisión de placa plano-paralela que permita entregar resultados con una incertidumbre menor a 0,2 mm. • Los puntos de referencia deberán ser instalados en la zona a fuera del efecto de deformaciones provocadas por excavación del metro y su instalación deberá efectuarse con la anticipación mínima necesaria para que la Unidad de Monitoreo comience con el monitoreo antes del comienzo de excavación • La primera lectura del punto sub-superficial, lectura cero, se hace antes del comienzo de la excavación. • Las mediciones del punto sub-superficial se efectúan sistemáticamente. 111 4.2.4.10 Monitoreo de presión de suelo sobre el sostenimiento • Estos instrumentos serán empleados para medir las presiones unitarias del suelo sobre el sostenimiento del pique. • Las celdas de presión se construyen a partir de dos placas de acero inoxidable soldadas entre sí en torno a su periferia y separadas por un estrecho hueco lleno de líquido hidráulico. Cuando las placas se someten a una presión externa se crea una presión equivalente en el líquido interno. Un tubo de acero inoxidable conecta la presión del fluido con un manómetro. • Se recomienda utilizar el instrumento que utilizan transductores de vibración y por lo tanto tienen una estabilidad a largo plazo, un rendimiento confiable con cables largos y no se afecta por la intrusión de la humedad. También se recomienda incluir un termómetro para medir la temperatura. • La celda de presión se instala justo después de la etapa de excavación, de acuerdo a lo definido en los planos del proyecto. Se aplica un sello sobre terreno, hecho por mortero de nivelación de espesor aprox 2 cm. La celda se pone a mortero fresco para obtener un plano de contacto óptimo entre ellos. La celda se fija en su ubicación y se cubre con una primera capa de shotcrete. Es necesario aplicar cuidadosamente el shotcrete sobre el instrumento para prevenir daños. • Para el monitoreo de la presión sobre el revestimiento se utilizarán instrumentos que tienen la precisión menor a +/- 0,1% del valor máximo de medición del equipo, la precisión de las lecturas deberá ser de +/- 0.025% del valor máximo de medición del equipo • Se espera medir presiones en un rango de 10-400 kPa. 112 • La primera lectura, lectura cero, se debe hacer junto con la presión barométrica y la temperatura en el momento de la instalación, justo antes de ser cubierta por la primera capa de shotcrete. • Las mediciones de las celdas de presión se efectúan sistemáticamente. 4.2.4.11 Monitoreo de tensiones en el sostenimiento • Los strain gauges son instrumentos que miden la tensión usando el principio de cuerda vibrante. El principio es medir la frecuencia de vibración frente a cambios de longitud del alambre. • Se exige utilizar strain gauges diseñados para ser empotrados directamente en el hormigón. Estos deben estar razonablemente protegidos de los daños causados por la aplicación del shotcrete, son suficientemente resistentes para resistir la flexión y están equipados con bridas para proporcionar una mayor zona de contacto. • El instrumento strain gauge se fija en la malla a través de alambre u otro modo parecido. La dirección del instrumento – horizontal o vertical – es definido en los planos del proyecto. El strain gauge es fijado y cubierto por shotcrete. Es necesario aplicar cuidadosamente el shotcrete sobre el instrumento para prevenir daños. • Para el monitoreo de tensiones en el sostenimiento se utilizarán instrumentos que tienen la precisión menor a +/- 0.5% del valor máximo de medición del equipo, la precisión de las lecturas deberá ser de 0.001 mm/m • La primera lectura de strain gauge, lectura cero, se hace justo después de la aplicación shotcrete, el cual fija y cubre el instrumento. • Las mediciones de strain gauges se efectúan sistemáticamente 113 4.2.5 Ejecución del monitoreo 4.2.5.1 Programa del monitoreo El programa del monitoreo debería ser continuo y complejo. Sin embargo, cada tipo de monitoreo tiene su programa de lecturas, dado por el tipo de instrumento, el procedimiento de instalación y el motivo de implementación. Se ha considerado el siguiente procedimiento para la lectura de los puntos de monitoreo: • Todos los puntos e instrumentos a ser monitoreados deberán ser codificados sobre la base de un sistema lógico de referencia, por ejemplo, en base al tipo de variable a ser monitoreada, ubicación del instrumento/punto en relación a las estructuras o la infraestructura monitoreada, progresiva del pique, etc. • La primera lectura (lectura cero) de cada instrumento será efectuada inmediatamente después de la instalación o tan pronto como sea posible en función de consideraciones prácticas. Los puntos siguientes definen la lectura cero para cada uno tipo de monitoreo. o Monitoreo óptico topográfico (convergencia): la primera lectura de cada mira, lectura cero, se hace después su fijación en shotcrete, es decir cuando se termina la aplicación del sostenimiento primario en cada fase de excavación, pero antes del comienzo de la próxima fase de excavación del pique. o Monitoreo óptico topográfico de la superficie y los edificios o estructuras vecinas: la primera lectura de puntos, lectura cero, consiste en tres medidas independientes, hechas con pausas de 3 días mínimos entre ellas. Además, las primeras lecturas deben ser ejecutadas antes del comienzo de la excavación. o Inclinómetros y puntos sub-superficiales: la primera lectura debería ser ejecutada después de 21 días desde su instalación para asegurar condiciones estables. La primera lectura, lectura cero, consiste de tres medidas independientes, hechas 114 con pausas de 3 días mínimos entre las mismas. Además, las primeras lecturas deben ser ejecutadas antes comienzo de excavación del pique o del túnel respectivamente. o Celdas de presión: la primera lectura, lectura cero, se debe hacer junto con la presión barométrica y la temperatura en el momento de la instalación. La lectura inicial se toma, mientras que la celda se encuentra en posición, justo antes de ser cubierta por la primera capa de shotcrete. La lectura cero será el resultado de al menos tres operaciones de lectura independientes que arrojen resultados consistentes. o Strain gauges: la primera lectura, lectura cero, se hace justo después de terminada la aplicación del sostenimiento en cada fase de excavación. La lectura cero será el resultado de al menos tres operaciones de lectura independientes que arrojen resultados consistentes. o Celdas de presión (dinamómetros): la primera lectura, lectura cero, se debe hacer justo después de la activación de la tensión en el anclaje. La lectura cero será el resultado de al menos tres operaciones de lectura independientes que arrojen resultados consistentes. • La frecuencia estándar del monitoreo de todos los puntos instalados no será menor a los valores consignados a continuación: o La medida diaria se realiza hasta que la tasa de deformaciones y/o tensiones disminuya. o La medida semanal se realiza hasta que se logre la estabilidad de la sección. o Medida mensual se realiza hasta el fin de la obra. 115 o Cada reemplazo de un punto de auscultación de las deformaciones y/o tensiones activas un nuevo ciclo con medidas diarias. o Cada paso de la excavación parcial nueva a través de la sección mencionada activa un nuevo ciclo con medidas diarias. • El inicio de la excavación de la estructura nueva (galería desde el pique, túnel desde la galería etc.) activa un nuevo ciclo con medidas diarias en secciones existentes y afectadas por nueva excavación. • La medida diaria de los puntos superficiales, puntos de asentamiento de edificios, inclinómetros o sub-superficiales, se activa a una distancia de 20 m min. del primer frente de excavación. • Siempre que se perciba un cambio atípico o no esperado en la evolución de las deformaciones o tensiones en el tiempo o donde quiera que se anticipen las circunstancias particulares que demanden una cautela especial y mayor intensidad de monitoreo, la frecuencia de medición será incrementada. • La Unidad de Monitoreo ingresará los datos brutos de las lecturas efectuadas para su posterior evaluación y representación gráfica en una base de datos creada especialmente para la función del sistema de monitoreo. • La Unidad de Monitoreo estandarizará la lectura de los instrumentos, motivo por lo cual utilizará un equipamiento electrónico adecuado (estaciones totales digitales, niveles digitales de alta precisión, instrumentos de lectura digital para la instrumentación geotécnica). 116 4.2.5.2 Resultados de monitoreo, registros • Será responsabilidad de la unidad de monitoreo, presentar a la inspección técnica con la anticipación necesaria: o Un cronograma y secuencia de medición de los instrumentos, que será complementado con la medición de los instrumentos adicionales presupuestados en el diseño a medida del avance del túnel. o Una metodología de transmisión de la información proveniente de las mediciones a las diferentes partes presentes en la obra. • Se requiere establecer un sistema de adquisición, almacenamiento y representación gráfica de datos y resultados accesible por internet, asegurada por nombres de usuarios y contraseñas. Los resultados (gráficos, tablas, documentos, vistas, esquemas) serán organizados y presentados de manera lógica, intuitiva e interactiva, a través de interface Web, GIS o algún modo parecido. El sistema debe ser actualizado automáticamente. • El sistema de adquisición, almacenamiento y representación de datos incluirá un sistema de alarma, el cual avisará de forma automática, cuando sobrepase los valores umbrales. La forma de avisos debe ser rápida a través de un sistema on-line (SMS, email o parecido). • Además, la Unidad de Monitoreo deberá exportar datos crudos de medición a una base de datos global del proyecto Metro de manera regular. Datos serán exportados en formato estándar internacional, de acuerdo a definición del Metro. • La Unidad de Monitoreo pondrá a disposición todos los resultados en gráficos y tablas en el sistema de adquisición, almacenamiento y representación de datos hasta 2 horas desde del fin de mediciones de mismo tipo. 117 • Los gráficos y tablas con los resultados de monitoreo preparados por La Unidad de Monitoreo deben ser explícitos, mostrar el desarrollo de valores en tiempo y en relación a procedimiento de la obra. Entre los documentos requeridos, estos deben incluir las siguientes informaciones: o Código del punto y sección o Kilometraje o posición de la sección o Fecha de lectura inicial (lectura cero) o Fecha de última lectura o Fecha de creación (impreso) del gráfico o tabla o Esquema de ubicación de punto y sección o Información de procedimiento de excavación con relación a ubicación del punto medido – distancia entre frente o profundidad de excavación etc. • Todos los gráficos, que muestran resultados de deformación 3D, como convergencia, deformaciones de edificios y piques (topografía 3D), inclinómetros etc., mostrarán deformaciones en direcciones perpendiculares, orientadas paralelamente y perpendicularmente al eje del túnel y/o galería. • Tipos de monitoreo, los cuales tienen asociación directa a la situación geológica como inclinómetros o celdas de presión, deberán mostrar en sus gráficos también esquema de perfil geológico. • Durante la toma de mediciones del piques, túneles o sobre el terreno, la unidad de monitoreo documentará todas las condiciones de la obra y del ambiente que puedan afectar las lecturas registradas y que identifiquen en forma completa la medición misma, tales como, la profundidad del frente de excavación o de otra actividad de obra conexa en esa fecha, el tiempo transcurrido entre actividades de obra particulares y desde la primera toma de lectura, la temperatura y humedad del ambiente, referencia acerca del tipo y emplazamiento del instrumento respectivo, el nombre de la persona que efectuó la medición y una referencia acerca del equipo de lectura utilizado. Además, en los gráficos 118 y/o tablas de los resultados, se debe incorporar una nota sobre condiciones, que podrían afectar los resultados de monitoreo. • Asimismo, la unidad de monitoreo deberá documentar todos los detalles relacionados con la instalación de la instrumentación que realiza el contratista, tales como la posición exacta de la toma de medición, el nombre de la variable y sección o punto de monitoreo, el método de toma de lectura, la longitud y trazado de los cables, la ubicación, profundidad y orientación de perforaciones, el espesor de hormigón proyectado y cualquier otro dato de importancia para la posterior identificación. Simbología: PCE Puntos De Control De Deformaciones En Edificios (Prismas) PC Puntos De Control De Convergencia AS Punto De Control De Asentamiento Superficiales AE Punto De Control De Asentamiento De Edificaciones SG Strain Gauge 119 Ilustración 46 Planta general - secciones de monitoreo. 120 Ilustración 47 Sección de monitoreo E2 121 Ilustración 48 Sección de monitoreo E3 122 Ilustración 49 Sección de monitoreo E4 123 Ilustración 50 Sección de monitoreo E5 124 Ilustración 51 Punto de control - asentamientos superficiales sobre terreno (AS) Ilustración 52 Punto de control - asentamientos superficiales sobre pavimento (AS) 125 Ilustración 53 Punto de control - asentamientos edificios (AE) Ilustración 54 Punto de control - convergencia (PC) 126 Ilustración 55 Punto de control de tensiones- en el revestimiento (TR) y presiones del terreno (CP) 127 Ilustración 56 Punto sub-superficial (PS) 128 Ilustración 57 Instrumentos de control de convergencia. 129 4.3 Principales problemas durante la etapa de construcción 4.3.1 Presencia de agua dentro del túnel estación. Durante el proceso de ejecución de las obras, específicamente en la etapa de excavaciones, se vio la presencia de agua que salía desde el terreno natural hacia el interior del túnel, incluso se mantuvo después de las etapas de sostenimiento y revestimiento del túnel. Esto provoco muchas dificultades durante la construcción, ya que, generó demoras en las actividades desarrolladas, mayor complejidad en materia de prevención de riesgos asociados como lo son uso de herramientas eléctricas en presencia de agua, dificultad para el movimiento de equipos y personal, etc. 4.3.2 Marcos en contra-bóveda no cierran. En el proceso de construcción por secciones, la última en realizarse es la contra-bóveda del pilar central, por lo tanto, es la que absorbe toda diferencia que pueda ser arrastra desde las etapas de construcción ya ejecutadas desde la bóveda y banco de los side drift 1 y 2. En el túnel Estación Universidad de Chile en algunos avances de excavación de la contra-bóveda se presentó esta situación, no siendo practico por los tiempos de ejecución la confección de un marco reticulado a medida por lo que podría tardaría la maestranza en tenerlo disponible en terreno. 4.3.3 Demora en ejecución de ensayes para pernos fibra de vidrio. Para todos los tipos de pernos de fricción a ser empleados en obra se deberá demostrarse su aptitud para el ripio característico de Santiago y probarse que se alcanza la carga de rotura característica especificada deducida del diseño. Para la ejecución de ensayos de aptitud de pernos en obra se propone el empleo de la Norma Británica BS 4447 o cualquier otra norma equivalente. Se requiere que por cada tipo de perno de fricción propuesto se ensayen al menos 3 muestras. 130 En sectores en que los pernos de acción temporal se empleen como refuerzo eventual adicional del revestimiento de hormigón proyectado del túnel, se seleccionara un mínimo de 2 pero no menos de 5 % de los pernos instalados por sector de refuerzo para ensayo. La mitad de los pernos ensayados serán cargados hasta un 60% de su carga característica de rotura a las 24 horas de haber sido instalados. La otra mitad será cargada al 80 % de la misma después de un plazo de 48 horas. Se deberá registrar cada ensayo en un diagrama fuerza/deformación. Cualquier perno de acción permanente instalado en la obra deberá ser sometido a un ensayo de aceptación. En primer término, el perno deberá ser traccionado con una carga igual al 60% de la carga característica de rotura después de 24 horas de haber sido instalado. Adicionalmente, se deberá traccionar al 100% de la citada carga en un plazo de 72 horas. 4.4 4.4.1 Soluciones adoptadas Solución presencia de agua dentro del túnel estación. Dentro de las primeras soluciones adoptadas para el problema del ingreso de agua al túnel estación, fue el poder canalizar estas aguas hacia sentinas ubicadas dentro del túnel para luego por medio de bombas impulsar el agua a superficie. Para la captación se utilizaron barbacanas, las que consisten en insertar hasta terreno natural tubos de PVC ranurados y envueltos en geotextil y así focalizar la salida del agua en puntos definidos, esto a modo provisorio. La canalización de aguas como medio definitivo se realiza en la etapa de excavación, dentro del perfil de excavación se instala un tubo ranurado de mayor dimensión llamado Flexadren envuelto en geotextil para evitar el ingreso de partículas y este quede tapado por finos, estos tubos se instalan en todo el perímetro de la circunferencia que forman el túnel estación y en su punto más bajo (Contra-bóveda) se unen a una red longitudinal bajo la losa de las vías llevándolas a las salas de bombeo de cada estación. Como la cantidad de afluente que ingresaba al túnel estación era demasiado. También se determinó la utilización de un aditivo impermeabilizante dentro del hormigón proyectado. Además, siendo inyectada a presión como lechada de inyección en zonas más críticas, este producto de nombre comercial Penetron. este químico reacciona con la humedad en el hormigón fresco 131 produciendo una cadena catalítica, la que produce cristales no solubles dentro de los poros, capilares y fisuras menores a 0,4mm. Estas medidas en conjunto fueron necesarias para poder seguir ejecutando las obras y minimizar el efecto de las aguas que se mantienen saliendo en la etapa de servicio pero que son debidamente encauzadas a las salas de bombas. 4.4.2 Solución marcos en contra-bóveda no cierran. Para solucionar el ajuste de marcos reticulados en terreno cuando estos quedaban más cortos, el contratista que realiza las obras propuso instalar pernos más largos que salvaran esta distancia, estos elementos debían ser protegidos por camisas metálicas, este perno tenía que cumplir con las mismas características mecánicas de los pernos A325 considerados en proyecto. En el caso de los marcos reticulados que fuesen más largos, estos podían ser modificados in situ por un soldador calificado desplazando el flanche del marco hasta la distancia requerida para ser apernados. 4.4.3 Solución demora en ejecución de ensayes para pernos fibra de vidrio. Como el proceso de instalación y ensaye de los pernos de fibra de vidrio tomaba un tiempo importante en el proceso de ejecución de las obras, dejando sin actividad las frentes de producción por mucho tiempo, el contratista se basó en los informes geotécnicos que fueron favorables para solicitar la disminución en cantidad de pernos de fibra de vidrio a ejecutar, lo cual fue aceptado por el equipo de ingeniería de Metro. El monitoreo geotécnico diario a las zonas y edificios influenciables por las obras del túnel estación siguieron en umbrales normales favorables, la empresa contratista solicito la eliminación de este método de fortificación que originalmente está considerado para la bóveda y banco, siendo esta solicitud analizada por la ingeniería de metro, autorizando la eliminación de los pernos de fibra de vidrio solamente en la zona de bancos manteniendo los pernos de fibra de vidrio proyectados para la bóveda. 132 4.5 Exposición de los problemas y sus resultados. En esta tesis se han presentado los requerimientos técnicos y/o teóricos para el desarrollo de la construcción del túnel de la Estación Universidad de Chile de la línea 3 del Metro de Santiago, dentro de todos estos puntos se considera en gran medida los escenarios posibles de terreno y controles aplicables a contemplar durante la ejecución de las obras, todo esto es para que las desviaciones que existan sean las mínimas dentro de lo contemplado en la etapa de diseño teórico y que podrían implicar en retrasos, mayores costos, incumplimiento de hitos, accidentes, etc. No obstante, cuando se comienza a materializar el proyecto físicamente se van presentando situaciones que son difícil de considerar y hacen que el proyecto deba hacer algunos cambios. En gran medida la obra fue ejecutada según los antecedentes de proyecto, sin embargo, podemos indicar algunas que sufrieron algún tipo de modificación. Aunque el proyecto contemplaba un hormigón proyectado auto-compactable que pudiera contener zonas húmedas del terreno si existiesen, más las consideraciones a tomar para canalizar presencia de agua en la etapa de excavaciones, nunca se pensó que la gran cantidad de agua que aparecería dentro del túnel seria de tal magnitud; lo que modifico los aditivos impermeabilizantes incorporados al hormigón incluyendo inyecciones puntuales en otras zonas terminadas y para la canalización del agua durante las excavaciones se tuvieron que hacer sentinas e incorporar estaciones de bombeo no contempladas, estas medidas hicieron subir los costos y aumentar los tiempos de ejecución. Por otra parte, la secuencia constructiva indicada en los planos del proyecto pudo ser mejorada gracias a que el monitoreo geotécnico realizado diariamente era favorable sin presentar descensos y sin sobrepasar los umbrales proyectados. Esto se tradujo en poder eliminar los pernos de fibra de vidrio en las zonas de bancos, también permitió ejecutar todas las coronas del pilar central sin tener que bajar a ejecutar las contra-bóveda pudiendo dejarlas hasta el final junto a la demolición de los muros temporales, estas modificaciones presentadas y autorizadas por ingeniería fueron para recuperar el tiempo perdido. 133 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Como se mostró en esta tesis, para poder desarrollar esta obra civil realmente compleja a casusa de su ubicación, fue necesario realizar dos piques de construcción para poder avanzar por ambos extremos del túnel estación contemplado y sin que esto produjera alteraciones a las edificaciones, tránsitos y otros servicios operativos. Por tal motivo, el método constructivo NATM se desarrolló para contemplar la ejecución del túnel estación por etapas, construyendo con dos side drift (dos túneles laterales desfasados) y dejando un pilar central el cual sería demolido posteriormente conformando el área total. Dentro del trabajo expuesto, el proceso constructivo del túnel estación se mostró la secuencia necesaria para poder generar esta gran sección final de túnel empleando secciones de menor dimensión las que luego eran unidas demoliendo las estructuras temporales, lo que permitía que el terreno pudiera estabilizarse de forma natural y evitar su colapso, realizando avances 1 metro por vez y manteniendo las obras de manera ininterrumpidas empleando materiales que garantizasen una alta resistencia sin deformaciones y en un muy corto plazo. En este proyecto se contó con una gran inversión para generar todos los antecedentes técnicos que pudieran contemplar los escenarios posibles en la etapa de ejecución y así evitar problemas que generaran elevar costos y aumentar plazos. Asimismo, se comprobó mediante a la constante y sistemática medición geotécnica de las condiciones del terreno, del túnel y las edificaciones colindantes a la obra, resultados que fueron favorables en este caso, por lo que se pudo mejorar el proceso constructivo para así aumentar el rendimiento y recuperar el tiempo perdido. También, se pudo evidenciar que las condiciones naturales del propio terreno pueden influir negativamente al proceso normal de construcción, causando atrasos y teniendo que implementar acciones no contempladas en etapas previas. Es el caso que se dio con la rotura de matrices de agua potable en el sector donde se emplaza este túnel estación de metro de una empresa externa al proyecto, las que provocaron grandes filtraciones al interior del túnel retrasando el proceso e incrementando el valor iniciar al adoptar inyecciones impermeabilizantes al hormigón proyectado. En conclusión, podemos decir que todo proyecto de construcción que sea ambiguo o poco claro en su etapa previa a la construcción, causara posteriormente en su etapa de ejecución modificaciones en ella. Estas modificaciones, ya sean de menor o mayor magnitud impactaran finalmente en los costos y plazos de entrega comprometidos. 134 Como recomendación se puede decir que es fundamental que todos los elementos que componen un proyecto de construcción conformen una sinergia para llegar a buen puerto, ¿a qué se refiere esto? Los proyectos deben ser claros, los planos de distintas especialidades deben ser concordante entre ellos, las especificaciones técnicas de los materiales y sus ensayes deben ser los más adecuados para cada tipo, los profesionales involucrados deben contar con las competencias y experiencia necesaria para identificar y solucionar problemas que produzcan desviaciones que afecten a los plazos y a los costos, la maquinara a utilizar debe ser la más adecuada con sus mantenciones al día y por ultimo uno de los puntos más importantes la mano de obra que debe capacitarse constantemente. 135 BIBLIOGRAFÍA 1. BAEZA PALAVECINO, Angélica. Desde 1969 a 2013: los cambios en la construcción de Metro de Santiago. La Tercera [en línea], Santiago, 29 agosto 2013, [fecha consulta: 15 julio 2019]. Sección noticia. Disponible en: https://www.latercera.com/noticia/desde-1969-a-2013-los-cambios-en-laconstruccion-de-metro-de-santiago/ 2. SOTO SAAVEDRA, Pedro. Construcción de túneles [en línea]. Tesis para optar título de constructor civil. Universidad Austral de Chile, Santiago, 2004. [fecha consulta: 03 agosto 2019]. Disponible en: http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2004/bmfcis718c/doc/bmfcis718c.pdf 3. Blog Universidad Politécnica de Valencia [en línea] 2016 [fecha consulta: 10 septiembre 2019]. Disponible en: https://victoryepes.blogs.upv.es/2016/11/17/el-metodo-ingles-de- excavacion-de-tuneles/ 4. Blog Universidad Politécnica de Valencia [en línea] 2016 [fecha consulta: 10 septiembre 2019]. Disponible en: https://victoryepes.blogs.upv.es/2016/11/21/metodo-aleman-de- construccion-de-tuneles/ 5. Blog Universidad Politécnica de Valencia [en línea] 2016 [fecha consulta: 10 septiembre 2019]. Disponible en: https://victoryepes.blogs.upv.es/2013/12/21/metodo-belga-de- construccion-de-tuneles/ 6. Wikipedia [en línea] 2019 [fecha consulta: 21 septiembre 2019]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%BAnel 7. Wikipedia [en línea] 2020 [fecha consulta: 22 septiembre 2019]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Tuneladora 136 ANEXOS 137 ANEXO A ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE PLANTA GENERAL – DETALLES FORMAS VÁLIDO PARA CONSTRUCCIÓN METRO S.A. Arturo Albornoz Wegertseder Válido para construcción 2014.06.04 16:37:51 -04'00' METRO S.A. Christian Montes Castañeda 2014.05.22 19:01:09 -04'00' INGENIERIA DE DETALLE - OBRAS CIVILES - PIQUES Y GALERIAS - LINEA 3 CONSORCIO ARA WORLEYPARSONS - ARCADIS ANEXO B ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE PERFIL LONGITUDINAL ESTACIÓN Y ELEVACIÓN GALERÍA ACCESO FORMAS METRO S.A. Arturo Albornoz Wegertseder Válido para construcción 2014.06.04 16:38:37 -04'00' VÁLIDO PARA CONSTRUCCIÓN Christian Montes Castañeda 2014.05.29 17:42:54 -04'00' METRO S.A. INGENIERIA DE DETALLE - OBRAS CIVILES - PIQUES Y GALERIAS - LINEA 3 CONSORCIO ARA WORLEYPARSONS - ARCADIS ANEXO C ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE TÚNEL ESTACIÓN – SOSTENIMIENTO – SECCIONES FORMAS VÁLIDO PARA CONSTRUCCIÓN METRO S.A. Arturo Albornoz Wegertseder Valido para Construcción 2013.06.06 17:54:18 -04'00' METRO S.A. Christian Montes Castañeda 2013.01.31 19:26:45 -03'00' INGENIERIA DE DETALLE - OBRAS CIVILES - PIQUES Y GALERIAS - LINEA 3 CONSORCIO ARA WORLEYPARSONS - ARCADIS ANEXO D ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE MARCOS RETICULADOS – PLANTA DISPOSICIÓN ARMADURAS SOSTENIMIENTO METRO S.A. José Herrera Aliste Válido para construcción 2015.02.06 14:25:10 -03'00' VÁLIDO PARA CONSTRUCCIÓN Juan Pablo Fuentes Cortes 2015.02.03 14:29:21 -03'00' METRO S.A. INGENIERIA DE DETALLE - OBRAS CIVILES - PIQUES Y GALERIAS - LINEA 3 CONSORCIO ARA WORLEYPARSONS - ARCADIS ANEXO E ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE TÚNEL ESTACIÓN – ZONA TÍPICA ARMADURAS SOSTENIMIENTO METRO S.A. VÁLIDO PARA CONSTRUCCIÓN Juan Pablo Fuentes Cortes 2013.02.01 12:50:41 -03'00' Arturo Albornoz Wegertseder Valido para Construcción 2013.06.06 17:41:17 -04'00' METRO S.A. INGENIERIA DE DETALLE - OBRAS CIVILES - PIQUES Y GALERIAS - LINEA 3 CONSORCIO ARA WORLEYPARSONS - ARCADIS ANEXO F ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE TÚNEL ESTACIÓN – ZONA REFORZADA ARMADURAS SOSTENIMIENTO VÁLIDO PARA CONSTRUCCIÓN METRO S.A. Arturo Albornoz Wegertseder Valido para Construcción 2013.06.06 17:40:36 -04'00' METRO S.A. Juan Pablo Fuentes Cortes 2013.02.01 12:49:50 -03'00' INGENIERIA DE DETALLE - OBRAS CIVILES - PIQUES Y GALERIAS - LINEA 3 CONSORCIO ARA WORLEYPARSONS - ARCADIS ANEXO G ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE TÚNEL ESTACIÓN – ZONA CRUCE GALERÍA ACCESO ARMADURAS SOSTENIMIENTO VÁLIDO PARA CONSTRUCCIÓN METRO S.A. Arturo Albornoz Wegertseder Valido para Construcción 2013.06.06 17:39:55 -04'00' Juan Pablo Fuentes Cortes 2013.02.01 12:50:18 -03'00' METRO S.A. INGENIERIA DE DETALLE - OBRAS CIVILES - PIQUES Y GALERIAS - LINEA 3 CONSORCIO ARA WORLEYPARSONS - ARCADIS ANEXO H ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE TÚNEL ESTACIÓN – ZONA TÍPICA – MARCOS RETICULADOS – ARMADURAS SOSTENIMIENTO VÁLIDO PARA CONSTRUCCIÓN METRO S.A. Arturo Albornoz Wegertseder Valido para Construcción 2013.06.06 17:28:32 -04'00' Juan Pablo Fuentes Cortes 2013.02.01 12:51:14 -03'00' METRO S.A. INGENIERIA DE DETALLE - OBRAS CIVILES - PIQUES Y GALERIAS - LINEA 3 CONSORCIO ARA WORLEYPARSONS - ARCADIS ANEXO I ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE TÚNEL ESTACIÓN – ZONA REFORZADA – MARCOS RETICULADOS – ARMADURAS SOSTENIMIENTO VÁLIDO PARA CONSTRUCCIÓN METRO S.A. Arturo Albornoz Wegertseder Valido para Construcción 2013.06.06 17:15:44 -04'00' Juan Pablo Fuentes Cortes 2013.02.01 12:51:04 -03'00' METRO S.A. INGENIERIA DE DETALLE - OBRAS CIVILES - PIQUES Y GALERIAS - LINEA 3 CONSORCIO ARA WORLEYPARSONS - ARCADIS ANEXO J ESTACIÓN UNIVERSIDAD DE CHILE TÚNEL ESTACIÓN – ZONA TÍPICA Y REFORZADA – MARCOS RETICULADOS MURO TEMPORAL – ARMADURAS SOSTENIMIENTO VÁLIDO PARA CONSTRUCCIÓN METRO S.A. Arturo Albornoz Wegertseder Valido para Construcción 2013.06.06 17:27:06 -04'00' Juan Pablo Fuentes Cortes 2013.02.01 12:50:54 -03'00' METRO S.A. INGENIERIA DE DETALLE - OBRAS CIVILES - PIQUES Y GALERIAS - LINEA 3 CONSORCIO ARA WORLEYPARSONS - ARCADIS ANEXO K CARACTERÍSTICAS MALLA ACMA TIPO C443 Y C503 ANEXO L ESTRATIGRAFÍA DEL TRAZADO LÍNEA 3 PERFIL LONGITUDINAL ESTRATIGRÁFICO METRO S.A. Juan Pablo Fuentes Cortés 2016.05.18 14:54:19 -04'00' METRO S.A. INGENIERIA DE DETALLE - OBRAS CIVILES - PIQUES Y GALERIAS - LINEA 3 CONSORCIO ARA WORLEYPARSONS - ARCADIS
