Antildeo 6 middot No 23 Octubre-diciembre 2018

Dr Humberto Marengo Mogolloacuten

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El Tuacutenel de Vielha

Principales desafiacuteos enla excavacioacuten del bituacutenel para

el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

ISSN 2007-7351

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Estimados lectores

Eacuteste es el primer nuacutemero de Obras Subterraacuteneas publicado bajo la direccioacuten del nuevo Co-

miteacute Editorial Los miembros del XVI Consejo Directivo llevamos ya siete meses trabajando

con mucho empentildeo en el ambicioso proyecto de asociacioacuten que presentamos el diacutea de

nuestro nombramiento Uno de los objetivos primordiales de esta revista es dotarla de

un alto nivel teacutecnico y convertirla en un referente en el medio de la ingenieriacutea de habla

hispana Para lograrlo es nuestra labor contactar expertos de todo el mundo e invitarlos

a que contribuyan con artiacuteculos originales y de relevancia asiacute como involucrar maacutes a los

especialistas mexicanos invitaacutendolos a participar con sus mejores trabajos

En cuanto a nuestra liacutenea editorial seraacute siempre de gran importancia incluir ademaacutes

de temas teacutecnicos todo lo relacionado con la historia la cultura y el arte en torno a las

obras subterraacuteneas por lo que continuaremos investigando y publicando al respecto

Nos es muy grato anunciarles que el diacutea 10 de enero entregamos a la ITA nuestra

propuesta oficial para la candidatura del Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 (WTC 2022)

de salir ganadores este tendraacute lugar del 22 al 27 de abril en la ciudad de Cancuacuten La can-

didatura seraacute presentada en mayo durante el congreso de Naacutepoles Esperamos ganar y

de hacerlo extendemos una cordial invitacioacuten a todos los miembros de AMITOS a sumarse

a este gran proyecto

Por uacuteltimo queremos compartirles que somos conscientes de que nuestro paiacutes atra-

viesa por momentos poliacuteticos econoacutemicos y sociales complejos y que debemos unir fuer-

zas para mejorar y robustecer a nuestra industria tunelera Sobra decir que el panorama

de las obras puacuteblicas y en particular aquellas que nos incluyen por el momento no luce

muy esperanzador por eso hoy maacutes que nunca es fundamental promover a nuestro

gremio y transmitir la gran importancia que

tienen las obras subterraacuteneas en el desarrollo

de cualquier sociedad moderna y sustentable

Iacutendice

Octubre-diciembre 2018Antildeo 6 No 23

Dr Humberto Juan Francisco Marengo Mogolloacuten 2Semblanza

43Actividades

Ing Leonardo Guzmaacuten LeoacutenIng Rauacutel Loacutepez RoldaacutenIng Manuel Loacutepez Portillo VerdugoMI J Francisco Suaacuterez FinoMI Fermiacuten Saacutenchez ReyesMI Juan Pauliacuten AguirreArq Carlos F Frutos GarmendiaDr Oriol Arnau DelgadoMI Joseacute Anselmo Peacuterez ReyesMI Armando Raacutebago MartiacutenMI Jorge Loacutepez Molina

Editorial

Derechos de autor y conexosOBRAS SUBTERRAacuteNEAS Antildeo 6 No 23 OCTUBRE - DICIEMBRE de 2018 es una publicacioacuten trimestral editada y distribuida por la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC Camino a Santa Teresa 187 Col Parques del Pedregal Delegacioacuten Tlalpan CP 14010 Tel 52 (55) 5528 3611 AMITOS amitosamitosorg

Editor responsable Fermiacuten Saacutenchez Reyes Reserva de Derechos al Uso Exclusivo No 04 - 2014 - 110510341700 - 102 ISSN 2007-7351 ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor Certificado de Licitud de Tiacutetulo y Contenido No 16174 otorgado por la Comisioacuten Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretariacutea de Gobernacioacuten Impresa por Ideas Xantusii SC Este nuacutemero se terminoacute de imprimir el 27 de febrero de 2019 con un tiraje de 1000 ejemplares

Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicacioacuten

Queda estrictamente prohibida la reproduccioacuten total o parcial de los contenidos e imaacutegenes de la publicacioacuten sin previa autorizacioacuten fehaciente de los autores

DirectorioCONSEJO EDITORIAL

EDICIOacuteN DISENtildeO E IMPRESIOacuteN

VICEPRESIDENTE DE COMITEacuteS TEacuteCNICOSIng Jorge Armando Raacutebago Martiacuten

XVI CONSEJO DIRECTIVO

PRESIDENTEMI Fermiacuten A Saacutenchez Reyes

SECRETARIOIng Leonardo Guzmaacuten Leoacuten

TESOREROIng Mario A Torres Reyes

VICEPRESIDENTE DE CURSOS Y CONGRESOSMI Carlos A Ramiacuterez de Arellano de la Pentildea

VICEPRESIDENTE DE CONFERENCIAS Y PUBLICACIONESMI Joseacute Anselmo Peacuterez ReyesVICEPRESIDENTE DE BANCO DE DATOS BIBLIOTECA Y REVISTAArq Carlos F Frutos GarmendiaVICEPRESIDENTE GRUPO DE INGENIEROS JOacuteVENESMI Jorge Loacutepez Molina

Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas A CCamino a Santa Teresa 187 Col Parques del Pedregal 14010 Meacutexico CDMX wwwamitosorg amitosamitosorg La redaccioacuten y el contenido de los artiacuteculos son responsabilidad de los autores

32Agenda

Fotografiacutea Acervo SCT

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HistoriaTuacutenel de Vielha

Principales desafiacuteos en la excavacioacuten del bituacutenel para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Gestioacuten innovadora de dateo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacutensegura en tuacuteneles

Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

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Artiacuteculos Teacutecnicos10

MI Fermiacuten A Saacutenchez ReyesDirector Ejecutivo XVI Consejo de Directores

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SEMBLANZA

Dr Humberto Juan Francisco Marengo MogolloacutenHumberto Juan Francisco Marengo Mogolloacuten es Doctor en Ingenieriacutea Civil con especialidad en Hidraacuteulica por la Facultad de Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico Actualmente es profesor del Instituto Politeacutecnico Nacional y de la Facultad de Ingenieriacutea de la UNAM donde ha prestado sus servicios de 1985 hasta la fecha Fue fundador de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Hidraacuteulica en la Universidad Juaacuterez Autoacutenoma de Tabasco donde se desempentildeoacute como profesor e investigador de 1978 a 1980 Tambieacuten ha sido catedraacutetico de la Universidad Iberoamericana del Instituto Tecnoloacutegico Regional de Villahermosa del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Monterrey (Unidad Chiapas) y de la Universidad Autoacutenoma de Chiapas Con motivo del trabajo de docencia e investigacioacuten aplicada en la ingenieriacutea civil fue distinguido por el CONACYT como Investigador Nacional Nivel I posicioacuten que ocupa desde 1998 a la fecha

Su trayectoria profesional comenzoacute en el antildeo 1974 en CIEPS Ingenieros Consultores y Proyectistas como disentildeador de obras hidraacuteulicas En el antildeo 1980 comenzariacutea su colaboracioacuten con la Comisioacuten Federal de Electricidad interviniendo en Chiapas en el disentildeo y construccioacuten de los proyectos hidroeleacutectricos Chicoaseacuten Pentildeitas y Temascal Ampliacioacuten Durante el periodo de 1984 a 1996 ocupoacute los cargos de Auxiliar Teacutecnico Jefe de la Disciplina de Normalizacioacuten y Proyectos Especiales y Jefe de Proyecto teniendo bajo su responsabilidad los proyectos de Temascal Ampliacioacuten (Oaxaca) Agua Prieta (Jalisco) y Zimapaacuten (Hidalgo) De 1996 al 2002 ocupoacute el cargo de Gerente Teacutecnico de Proyectos Hidroeleacutectricos en CFE y a partir del antildeo 2003 y hasta marzo de 2014 ocupoacute el puesto de Coordinador de Proyectos Hidroeleacutectricos teniendo bajo su responsabilidad la planeacioacuten disentildeo y construccioacuten de los proyectos hidroeleacutectricos que la CFE desarrolloacute en Meacutexico y el extranjero en los uacuteltimos 20 antildeos Del 2014 al 2015 ocupoacute el cargo de Subdirector de Proyectos y Construccioacuten teniendo bajo su responsabilidad el disentildeo y construccioacuten de toda la infraestructura eleacutectrica que implementoacute la Comisioacuten Federal de Electricidad en el paiacutes

A lo largo de 35 antildeos de trayectoria en la Comisioacuten Federal de Electricidad y 45 como ingeniero civil ha ganado el prestigio y reconocimiento de nuestro gremio por su destacada praacutectica profesional sustentada en una soacutelida preparacioacuten acadeacutemica y una tenacidad a toda prueba que le ha llevado a impulsar y participar de forma decidida en el desarrollo de grandes obras de infraestructura como presas proyectos hidroeleacutectricos y de infraestructura eleacutectrica que hacen posible el desarrollo nacional y propician beneficios sociales trascendentes ademaacutes de transmitir sus conocimientos a diversas generaciones de alumnos tanto en el nivel profesional como en el de posgrado Fue aceptado como acadeacutemico titular por la Academia Mexicana de Ingenieriacutea en 1998 y forma parte de la Academia Mexicana de Ciencias desde 1999

Gremialmente se ha desempentildeado como director de confe-rencias y publicaciones de la Asociacioacuten Mexicana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas como Vicepresidente de la Sociedad Internacional de Presas de Enrocamiento con Cara de Con-creto como Vicepresidente del CICM como Presidente de la Asociacioacuten Mexicana de Hidraacuteulica y como Vicepresidente de la Academia de Ingenieriacutea para el periodo 2010-2012 y Presidente de la misma en el periodo 2012-2014 Dentro de la organizacioacuten del ICOLD (con sede en Paris Francia) ha sido nombrado desde 2010 parte integrante de los comiteacutes ldquoHydraulics for Damsrdquo y ldquoFlood Evaluation and Dam Safetyrdquo y desde 2015 dicha orga-nizacioacuten lo ha nombrado presidente para las Ameacutericas (INCA)

A raiacutez de su retiro de la CFE se ha dedicado a la Consultoriacutea en el extranjero La Compantildeiacutea Eleacutectrica del Ecuador (CELEC) lo ha nombrado Consultor General Especialista en los proyectos Coca-Codo Sinclair Quijos Abitagua Alto Guayllabamba Toachi Pilatoacuten Delsitanisagua y Mazar-Dudas Lombardi Engeenering Ltd lo ha nombrado Consultor Especialista en Presas de Enro-camiento con Cara de Concreto para los proyectos Chagla en Peruacute y Tepomaacuten Recientemente (2017-2018) la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial (WMO) lo ha nombrado como Consultor Especialista en presas y temas afines laborando con la CONA-GUA en diversos temas de seguridad y construccioacuten de presas y sedimentacioacuten mientras que la organizacioacuten encargada de la construccioacuten del Nuevo Aeropuerto de la Ciudad de Meacutexico (2018) lo nombroacute Consultor Especialista en materia de hidraacuteulica e hidrologiacutea para las obras de drenaje de dicho proyecto

TUacuteNELESE N M Eacute X I C O

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS AC

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Cuota de recuperacioacuten por ejemplar

AMITOS Tel (+52 55) 5528 3611

Informacioacuten

Mejor libro del antildeo de Ingenieriacutea Civil

Premio Javier Barros Sierra

2013

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Historia

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El tuacutenel de Vielha fue inaugurado en mayo de 1948 a casi 22 antildeos de haberse iniciado su construccioacuten 47 antildeos despueacutes de la presentacioacuten de la primera versioacuten del proyecto (concebido originalmente para ferrocarril) y luego de una larguiacutesima historia de aislamiento y olvido del pueblo araneacutes cercado desde siempre por la barrera pirenaica y de espaldas a su propia nacioacutenHacia la segunda mitad del siglo XIX las uacutenicas salidas de la Val drsquoAran hacia Espantildea eran dos rupestres caminos de herradura que cruzaban por los puertos de La Bonaigua al Pallars Sobiragrave y de Vielha a la Alta Ribagorccedila los cuales se bloqueaban por las nieves durante buena parte del antildeo y que para aquel entonces comenzaron a resultar insuficientes para el desarrollo comercial e industrial de la eacutepoca Las necesidades de comunicacioacuten entre pueblos cada vez maacutes acentuadas y las naturales ansias de modernizacioacuten de los habitantes del valle haciacutean imprescindible una pronta solucioacuten a tan terrible aislamiento

El Tuacutenel de VielhaLa gran aspiracioacuten del pueblo araneacutes

Las aneacutecdotas que narran la historia del tuacutenel de Vielha desde su concepcioacuten hasta la terminacioacuten de la obra son quizaacutes las maacutes intensas y emocionantes de todos los tuacuteneles pirenaicos En el libro Memoria acerca del Valle de Araacuten escrito en 1878 por M Maacuterquez Peacuterez de Aguiar encontramos interesantes descripciones y referencias que dan una buena idea de la situacioacuten que viviacutea entonces el pueblo araneacutes

() Para penetrar este paiacutes forzoso es hacerlo por Francia puesto que por la peniacutensula es dificultoso y expuesto aacute desgracias en invierno

Las penurias del viaje quedan bien documentadas en el texto

() En el periacuteodo invernal los puertos y sus infernales caminos no ofrecen mas que hielos nieves charcos soledad tristeza desamparo y aacute mas de un viajero la muerteA medida que uno va internaacutendose en los puertos cre-cen las dificultades porque alliacute se acumulan inmensas capas de nieve que hacen perder todo rastro salvadorEn invierno es imprudente atravesar los puertos cau-sa dolor ver el servicio de correos por peatoacuten y ver la dotacioacuten miserable que reciben por su trabajo los encargados de aquelEl paso del puerto de Benasque es realmente imposible El de Viella ofrece tan triste celebridad como los anterio-res Solo hay pues dos viacuteas faacuteciles de entrada en el Valle de Araacuten a saber la del Pont du Roi y la del Portillon() Diacutecese en el paiacutes que cuando hay muchiacutesima nieve amontonada en determinados parajes es necesario evitar hablar en voz alta El viajero debe hacerse en-tender por sentildeas El eco algo fuerte de la voz produce desprendimientos y estos desgracias

En la eacutepoca de nieves la circulacioacuten de mercanciacuteas se hace poco menos que imposible y forzoso es acudir en demanda de artiacuteculos de primera necesidad a pueblos vecinos franceses

M Maacuterquez Peacuterez de Aguiar cita el Diccionario Geograacutefico de Pascual Madoz en el cual se cuenta que en 1843

() unos traficantes en ganado mular tuvieron la nece-sidad de pasar uno de los puertos El diacutea se presentaba claro y con un horizonte apacible No se notaba el menor indicio de tempestadCuando se hallaban en lo alto del puerto el sol se os-curecioacute cambioacute el tiempo y aacute pocos instantes sobrevino una fuertiacutesima nevadaNacioacute el riesgo tras de eacutel la fatiga y por uacuteltimo el des-aliento de los muleros Se presentoacute un fuerte torbellino que comprometioacute maacutes la situacioacuten de aquellos desgra-ciados y ya muy cerca de Tredoacutes tuvieron que abandonar las caballeriacuteasEra ya tarde Las fuerzas se habiacutean agotado el camino perdido se dispersaron en seguida y el resultado fue que cuatro murieron enterrados en la nieveEl otro compantildeero pudo ganar el pueblo al que llegoacute casi moribundo y habriacutea muerto de no acudir en so-corro suyo los caritativos vecinos de aquella humilde y honrada aldea

Maacuterquez continuacutea el capiacutetulo de forma auacuten maacutes expresiva

() iexclOh Los puertos de Bonaigua y Viella son los pasos terribles que encierran estadiacutesticas necroloacutegicas de las maacutes cruelesiexclCuantas veces marchando sobre aquellos oceacuteanos de

nieve y hielos dejamos bajo el peso de nuestras plan-tas el cadaacutever del amigo oacute compantildeero que habiendo acelerado el paso y adelantaacutendose demasiado cayoacute al suelo sepultaacutendose para no volver a aparecer

Raro es el invierno que no hay que lamentar desgracias

Por aquel entonces la explotacioacuten minera en la Val drsquoAran (hoy totalmente inexistente) habiacutea adquirido un auge importante se explotaban diversas minas de plomo zinc hierro y carboacuten Y en torno a estas actividades comenzaron a gestarse los planes de construccioacuten de una liacutenea feacuterrea desde Francia que permitiera la extraccioacuten del mineral de una forma maacutes eficiente ya que hasta entonces se habiacutea realizado mediante procedimientos muy rudimentarios

De forma natural e inevitable las tendencias de los habitantes del valle se inclinaban cada vez maacutes hacia el paiacutes vecino y esto se manifestaba en la actividad diaria en las relaciones entre pueblos y comunidades y en el propio dominio de la lengua francesa La Diputacioacuten a traveacutes de la Junta Central de Carre-teres emprende una poliacutetica de comunicaciones que llevariacutea la carretera a Tremp en 1884 a La Pobla de Segur en 1887 a Sort en 1891 de Vielha a Tredograves (como parte del proyecto de enlace con Esterri drsquoAacuteneu por el puerto de la Bonaigua) en 1910 a Esterri en 1920 a la Bonaigua en 1924 y al Pont de Suert en 1934

A comienzos del siglo XX la figura del candidato por el partido liberal Emili Riu i Periquet domina el escenario poliacutetico del distrito Sort-Vielha Riu consiguioacute en sucesivas elecciones representar en el Congreso Nacional a las dos comarcas y desde esta posicioacuten tratoacute de favorecer al territorio promoviendo una serie de proyectos que impulsariacutean la vida econoacutemica del Pallars y de la Val drsquoAran como la carretera de Sort a la Val por Esterri la liacutenea del Pallaresa o las centrales hidroeleacutectricas de la Val de Capdella

Naciacutea con fuerza la aspiracioacuten de comunicacioacuten constante y directa con el territorio espantildeol que tuvo como uno de sus primeros protagonistas al ingeniero Luiacutes Rouviere autor del proyecto del Ferrocarril de Lleida a Leacutes por la Noguera-Riba-gorccedilana presentado en el antildeo 1901 trabajo al que se dice consagroacute sus estudios su actividad y toda su fortuna

Sobre este proyecto escribe en 1902 el ingeniero militar Gimeacutenez Llena en un informe sobre ferrocarriles estrateacutegicos

ldquoEl estado debe poner todo su esfuerzo para que a toda costa y cualquiera que fuere el presupuesto_de cons-truccioacuten del tuacutenel que hubiera de atravesar el Pirineo se uniese por ferrocarril a Vielha con Leacuterida que seriacutea lo mismo que traer a la vida nacional a los espantildeoles del Valle de Araacuten con ello se obtiene la incorporacioacuten estable y permanente del Valle de Araacuten al resto de Es-pantildea y se dota a Espantildea del uacutenico ferrocarril ofensivo que pueda poseer en el Pirineo nuestra nacioacutenrdquo

A pesar de todo el proyecto fue archivadoMaacutes tarde entre 1909 y 1910 los 18 alcaldes (batlles) de

los municipios araneses desempolvan el documento y solicitan formalmente al Ministerio de Fomento la inclusioacuten del ferrocarril eleacutectrico de Lleida a Les por el Port de Vielha Esta vez el esfuerzo tampoco fue correspondido

Ya bajo el gobierno del Directorio Militar de Miguel Primo de Rivera en mayo de 1924 el rey Alfonso XIII concede a los alcaldes una entrevista en Barcelona la cual ellos ven como una gran oportunidad puesto que ademaacutes ya estaba prevista una pronta visita suya a la Val drsquoAran para inaugurar la recieacuten terminada carretera del Port de la Bonaigua

Los diacuteas 6 y 7 de julio Alfonso XIII visita la Val drsquoAran y los

Ing Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

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Historia

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araneses no titubean en pedir emotivamente la apertura de un paso practicable todo el antildeo El tuacutenel queremos el tuacutenel clamaban todos desde Tredograves hasta Pontaut El capellaacuten y poeta araneacutes Mossegraven Rafel Nart y el poliacutetico Eduardo Aunograves Peacuterez dedicaron un poema al tuacutenel manifestando la metaacutefora de una princesa encantada y un rey que la debiacutea desencantar

Condes de Saint Gironis y de ComingesQuisieron desposarlaSigue hermosa falaces le deciacuteanel curso de tus aguasastro de gloria alumbraraacute tu frentereina de la montantildeasy bella entre las bellas ricas floreshollaraacutes por alfombra de tus plantasNegoacutese la Princesa que se muerepor las brisas y caacutermenes de Espantildea

Esos ayes fatiacutedicos del vientoson tal vez los lamentos de las almasde pobres caminantes que perecen en los puertos de Vielha y de la Bonaigua

Si de Merliacuten el magocautiva ahora estaacutede Espantildea un rey famosola desencantaraacute

Y el muro de estos montes que van al firmamentoa contemplar soberbios de Dios el mismo asientoel maacutegico conjuro del rey perforaraacutey redimida entonces la gran tierra aranesadesde el balcoacuten sublime radiante la Princesalos caacutermenes de Espantildea por fin contemplaraacute

Sarraera Montardo y Furcanadagigantes de granito que vigilanlas fronteras sagradas de la patria

Subiendo por los montes soberanosen portentosa cuaacutedrigade invisibles caballos y velocescomo el viento veniacutea el Rey de EspantildeaSentildeor Rey los aranesesaunque humildes no son pariasa vuestros pies finojadaallaacute en el puerto de Vielhanecesito una ventanapara librarme del hambrey verme con mis hermanasRey Alfonso Rey Alfonsopor piedad esa ventanamirad el puerto de Vielhacon su corona de plataparece una flor de lisdel blasoacuten de vuestra casa

A la vez el Rey le responde

Princesa de este valle le deciacuteatendraacutes esa ventanaen el muro soberbio de tus montespara asomarte a Espantildea

Alfonso XIII puso su empentildeo en que la obra comenzara cuanto antes y el Directorio plasmoacute la idea con gran rapidez de tal suerte que en noviembre de 1925 fue adjudicada a la empresa de los hermanos Eduardo y Joseacute Segura con un presupuesto de 10693000 de pesetas y un compromiso de terminar la obra en 1930

Respecto a la adjudicacioacuten cabe destacar algunos aspectos importantes Cerca de la fecha de la celebracioacuten de la subasta ya se sospechaba que eacutesta seriacutea declarada desierta Los gran-des contratistas consideraban la obra muy difiacutecil o entendiacutean que el marco de beneficio que podriacutea reportar era insuficiente

Figura 1 El rey Alfonso XIII

Figura 2 Escenas de la visita del rey

El abogado y publicista Joseacute Bertrans Solsona en su libro Valle de Araacuten (Suiza Espantildeola) escrito en 1928 y conservado en el Musegraveu Etnologravegic dera Val drsquoAran narra con detalle muchos de los acontecimientos y vicisitudes que tuvieron lugar en torno al inicio de los trabajos de perforacioacuten del tuacutenel Respecto a la adjudicacioacuten de los trabajos de construccioacuten nos cuenta

() Nadie (los contratistas) pensaba en poner algo de su parte para secundar las nobles iniciativas y desve-los para dar realidad a lo que constituiacutea ya un anhelo nacional y prestigiosos araneses realizaban gestiones desesperadas para evitar el derrumbamiento de sus maacutes caras ilusiones porque si se declaraba desierta la subasta se aplazaba sine die la solucioacuten del problema

Cuenta Beltrans que el diputado provincial don Francisco Deoacute y Deoacute propuso a los hermanos Segura modestos contratistas si se comparan con las grandes sociedades dedicadas a esas industrias participar en la licitacioacuten Ellos despueacutes de pensarlo detenidamente consideraron factible la realizacioacuten del proyecto Aceptaron y finalmente el concurso les fue adjudicado como uacutenicos postores

No deja de resultar interesante el lenguaje de exaltacioacuten nacionalista utilizado por Beltrans quizaacutes impulsado entre otras cosas por el fervor ideoloacutegico de una Espantildea muy dividida poliacuteticamente Refirieacutendose a los contratistas Segura afirma

() despueacutes de meditar con gran detenimiento el pro y el contra que representaba la realizacioacuten del proyecto acaso superior a sus fuerzas inspirados por un opti-mismo que soacutelo puede engendrar el valor positivo de una raza que ha llegado a dominar el mundo con el desprecio maacutes absoluto de la resolucioacuten de los demaacutes firmaron el pliego de condiciones

Otro ejemplo curioso del muy personal trazo que el cronista da a su narracioacuten lo encontramos en el extracto del capiacutetulo en que describe la situacioacuten de los araneses los antildeos anteriores a la construccioacuten del tuacutenel

() Valedores que apoyaban sus justas pretensiones no faltaban a los sufridos araneses pero en aquellas eacutepocas Espantildea sufriacutea un tan gran desquiciamiento moral que ahogaba las justas necesidades con satisfacciones de insanos egoiacutesmos y bajas concupiscencias

El tuacutenel de Vielha ya para entonces llamado Tuacutenel Alfonso XIII tal como fue originalmente proyectado por la Jefatura de Ferrocarriles del Nordeste de Espantildea teniacutea un ancho a nivel de explanada de 390 metros y un gaacutelibo de 60 m dimensiones justas para el tren eleacutectrico de viacutea de un metro una longitud de 5240 m y una pendiente de cerca del 5 Teniacutea contemplado un apartadero de 250 metros a la mitad del tuacutenel para permitir el cruce de trenes

La perforacioacuten del tuacutenel comenzoacute en diciembre de 1926 paralelamente a la construccioacuten de la carretera de acceso de Vielha a la boca norte En aquel mismo antildeo se habiacutea decidi-do que el proyecto de ferrocarril por el valle de la Noguera Ribagorccedilana era inviable y que el problema de comunicacioacuten de la Val drsquoAran teniacutea que solucionarse con mayor rapidez El presupuesto fue asignado a carreteras a pesar de la inconfor-midad manifestada por los 18 alcaldes de la Val y de la peticioacuten hecha al rey de que ordenara devolver el citado presupuesto a ferrocarriles

1928 fue un antildeo importante para las obras del tuacutenel En primer lugar fue puesta en servicio la central del riacuteo Nere la

cual proporcionoacute energiacutea y luz a la construccioacuten Por otra parte en verano el ministro de gobernacioacuten General Martiacutenez Anido visitoacute las obras y decidioacute que el tuacutenel deberiacutea tener un ancho de calzada de siete metros con lo que quedoacute totalmente estable-cido que seriacutea destinado a carretera Probablemente la primera versioacuten del proyecto para carretera la del ingeniero Ramoacuten Martiacutenez de Velasco date de aquella eacutepoca Dicho proyecto fue reformado y convertido en definitivo por el ingeniero Felipe Cabredo Muro quien ademaacutes dirigioacute la obra hasta su final en 1948 junto con la importante ayuda y presencia fiacutesica en obras del ingeniero Juan Montantildeeacutes Pascual

Figura 3 Mapa de 1928 que ya incluye la ubicacioacuten del tuacutenel

Figura 4 Inicio de las obras en la boca norte

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Historia

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El clima social y poliacutetico de Espantildea a principios de la deacute-cada de los 30 no favorecioacute los trabajos de construccioacuten del tuacutenel En enero de 1933 ya instaurada la Segunda Repuacuteblica el Ministerio de Fomento suspendioacute los trabajos los cuales se retomaron en noviembre del mismo antildeo Maacutes tarde el comiteacute de trabajadores incautoacute las obras y poco despueacutes fue asesinado en Barcelona el contratista Joseacute Segura

Pasaron seis antildeos para que se reiniciaran los trabajos Esta vez ademaacutes de los obreros contratados se emplearon prisio-neros de la Guerra Civil En una entrevista para el perioacutedico

La Vanguardia el ingeniero Cabredo contaba

() Actualmente se cuenta con la colaboracioacuten de prisioneros de guerra facilitados por el Capitaacuten general de la Cuarta Regioacuten don Luis Orgaz que perciben el mismo jornal que los obreros libres El Estado se hace cargo del dinero que se distribuye dando una parte a la familia del prisionero y el resto en mejorar el trato de eacuteste

Fermiacuten Monge Busquet que para el antildeo 2000 teniacutea 84 antildeos y viviacutea en Aubert comenzoacute a trabajar en el tuacutenel de Vielha en 1931 con tan soacutelo 15 antildeos Eacutel cuenta que ldquoal principio abriacutea-mos el boquete a golpe de pico y maza ya que no habiacutea otras herramientas Yo era frenista es decir me ocupaba de sacar la piedra del tuacutenel con un convoy de 24 vagones que debiacutea ir fre-nando manualmente para que no cogiera velocidad y volcarardquo

La construccioacuten del tuacutenel de Vielha significoacute superar obstaacute-culos naturales mucho maacutes difiacuteciles y peligrosos que los que en un principio se habiacutea imaginado Ademaacutes de la dura excavacioacuten en caliza y granito se cruzaron tramos importantes de pizarra muy alterada y zonas de falla donde la roca estaba totalmente descompuesta En toda la longitud del tuacutenel el agua se filtraba en grandes torrentes y en una ocasioacuten los trabajadores del avance perforaron un manto freaacutetico lo cual causoacute un enorme caudal que se llevoacute consigo vagonetas herramientas vigas y todo lo que encontroacute a su paso Varios diacuteas despueacutes cuando se consiguioacute canalizar el agua por la galeriacutea de avance pasaba un caudal de 4000 litros por segundo En octubre de 1931 se produjo un gigantesco desprendimiento de arcillas barrosas que tuvo a los obreros trabajando en seis turnos diarios du-rante catorce meses para pasar la galeriacutea de avance un tramo de 200 metros soportando el terreno con elementos de gran resistencia

Antes de unir los dos frentes la galeriacutea de la boca norte alcanzoacute los 4500 metros de profundidad por lo que fue ne-cesario instalar potentes maacutequinas de extraccioacuten de aire a fin de que se pudiese trabajar dentro

En total se excavaron unos 350000 metros cuacutebicos de roca de revestimiento hecho de mamposteriacutea y hormigoacuten se cons-truyeron unos 125000 metros cuacutebicos se emplearon unas 200 toneladas de dinamita de alto rendimiento en ambas bocas se construyeron verdaderos pueblos para albergar a los obreros cuyo nuacutemero fluctuoacute entre 200 y 600 ademaacutes de sus familias

Figura 5 Traccioacuten animal al comienzo de las obras

Figura 6 Barrenadora empleada en la construccioacuten del tuacutenel

Figura 7 Primer coche que cruza el tuacutenel el del ingeniero Felipe Cabredo

Figura 8 Boca sur en los antildeos setenta

El 26 de enero de 1941 un diario de Barcelona publicaba la siguiente nota

En la tarde de ayer quedoacute totalmente perforado el tuacutenel que une el Valle de Aran con el resto de EspantildeaLeacuterida 25 (Exclusivo de Logon) ndash Esta tarde a las dos y quince minutos un poderoso barreno de dinamita ha hecho saltar el uacuteltimo diafragma rocoso que separaba a los obreros mineros que de una y otra parte trabajaban en la perforacioacuten del tuacutenel de Vielha

La coincidencia de los dos frentes de ataque habiacutea sido perfecta un diacutea antes se lanzoacute una sonda tubular que comproboacute la precisioacuten del trabajo que habiacutean realizado los ingenieros topoacutegrafos y a traveacutes de dicho tubo se establecioacute la primera conversacioacuten entre los trabajadores de ambos lados El viernes 25 hicieron explosioacuten los cartuchos que derribaron el delgado muro de granito en presencia del entonces ingeniero jefe de Obras Puacuteblicas de Leacuterida don Luis Saacutenchez Ocantildea el ingeniero director de las obras del tuacutenel don Felipe Cabredo Muro los contratistas y alto personal de las obras

() Espontaacuteneamente se ha proclamado la jornada de hoy diacutea de gran fiesta y araneses y ribagorzanos se han lanzado a las calles cubiertas por una importante capa de nieve y han organizado grandes comilonas conciertos vocales o instrumentales y otros festejos

Desde las montantildeas vinieron cortejos que precedidos por bandas de muacutesicos entraron al tuacutenel por ambas bocas se despacharon varios barriles de vino embuti-dos y demaacutes comestibles en medio de una gran alegriacuteaFermiacuten Monge recuerda ldquo() Yo debiacutea conducir los vagones que en esta ocasioacuten iban llenos de gente Pero ese diacutea me pusieron a repartir vino con un bocoy de 12 pellejos Todos veniacutean con cubos y vasijas para llevarse vino a casardquoFaltaron todaviacutea siete antildeos de trabajos de construccioacuten para que en 1948 pasaran los primeros vehiacuteculos La inauguracioacuten fue en el mes de mayo y a la celebracioacuten asistieron autoridades civiles y militares personal del Ministerio de Obras Puacuteblicas y el pueblo en general

El tuacutenel de Vielha-Alfonso XII no tuvo el aspecto que hoy en diacutea vemos hasta maacutes de 20 antildeos despueacutes luego de importantes trabajos de pavimentacioacuten impermeabilizacioacuten iluminacioacuten etceacutetera

Figura 9 Aspecto del interior del tuacutenel pocos antildeos despueacutes de su inauguracioacuten

Figura 10 Trabajos de impermeabilizacioacuten en los antildeos posteriores a la apertura

Un bocoy era un barril y un pellejo (de carboacuten) equivaliacutea a 60 litros

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Artiacuteculo

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Principales desafiacuteos en la excavacioacuten del bituacutenel para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Ing Jorge Antonio Pereyra Vargas Responsable de Ingenieriacutea

ICA ndash COTRISA

Ing Leonardo Guzmaacuten Leoacuten Director de Apoyo Teacutecnico en Puentes y Estructuras Especiales

Direccioacuten General de Carreteras SCT

El Tren Interurbano Meacutexico - Toluca seraacute un sistema de transporte moderno que conectaraacute de manera segura y eficiente el Valle de Toluca y la zona poniente de la Ciudad de Meacutexico atendiendo la problemaacutetica de conectividad y congestionamiento vial que se presenta entre estas dos zonas urbanas El recorrido de 58 km contaraacute con 6 estaciones dando servicio a 230 mil pasajeros por diacutea conectaacutendose con el sistema de transporte colectivo metro de la Ciudad de Meacutexico

El Tramo II de este proyecto se desarrolla en el poniente del Valle de Meacutexico en el liacutemite geograacutefico entre la alcaldiacutea Cuajimalpa de la Ciudad de Meacutexico y el municipio de Ocoyoacac en el Estado de Meacutexico para atravesar la Sierra de las Cruces se contempla la construccioacuten de un bituacutenel de 47 km de longitud a profundidades que van de los 15 a 136 m manteniendo en la mayor parte del recorrido una pendiente del 4 con un diaacutemetro de excavacioacuten de 856 m

Caracteriacutesticas de las maacutequinasPara la excavacioacuten de los tuacuteneles se uti-lizaron dos escudos de presioacuten de tierra convertibles (modo abierto ndash modo cerra-do) del fabricante alemaacuten Herrenknecht con las siguientes caracteriacutesticas

Diaacutemetro excavado 857 m

Longitud TBM 1200 m

Longitud Total con Tren de Servicio

13300 m

Peso total (TBM+Backup) 1500 Ton

Empuje maacuteximo 84235 kN

Potencia eleacutectricainstalada

5200 kW

Giro de la Rueda 0 a 42 rpm

Condiciones geoloacutegicas encontradas durante la construccioacutenLa geologiacutea de la regioacuten estaacute compuesta por derrames andesiacuteticos con diferentes tipos de alteracioacuten como cloritizacioacuten ar-gilitizacioacuten y oxidacioacuten brechas heterogeacute-neas tobas liacuteticas y de ceniza afectadas por muacuteltiples fallas geoloacutegicas y diversos sistemas de fracturamiento bajo el nivel freaacutetico se alcanzaron cargas hidrostaacuteticas de hasta 6 bares La disposicioacuten y propor-cioacuten de los materiales asiacute como sus nive-les de alteracioacuten se fueron afinando con la ampliacioacuten de la campantildea de exploracioacuten y en funcioacuten del registro realizado durante el seguimiento al proceso de la excavacioacuten y los frentes observados en las TBM Este seguimiento geoloacutegico tambieacuten permitioacute identificar sistemas de fracturamiento y fallas geoloacutegicas adicionales a las pro-yectadas inicialmente

Descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica

A continuacioacuten se presenta la descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica de los materiales observados durante la excavacioacuten de los tuacuteneles

Traquiandesita Roca de color gris os-curo de estructura compacta y textura microcristalina con tonalidades rosaacuteceas y rojizas constituidas por plagioclasa an-fiacuteboles y piroxenos embebidos en una matriz viacutetrea

Geoteacutecnicamente este material pre-senta en promedio para la roca intacta un peso volumeacutetrico de 2201 kgm3 un contenido de agua (w) de 166 una re-sistencia a la compresioacuten simple (RCS) 65 MPa un moacutedulo de deformabilidad (Et 50) de 13095 MPa y una resistencia

Figura 1 Alineamiento del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Figura 2 Ubicacioacuten del Bituacutenel

Figura 3 TBM iniciando excavacioacuten en Portal Oriente

Estado de Meacutexico

CDMX

Portal de entrada

A Meacutexico

A Toluca

Portal de salida

Eje de tuacutenel

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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generalmente es moderado la estructura de la roca es continua en la mayor parte del macizo rocoso con una resistencia a la compresioacuten simple de 90 MPa una densidad seca de 206 kgm3 un valor de cohesioacuten igual al de la roca sana (07 MPa) y un aacutengulo de friccioacuten de 47deg Sin embargo se observaron frentes altamente meteorizados con maacutes de la mitad de roca que lo conforma desintegrada pero con-servando su estructura original este hecho repercute directamente en la resistencia a la compresioacuten simple descendiendo a 7 MPa En los casos maacutes extremos este material se encuentra en la transicioacuten de una roca blanda y un suelo duro variando asiacute la calidad del macizo de acuerdo a la clasificacioacuten GSI de buena a muy mala

La argilitizacioacuten es otra alteracioacuten que ha afectado los derrames andesiacuteticos los cuales suelen presentar una coloracioacuten amarillenta a crema y un fuerte contenido de arcilla que condicionan la resistencia de la roca intacta a un valor maacuteximo me-dido de 35 MPa un moacutedulo de elasticidad promedio de 7334 MPa (menor del resto de rocas andesiacuteticas) cohesioacuten de 08 MPa un aacutengulo de friccioacuten de 42deg y una calidad de roca de acuerdo al GSI de mala a buena

La intensidad del fracturamiento y sus caracteriacutesticas aun para el mismo tipo de roca andesiacutetica y un mismo frente fue heterogeacutenea algunos frentes tuvieron un fracturamiento ligero con un RQD bueno planos rugosos cerrados y en otros ca-sos presentaron una muy mala calidad un fracturamiento intenso planos de frac-tura lisos-ligeramente rugosos abiertos (hasta 5 cm) rellenos de arcilla blanda RQD lt25

Brechas Brecha andesiacutetica grisaacutecea de alta a baja consolidacioacuten con zona delez-nables en presencia de agua clasificada como una para-brecha con una propor-cioacuten de matriz del 70-60 integrada por arenas limosas con pocos finos de baja plasticidad o arena con grava en ambos casos contienen una gran cantidad de graacutenulos y guijarros (02-6 cm) y bloques andesiacuteticos de alta resistencia y de 25 cm hasta 20 metros de longitudBrecha andesiacutetica oxidada la matriz estaacute formada por material areno-arcilloso color rojizo que sostiene fragmentos andesiacuteti-cos equivalentes al 10-20 del total de material existente en el frente de estos el 85 corresponde a andesita oxidada porosa de baja dureza y alta meteoriza-cioacuten de un tamantildeo variable entre 3-40 cm con una densidad seca de 204 kgm3 y una absorcioacuten de 37 el resto (15) son guijarros y bloques (6-40 cm) andesiacuteticos de textura porfiacutedica color gris-verdoso de moderada a baja dureza y meteorizacioacuten

andesiacuteticas poacutemez y cristales maacuteficos Al desintegrarse el material presenta una granulometriacutea areno-limosa y areno-ar-cillosa de baja plasticidad con un liacutemite liacutequido entre 17-35 pero que en ocasiones ha alcanzado los 60Toba liacutetica de tonalidad rosaacutecea parda en ocasiones con manchas rojizas de alta compacidad integrada por partiacuteculas del tamantildeo de arenas limos y en menor pro-porcioacuten arcillas de baja plasticidad liacutemite liacutequido entre 19-29 contiene fragmentos de distintos tipos de andesita y tobas muy consolidadas menores a 15 cm equiva-lentes al 5-10 del material presente en el frente

Desarrollo de la excavacioacuten para dis-tintas condiciones y problemaacuteticasDurante la excavacioacuten de los tuacuteneles en ocasiones se observaron frentes integra-dos por una uacutenica litologiacutea homogeacutenea aunque con variacioacuten de resistencia grado de meteorizacioacuten y en las condiciones de las discontinuidades (causado por fallas locales) en otros casos se tuvieron fren-tes mixtos formados por dos o maacutes tipos de rocas que a lo largo de la excavacioacuten modificaron de manera gradual o suacutebita-mente su proporcioacuten y distribucioacuten Las combinaciones de materiales maacutes comu-nes observadas fueron andesita sana y andesita oxidada andesita sana con aumento progresivo del grado de meteo-rizacioacuten andesita muy alterada y brecha con bloques andesita oxidada y brecha andesiacutetica con bloques y brecha con len-tes tobaacuteceos

La heterogeneidad geoloacutegica-geo-teacutecnica de los materiales y su reacutegimen estructural combinado con la alta presioacuten hidrostaacutetica y flujos importantes de agua generaron condiciones inusuales para el uso de una TBM del tipo EPB

Inicio de excavacioacuten en modo abierto

Para el inicio de la excavacioacuten las TBM se configuraron para trabajar en modo abier-to o tipo roca descargando el material excavado de las palas a la tolva central en esta configuracioacuten el mamparo de la caacutemara se encuentra abierto y no es posi-ble presurizar la caacutemara de excavacioacuten Al avanzar y encontrar en el frente un material de brecha de baja resistencia no permitioacute guiar las maacutequinas a fin de seguir el trazo principalmente impidiendo mantener el ali-neamiento vertical y alcanzar la pendiente ascendente del 4 Lo anterior se deriva de la interaccioacuten de la TBM con el terreno respecto al sistema de fuerzas que actuacutean al momento de la excavacioacuten Cuando la TBM en modo abierto se encuentra en el frente con un suelo o una roca blanda el

a la tensioacuten directa de 350 MPa Refe-rente al macizo rocoso los paraacutemetros de resistencia son aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten variables entre 48-59deg y 12-20 [MPa] respectivamente y una resistencia a la compresioacuten simple de 124 MPa por su parte los paraacutemetros de deformabi-lidad estimados fueron moacutedulo de de-formabilidad (E) de 7500-10584 MPa y una relacioacuten de Poisson de 026 a 03 La clasificacioacuten geomecaacutenica GSI varioacute de buena a regular calidad Derrames andesiacuteticos Integrados por rocas andesiacuteticas con diferentes tipos de alteracioacuten amplia variabilidad en la inten-sidad de fracturamiento caracterizacioacuten de discontinuidades resistencia y grado de meteorizacioacuten En su estado maacutes sano presenta una coloracioacuten gris obscuro y ligera alteracioacuten

Para la roca intacta se obtuvo un peso especiacutefico entre 204-268 kgm3 una re-sistencia a la compresioacuten simple de hasta 140 MPa (roca muy dura) una media del moacutedulo de elasticidad de 16900 MPa y una calidad del macizo rocoso general-mente buena con valores del aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten del macizo de 07 MPa y 54deg

La andesita afectada por oxidacioacuten exhibe ligeras tonalidades rojizas las cua-les se intensifican a medida que eacutesta se incrementa el grado de meteorizacioacuten

Figura 4 Andesita sana en el frente de excavacioacuten

Figura 6 Frente de excavacioacuten que muestra la Andesita fracturada

Figura 5 Andesita oxidada en el frente de excavacioacuten

Brecha de bloques con diferentes grados de oxidacioacuten moderada consolidacioacuten grano-soportada con un porcentaje ro-ca-matriz de 80-20 sin embargo en algunas zonas el porcentaje de matriz aumenta a un 65 y el grado de conso-lidacioacuten disminuye La matriz estaacute forma-da por material areno-arcilloso con zonas donde se incrementa la arcilla color cafeacute rojizo los fragmentos de roca en su mayo-riacutea corresponden a andesita gris (60) de alta dureza (50-100 MPa) sub esfeacutericos tabulares con caras lisas muy oxidadas de bordes sub-redondeados a angulosos de 5 a 50 cm de lado largo el 40 son frag-mentos de andesita oxidada de moderada dureza (25-50 MPa) sub-esfeacutericos con bordes sub redondeados que alcanzan tamantildeos meacutetricos En una determinada seccioacuten a lo largo de la excavacioacuten de los tuacuteneles se observoacute una brecha con caracteriacutesticas similares pero soldada cuyos rasgos de la matriz son un aacutengulo de friccioacuten entre 35-45deg una cohesioacuten de 005-025 MPa densidad de 195 kgm3 y una resistencia a la compresioacuten simple en promedio de 0025 MPa con bloques de resistencia no mayor a 80 MPa

Tobas Toba de ceniza color gris claro a blanquizco con tonalidades verdosas en menor proporcioacuten de color crema y amarillo contiene escasos fragmentos generalmente menores a 5 cm de rocas

terreno no ofrece la resistencia necesaria para desarrollar la fuerza suficiente en los cilindros de empuje Adicionalmente en un frente despresurizado la fuerza de contacto de la rueda de corte se concentra en el tercio inferior y en este tipo de ma-teriales blandos la resultante de la fuerza de contacto que se genera en la rueda de corte es demasiado baja y junto con la fuerza de friccioacuten y la fuerza de empuje generan un sistema de fuerzas que pro-duce un momento en sentido contrario al que se requiere para el direccionamiento ascendente del escudo Ademaacutes en estos primeros metros de material blando se presentaron flujos de agua que no era posible controlar con un frente abierto

Para corregir esta situacioacuten se realizoacute el cambio de configuracioacuten de la TBM pasando de modo abierto a modo cerra-do (EPB) lo que adiciona al sistema de fuerzas la presioacuten de frente y eleva la resultante de la fuerza de contacto en la rueda de corte permitiendo incrementar la magnitud del empuje de los cilindros y redistribuir la fuerza de friccioacuten alrededor del escudo desarrollando un par que pro-duce un momento resultante en el senti-do adecuado para guiar verticalmente el escudo en acenso tal como se muestra en la figura 8

Excavacioacuten de roca con EPB

La operacioacuten de la TBM en modo EPB totalmente cerrado en roca por lo general resulta en bajos iacutendices de excavacioacuten alto desgaste de la herramienta y posibles dantildeos en la cabeza de corte En este caso una de las claves para un desempentildeo exi-toso de las TBM fue una seleccioacuten adecua-da del modo de operacioacuten del escudo y el ajuste de los paraacutemetros de excavacioacuten en tiempo real en el sitio de trabajo Tambieacuten fue muy importante mantener un control

preciso de los paraacutemetros de acondicio-namiento del terreno y la apertura cierre de las puertas de tornillo para no generar licuefaccioacuten y controlar la extraccioacuten de rezaga a traveacutes del transportador de tor-nillo evitando derrames

Durante el proceso de excavacioacuten es muy importante que el material no salga demasiado fluido a traveacutes de las compuertas del tornillo transportador para evitar derrames de material en el aacuterea

Figura 7 Frente de excavacioacuten de Brecha con bloques

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de alimentacioacuten de segmentos ya que esto implica peacuterdidas de tiempo para la limpieza y una disminucioacuten notoria en la produccioacuten diaria Ademaacutes una rezaga fluida impide generar un tapoacuten en el tornillo transportador que se requiere para controlar la presioacuten de confinamiento en la caacutemara de excavacioacuten La experiencia adquirida en el proyecto demostroacute que hasta una presioacuten de agua subterraacutenea de 50 bar en la corona la TBM pudo funcionar como un EBP regular al aumentar la presioacuten de soporte y mantenerla por encima de la presioacuten hidrostaacutetica del suelo tanto en avance como durante la parada

El acondicionamiento del material ex-cavado durante largos tramos con altas presiones de agua subterraacutenea se rea-lizoacute con eacutexito principalmente mediante la inyeccioacuten de espuma El poliacutemero se inyectoacute a traveacutes de las liacuteneas del mamparo cuando se produciacutea una rezaga muy flui-da y el control de las puertas del tornillo transportador no era suficiente para evitar derrames Ademaacutes la inyeccioacuten de ben-tonita en el tornillo transportador demos-troacute su efectividad para lubricar y evitar el bloqueo del tornillo transportador Cuando fue necesario se realizoacute una inyeccioacuten de espuma de poliuretano alrededor de los anillos seleccionados para detener la recoleccioacuten y el flujo de agua generado desde el tuacutenel a lo largo del escudo hasta la caacutemara de excavacioacuten

El control de los paraacutemetros y el se-guimiento visual del material excavado directamente en la cinta transportadora ambos en tiempo real fueron esenciales para evaluar la geologiacutea el tamantildeo de las rocas y bloques y asiacute poder ajustar los paraacutemetros de excavacioacuten clave tales como la penetracioacuten el nivel de llenado de la caacutemara de excavacioacuten la energiacutea especiacutefica y la fuerza de contacto en la rueda de corte torque y velocidad de ro-tacioacuten Este procedimiento hizo posible un desempentildeo exitoso de las TBM duran-te los tramos en roca bajo presiones de agua subterraacutenea superiores a 4 bares El control de los paraacutemetros ya mencio-nados tambieacuten fue decisivo para evitar la acumulacioacuten de bloques de roca y material en la parte frontal de la cabeza de corte y para proteger las herramientas de corte contra sobrecargas y bloqueos

Cruce de la zona de artesianismo

Uno de los tramos particulares atravesa-dos durante la construccioacuten del Bituacutenel fue la denominada zona de artesianismo com-puesta por brechas blandas altamente meteorizadas deleznables en presencia de agua con una carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave y flujos de agua de alrededor de 60 lps en una longitud de 200 m En la

Figura 8 Modelos de fuerzas de operacioacuten de las TBMacutes

Figura 9 Salida de material fluido del tornillo sin fin

Figura 10 Perfil geoloacutegico de la zona de artesianismo

Figura 11 Tuacutenel convencional seccioacuten transversal y longitudinal

figura 10 se muestra el perfil geoloacutegico que indica esta zona

Dada la carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave asociada con la permeabilidad y tipo de material se preveiacutea una condicioacuten de frente inestable con flujos de agua de 60 lps o superiores que no permitiriacutea rea-lizar el protocolo de inspeccioacuten y cambio de herramientas de corte en condiciones atmosfeacutericas por lo que como primera medida preventiva se determinoacute que antes de entrar a esta zona deberiacutea realizarse un

parada de mantenimiento y remplazar toda la herramienta de corte por piezas nuevas Adicionalmente se realizoacute la planeacioacuten y previsiones necesarias para que en caso de fuera imprescindible se contara con todos los elementos necesarios para eje-cutar intervenciones hiperbaacutericas y mitigar los altos riesgos que conllevan para el personal

Durante la excavacioacuten se realizoacute un seguimiento en tiempo real de los paraacute-metros de operacioacuten acondicionamiento

FSF

FCilindrosFCW

REFILL

NATURAL GROUND

MO

DO

ABI

ERTO

MO

DO

CER

RAD

O (E

PB)

Nomenclatura

FEPB =FCW =FSF =FCilindros =

Presioacuten de frente Fuerza de rueda de corteFuerza de friccioacuten del escudo Fuerza de empuje

CW

X1

X2

X3

SHIELD

FUP

FC

FS

FSEGMENT

FSF

FSF

FCilindrosFCW

FEPBREFILL

NATURAL GROUND

CW

X1

X2

X3

FUP

FC

FSF

FSEGMENT

SHIELD

118

370

+3099962

ETAPAS DE EXCAVACIOacuteNGENERAL

581

INVERT(DESTROZA)

FASE 4

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 3

TUacuteN

EL IZ

QU

IER

DO

PK 3

8+16

901

6

TUacuteN

EL D

EREC

HO

PK 3

8+17

141

0

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 2

MEDIASERCCIOacuteNSUPERIOR(AVANCE)

4

118

370

581

485

035

300

040

3rdquo

3rdquo

3rdquo

300

100

300

2 3

1987654321 987654321 987654321

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Artiacuteculo

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y material extraiacutedo asiacute como un control preciso de la apertura y cierre de la com-puerta del tornillo transportador para la descarga del material a alta presioacuten En algunos casos extremos donde la pre-sioacuten superoacute los 7 bares se conectoacute una liacutenea (o dos) directamente al mamparo para usarla como drenaje tambieacuten se implementaron drenajes inmediatamen-te detraacutes de la tuneladora en la parte superior y en los lados de los anillos a fin de reducir la presioacuten hasta niveles manejables entre 40 y 60 bares

Las medidas y controles implemen-tados permitieron excavar 172 avances equivalentes a 268 m (TBM S-948) por la viacutea derecha y 162 avances (243 m) que representan una longitud de 243 con la TBM S-949 por la viacutea izquierda y asiacute cruzar la zona del artesianismo En ninguacuten caso hubo necesidad de realizar paradas para implementar el protocolo de inspeccioacuten yo cambio de herramien-tas de corte en condiciones hiperbaacuteri-cas que hubieran incurrido en riesgos altos costos y tiempos de ejecucioacuten adicionales Es de resaltar que a pesar de tenerse una presioacuten hidraacuteulica por en-cima de los 6 bares y en ocasiones de 7 bares en la clave representando una de las peores condiciones del proyecto se logroacute mantener una tasa de produccioacuten de 1063 mdiacutea

Excavacioacuten de tuacuteneles convencionales

Ante la previsioacuten de algunas condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas que se consideroacute podriacutean ser adversas para la excavacioacuten de los tuacuteneles con las TBM (comprometiendo el plazo de ejecucioacuten y ante la condicioacuten geoloacutegica de una material de toba sin presencia de agua subterraacutenea observada durante la cons-truccioacuten del portal de Toluca) se decidioacute atacar un tramo de los tuacuteneles en modo convencional por el Portal Poniente En la figura 11 se muestra el esquema cons-tructivo y el sostenimiento implementado

El proceso de excavacioacuten del tuacutenel convencional inicioacute con la colocacioacuten de un pre- sostenimiento mediante enfilaje frontal formado por 32 tubos de 4rdquo de diaacutemetro y 12 m de longitud traslapados 3 m y apoyados sobre la pantalla de pilas Una vez concluidos los enfilajes se construyoacute una viga de atado de con-creto reforzado con objeto de distribuir las posibles cargas del terreno una vez iniciada la excavacioacuten Posteriormente

se inicioacute con la excavacioacuten de los tuacutene-les convencionales en tres etapas con avances de 1 m en una longitud de 9 m cubiertos por el enfilaje en cada avan-ce de excavacioacuten se colocaron marcos metaacutelicos y concreto lanzado con fibras de acero Una vez concluidos los ciclos de 9 m de excavacioacuten bajo el primer enfilaje colocoacute el segundo enfilaje y se repitieron los ciclos de avance

Durante el proceso de excavacioacuten se instalaron secciones de convergencia en el interior del tuacutenel a fin de monito-rear el comportamiento deformacional Asimismo durante este seguimiento se establecioacute un plan de actuacioacuten para garantizar que durante el proceso de construccioacuten de los tuacuteneles los maacuterge-nes de seguridad se mantuvieran dentro de los umbrales adecuados

Una vez que las maacutequinas tunelado-ras estaban superando las condiciones maacutes difiacuteciles y despueacutes de revisar su rendimiento y produccioacuten respecto al rendimiento de excavacioacuten del meacutetodo convencional se determinoacute suspender esta uacuteltima habieacutendose ejecutado uacutenica-

mente 27 m en cada uno de los tuacutenelesConcluidos los trabajos del tuacutenel

convencional y mecanizado se realizoacute el tratamiento a la transicioacuten entre am-bos revestimientos a fin de garantizar la unioacuten de dichas estructuras Estos tra-bajos consistieron en la colocacioacuten del sistema de impermeabilizacioacuten y concre-to lanzado en la zona de los hastiales y clave y en la zona de batea se realizoacute una inyeccioacuten de mortero

Salida de las TBM

Despueacutes de 19 meses de superar di-ferentes desafiacuteos las maacutequinas tunela-doras concluyeron su trabajo de forma exitosa incluyendo su salida por los tuacuteneles convencionales del Portal Po-niente como se muestra en las siguientes imaacutegenes

Microtuneleo con TBM Hincado de tuberiacutea (pipe Jacking)

Construccioacuten de tuacuteneles con dovelasRehabilitacioacuten de tuberiacuteas

Tablestacado metaacutelico Muro Milaacuten

(+52 55) 5207 3068 wwwbessaccommx

Tecnologiacutea de vanguardiaen obras subterraacuteneas

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

ANUNCIO_BESSAC_V2_printpdf 2 28617 1103 Pablo Miranda S Figura 12 Seguimiento y medicioacuten de seccioacuten de convergencia

Figura 14 Salida TBM S949 en viacutea izquierda

Figura 13 Salida TBM S948 en viacutea derecha

Instrumento NIVEL AVISO NIVEL DE ALARMANIVEL DE ALERTA

Dianas reflectantes ge 12 mm y lt 18 mm ge 18 mmlt 12 mm

V gt 10 mm diacutea

V = 5 - 10 mm diacutea

V = 1 - 5 mm diacutea

V = 05 - 1 mm diacutea

V = 005 - 05 mm diacutea

V lt 005 mm diacutea

Extremadamente Grande

Muy Grande

Grande - Media

Media - Pequentildea

Pequentildea

Despreciable

Refuerzo inmediato del sostenimiento

Si se mantiene durante dos diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Si se mantiene durante cuatro diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Ninguna

Ninguna

Ninguna

20

15

10

5

-5

-10

-15

-207818 10818 13818 16818 19818 22818 25818

Graacutefica de convergencias Tuacutenel convncional viacutea derecha (TBM S-948) Seccioacuten 36+17100

28818 31818 3918 6918 9918 12918 15918 18918 21918

1-35-14-23-53-42-3NIVEL DE ALERTA SUPERIORNIVEL DE ALERTA INFERIORNIVEL DE ALARMA SUPERIORNIVEL DE ALARMA INFERIOR

Con

verg

enci

a (m

m)

0

ActuacioacutenClase

PLAN DE ACTUACIOacuteN

Velocidad de Deformacioacuten

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Artiacuteculo

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Los tuacuteneles del TIMT excavados con maacutequinas tuneladoras tipo EPB enfrentaron una importante cantidad de riesgos que pusieron al liacutemite las capacidades de esta tecnologiacutea Las dificultades se relacionaron con aspectos geoloacutegicos geoteacutecnicos y geohidroloacutegicos principalmente por la presencia de medios heterogeacuteneos y cambiantes en combinacioacuten con elevados flujos de agua que alcanzaron presiones cercanas a los 7 bares El control y ajuste de la operacioacuten de los escudos a partir del seguimiento de las condiciones encontradas durante el avance permitioacute hacer frente de forma exitosa dichos riesgosComo complemento al artiacuteculo anterior en este artiacuteculo se presentan algunas de las situaciones criacuteticas por las que atravesoacute la excavacioacuten de los tuacuteneles del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Marc CoMuLadaMTC Maidl TunnelconsultantsGoethestr 74 Munich Germanymcomuladamaidl-tcde

Puntos clave

bull Durante la construccioacuten se presentaron cambios suacutebitos en las condiciones hidrogeoloacutegicas pasando de zonas im-permeables y secas a frentes con elevados flujos de agua

bull Se llegaron a presentar presiones de agua con maacuteximos de hasta 62 bar y en tramos largos con presiones de hasta 5 bar

Durante la exploracioacuten se perforaron 37 sondeos para ensayos de permeabilidad en los que se realizaron 158 ensayos ob-teniendo valores promedio comprendidos entre kf= 135x10-6 ms y kf = 995 x10-8 ms Estos valores en suelos representan permeabilidades medias a bajas No obstante en roca fractu-rada y en los tramos de macizo rocoso de muy mala calidad y frentes mixtos heterogeacuteneos que incluiacutean la presencia de suelos se registraron flujos muy elevados de agua que llegaron en algunos casos a valores comprendidos entre 2 a 5 m3min

Principales riesgos para la operacioacuten de los escudos EPB

Debido a condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas extremas en ocasiones se alcanzaron los liacutemites de aplicabilidad de los escudos EPB A continuacioacuten se explican los principales riesgos encontrados y la manera en que se les hizo frente Figura 1 Frente mixto con presencia de roca y suelos

Figura 2 Bloques sobresaliendo del frente de excavacioacuten

a) Sobrecarga y dantildeos en las herramientas de corte en frentes mixtos y con bloques de roca

Los discos instalados en la rueda de corte son los encargados de romper la roca que se encuentra en el frente mediante la presioacuten de contacto que produce el empuje de la tuneladora Cuanto mayor es la resistencia a compresioacuten y tensioacuten de la roca mayor es la fuerza de contacto necesaria para romperla

El riesgo de sobrecarga de los discos de corte ocurre es-pecialmente en frentes mixtos compuestos de suelos y roca (Figura 1) y tambieacuten ante la presencia de bloques que se forman en los frentes de roca fracturada (Figura 2)

La sobrecarga de los discos se produce por el hecho de que en frentes mixtos la fuerza de empuje no se distribuye uniformemente en todos los discos de la rueda de corte sino

Figura 3 Dantildeos tiacutepicos en los discos resultado de sobrecargas e impactos

que se concentra en los discos en contacto con la roca presente soacutelo en una parte del frente El mismo fenoacutemeno ocurre cuando existen bloques de roca que sobresalen en el frente

Ademaacutes de la sobrecarga de los discos de corte con la rotacioacuten de la rueda de corte la presencia de bloques o de zonas de materiales de resistencia distinta en el frente causa impactos en los discos que pueden producir su dantildeo yo rotura

En los tuacuteneles del TIMT a pesar de llevar un control sobre la fuerza de contacto transmitida a los discos de corte las condiciones cambiantes y heterogeacuteneas del frente produjeron numerosos dantildeos y bloqueos en ellos En estas condiciones los discos de corte afectados ya no pueden ejercer su funcioacuten y si no se lleva a cabo un cambio oportuno se produce un efecto en cadena que en pocos metros de excavacioacuten puede resultar en una cantidad muy elevada de elementos dantildeados o incluso en dantildeos en la estructura de acero de la rueda de corte

Las medidas adoptadas para minimizar estos riesgos fueron

bull Instalacioacuten de un detector de metales en la banda trans-portadora con el fin de identificar partes de discos de corte desprendidas por el dantildeo en los mismos

bull Control visual de la rezaga en la banda transportadora con objeto de identificar la presencia de mayor o menor porcentaje de roca y su calidad en base a la cantidad y tamantildeo de los fragmentos

bull Ajuste de los paraacutemetros de operacioacuten (penetracioacuten revo-luciones de giro de la rueda de corte y fuerza de contacto)

b) Fallas geoloacutegicas

Durante la excavacioacuten de los tuacuteneles se atravesaron muacuteltiples fallas geoloacutegicas caracterizadas por discontinuidades de varios centiacutemetros de abertura varias de las cuales se encontraron de forma inesperada (Figura 4) En estas condiciones los escudos no pueden trabajar en condiciones presurizadas Ello impide el adecuado acondicionamiento de la rezaga con espumas pues al inyectarlas se escapan por las discontinuidades y no se mezclan con la rezaga Ademaacutes por el mismo motivo la inyeccioacuten de mortero que se realiza en el extradoacutes de los anillos de dovelas no puede llevarse a cabo de forma eficaz Una inadecuada inyeccioacuten de mortero en el extradoacutes de las

Figura 4 Discontinuidad encontrada en el TIMT Izquierda vista en direccioacuten contraria al avance de la tuneladora derecha vista del frente de excavacioacuten

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Artiacuteculo

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muestran las presiones en distintos niveles de la caacutemara de excavacioacuten) La consistencia de la rezaga se consiguioacute controlar de tal forma que se formoacute un sello en el tornillo sinfiacuten que permitiacutea controlar las presiones en la caacutemara de excavacioacuten sin peacuterdidas de presioacuten

bull Acondicionamiento del terreno mediante la inyeccioacuten combinada de espumas poliacutemeros y suspensiones de bentonita (esquema en la Figura 7) La Figura 8 muestra el aspecto de la rezaga con una consistencia plaacutestica sin derrames descontrolados trabajando con presiones EPB de 4 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 5 Fluidificacioacuten de la rezaga por presencia de flujos elevados de agua (arriba) y desborde de la banda transportadora (parte superior izquierda) con el consecuente derrame de rezaga en la parte inferior del escudo (parte inferior derecha)

Figura 6 Presiones de operacioacuten en la caacutemara de excavacioacuten (PT1 a PT6) y formacioacuten de un sello en el sinfiacuten Figura 9 Esquema de las campantildeas de reinyecciones para reducir los flujos de agua provenientes de la parte trasera del escudo

Figura 7 Esquema de acondicionamiento en combinacioacuten con la inyeccioacuten de aire comprimido en condiciones de elevadas presiones de agua

Figura 8 Extraccioacuten controlada de rezaga plaacutestica por el tornillo sinfiacuten con material acondicionado formando un sello en el sinfiacuten con una presioacuten EPB de 4 a 5 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 10 Intervencioacuten en la caacutemara excavacioacuten en condiciones atmosfeacutericas mediante inyecciones en el extradoacutes del escudo

d) Intervenciones en la rueda de corte con elevados flujos de agua en roca fracturada

En los tramos de roca con mayores iacutendices de meteorizacioacuten y fracturamiento y elevadas presiones y flujos de agua suele ser demasiado arriesgado y de hecho praacutecticamente imposible llevar a cabo intervenciones en la rueda de corte en condi-ciones hiperbaacutericas para la revisioacuten de herramientas Por lo tanto el acceso a la caacutemara de excavacioacuten soacutelo era posible en condiciones atmosfeacutericas En estas condiciones con elevados flujos de agua fluyendo hacia la caacutemara de excavacioacuten tanto desde el frente de excavacioacuten como desde la zona trasera del escudo el trabajo de revisioacuten y cambio de herramientas no solo es peligroso sino tambieacuten muy laborioso y lento

Dado que los flujos desde el frente soacutelo se pueden evitar mediante equipos de sondeo y preinyeccioacuten hacia adelante (cuya implementacioacuten no es viable en la cantidad necesaria en escudos EPB) soacutelo es posible reducir o eliminar los flujos de agua que provienen de la parte trasera del escudo En este caso para lograrlo se llevaron a cabo inyecciones combinadas de mortero mezclas de lodo-cemento y espumas de poliuretano a traveacutes de los anillos de dovelas a fin de bloquear el paso de agua (Figuras 9 y 10)

dovelas provoca deformaciones no deseadas del revestimiento de dovelas debido a la falta de confinamiento de los anillos

c) Elevados flujos de agua y fluidificacioacuten de la rezaga

En la excavacioacuten de tuacuteneles con maacutequinas EPB es importante tener bajo control la consistencia del material de rezaga En el caso del TIMT los elevados flujos de agua encontrados se mezclaban con la rezaga fluidificaacutendola en exceso Una rezaga demasiado liacutequida causa varios problemas como son

bull Imposibilidad de controlar las presiones EPB debido a que el material en la caacutemara de excavacioacuten es demasiado liacutequido para permitir una transmisioacuten de presiones al frente de excavacioacuten Sin un control activo de presiones EPB no es posible contrarrestar la presioacuten de agua actuante y ademaacutes existe el riesgo de sobreexcavacioacuten

bull Sin un control activo sobre la presioacuten del material de rezaga en la caacutemara de excavacioacuten se producen expulsiones descontroladas a presioacuten por el tornillo sinfiacuten que impiden un avance continuo del escudo que debe interrumpirse continuamente y ademaacutes provocan el desborde de ma-terial extraiacutedo en la banda transportadora El desborde de rezaga causa largos tiempos de parada para limpiar la zona inferior del escudo donde deben instalarse las dovelas debido a la acumulacioacuten de material

bull El transporte del material de rezaga hacia el vertedero se torna muy lento ya que los camiones no pueden llenarse

Durante la obra algunos tramos largos tuvieron que excavarse en estas difiacuteciles condiciones La Figura 5 ilustra fotografiacuteas de la fluidificacioacuten de la rezaga

Con objeto de reducir los flujos de agua del terreno hacia la caacutemara de excavacioacuten se llevaron a cabo las siguientes medidas

bull Aumento de la presioacuten en la caacutemara de excavacioacuten con la ayuda de aire comprimido con objeto de mantenerla por encima de la hidrostaacutetica Esto permitioacute avanzar el escudo con hasta 50 bar de presioacuten en la caacutemara de forma continua y sin interrupciones tal como muestran las lecturas de presiones en la Figura 6 (las liacuteneas PT1 a PT6

Acondicionamiento con espumas y suspensioacuten de bentonita en la rueda de corteInyecciones de suspensioacuten de bentonita en el tornillo sinfiacutenInyeccioacuten de poliacutemero a traveacutes del mamparo estancoInyeccioacuten de espumas en la caacutemara de excavacioacuten

Air

2

2

1

1

3

3

4

4

000

500

1000000

200

400

600

000

1000

2000

[rpm

]

[bar

] [bar]

[]

[bar]

1550

Revoluciones SinfinPT2 PT3 PT4 PT5 PT6PT1 Presioacuten Agua Terreno

1555 1600 1605 1610 1615 1620 1625

Maidl Tunnelconsultants GmbH amp Co KGLlenado CaacutemaraPresioacuten SinfinPT Atras Sinfin

1 2 3 4 5 6 987 161514131211

Reinjection of grout+

Polyiurethane foam injections

Injection of hardening mud+

Polyiurethane foam injectionsTestigo de inyeccioacuten

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Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

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La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

30 31

Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

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Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

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34 35

Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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36 37

Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

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71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

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40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

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08 12 16 2

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P(Fslt1)=085

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0 08060402 1

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ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

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Estimados lectores

Eacuteste es el primer nuacutemero de Obras Subterraacuteneas publicado bajo la direccioacuten del nuevo Co-

miteacute Editorial Los miembros del XVI Consejo Directivo llevamos ya siete meses trabajando

con mucho empentildeo en el ambicioso proyecto de asociacioacuten que presentamos el diacutea de

nuestro nombramiento Uno de los objetivos primordiales de esta revista es dotarla de

un alto nivel teacutecnico y convertirla en un referente en el medio de la ingenieriacutea de habla

hispana Para lograrlo es nuestra labor contactar expertos de todo el mundo e invitarlos

a que contribuyan con artiacuteculos originales y de relevancia asiacute como involucrar maacutes a los

especialistas mexicanos invitaacutendolos a participar con sus mejores trabajos

En cuanto a nuestra liacutenea editorial seraacute siempre de gran importancia incluir ademaacutes

de temas teacutecnicos todo lo relacionado con la historia la cultura y el arte en torno a las

obras subterraacuteneas por lo que continuaremos investigando y publicando al respecto

Nos es muy grato anunciarles que el diacutea 10 de enero entregamos a la ITA nuestra

propuesta oficial para la candidatura del Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 (WTC 2022)

de salir ganadores este tendraacute lugar del 22 al 27 de abril en la ciudad de Cancuacuten La can-

didatura seraacute presentada en mayo durante el congreso de Naacutepoles Esperamos ganar y

de hacerlo extendemos una cordial invitacioacuten a todos los miembros de AMITOS a sumarse

a este gran proyecto

Por uacuteltimo queremos compartirles que somos conscientes de que nuestro paiacutes atra-

viesa por momentos poliacuteticos econoacutemicos y sociales complejos y que debemos unir fuer-

zas para mejorar y robustecer a nuestra industria tunelera Sobra decir que el panorama

de las obras puacuteblicas y en particular aquellas que nos incluyen por el momento no luce

muy esperanzador por eso hoy maacutes que nunca es fundamental promover a nuestro

gremio y transmitir la gran importancia que

tienen las obras subterraacuteneas en el desarrollo

de cualquier sociedad moderna y sustentable

Iacutendice

Octubre-diciembre 2018Antildeo 6 No 23

Dr Humberto Juan Francisco Marengo Mogolloacuten 2Semblanza

43Actividades

Ing Leonardo Guzmaacuten LeoacutenIng Rauacutel Loacutepez RoldaacutenIng Manuel Loacutepez Portillo VerdugoMI J Francisco Suaacuterez FinoMI Fermiacuten Saacutenchez ReyesMI Juan Pauliacuten AguirreArq Carlos F Frutos GarmendiaDr Oriol Arnau DelgadoMI Joseacute Anselmo Peacuterez ReyesMI Armando Raacutebago MartiacutenMI Jorge Loacutepez Molina

Editorial

Derechos de autor y conexosOBRAS SUBTERRAacuteNEAS Antildeo 6 No 23 OCTUBRE - DICIEMBRE de 2018 es una publicacioacuten trimestral editada y distribuida por la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC Camino a Santa Teresa 187 Col Parques del Pedregal Delegacioacuten Tlalpan CP 14010 Tel 52 (55) 5528 3611 AMITOS amitosamitosorg

Editor responsable Fermiacuten Saacutenchez Reyes Reserva de Derechos al Uso Exclusivo No 04 - 2014 - 110510341700 - 102 ISSN 2007-7351 ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor Certificado de Licitud de Tiacutetulo y Contenido No 16174 otorgado por la Comisioacuten Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretariacutea de Gobernacioacuten Impresa por Ideas Xantusii SC Este nuacutemero se terminoacute de imprimir el 27 de febrero de 2019 con un tiraje de 1000 ejemplares

Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicacioacuten

Queda estrictamente prohibida la reproduccioacuten total o parcial de los contenidos e imaacutegenes de la publicacioacuten sin previa autorizacioacuten fehaciente de los autores

DirectorioCONSEJO EDITORIAL

EDICIOacuteN DISENtildeO E IMPRESIOacuteN

VICEPRESIDENTE DE COMITEacuteS TEacuteCNICOSIng Jorge Armando Raacutebago Martiacuten

XVI CONSEJO DIRECTIVO

PRESIDENTEMI Fermiacuten A Saacutenchez Reyes

SECRETARIOIng Leonardo Guzmaacuten Leoacuten

TESOREROIng Mario A Torres Reyes

VICEPRESIDENTE DE CURSOS Y CONGRESOSMI Carlos A Ramiacuterez de Arellano de la Pentildea

VICEPRESIDENTE DE CONFERENCIAS Y PUBLICACIONESMI Joseacute Anselmo Peacuterez ReyesVICEPRESIDENTE DE BANCO DE DATOS BIBLIOTECA Y REVISTAArq Carlos F Frutos GarmendiaVICEPRESIDENTE GRUPO DE INGENIEROS JOacuteVENESMI Jorge Loacutepez Molina

Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas A CCamino a Santa Teresa 187 Col Parques del Pedregal 14010 Meacutexico CDMX wwwamitosorg amitosamitosorg La redaccioacuten y el contenido de los artiacuteculos son responsabilidad de los autores

32Agenda

Fotografiacutea Acervo SCT

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HistoriaTuacutenel de Vielha

Principales desafiacuteos en la excavacioacuten del bituacutenel para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Gestioacuten innovadora de dateo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacutensegura en tuacuteneles

Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

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Artiacuteculos Teacutecnicos10

MI Fermiacuten A Saacutenchez ReyesDirector Ejecutivo XVI Consejo de Directores

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SEMBLANZA

Dr Humberto Juan Francisco Marengo MogolloacutenHumberto Juan Francisco Marengo Mogolloacuten es Doctor en Ingenieriacutea Civil con especialidad en Hidraacuteulica por la Facultad de Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico Actualmente es profesor del Instituto Politeacutecnico Nacional y de la Facultad de Ingenieriacutea de la UNAM donde ha prestado sus servicios de 1985 hasta la fecha Fue fundador de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Hidraacuteulica en la Universidad Juaacuterez Autoacutenoma de Tabasco donde se desempentildeoacute como profesor e investigador de 1978 a 1980 Tambieacuten ha sido catedraacutetico de la Universidad Iberoamericana del Instituto Tecnoloacutegico Regional de Villahermosa del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Monterrey (Unidad Chiapas) y de la Universidad Autoacutenoma de Chiapas Con motivo del trabajo de docencia e investigacioacuten aplicada en la ingenieriacutea civil fue distinguido por el CONACYT como Investigador Nacional Nivel I posicioacuten que ocupa desde 1998 a la fecha

Su trayectoria profesional comenzoacute en el antildeo 1974 en CIEPS Ingenieros Consultores y Proyectistas como disentildeador de obras hidraacuteulicas En el antildeo 1980 comenzariacutea su colaboracioacuten con la Comisioacuten Federal de Electricidad interviniendo en Chiapas en el disentildeo y construccioacuten de los proyectos hidroeleacutectricos Chicoaseacuten Pentildeitas y Temascal Ampliacioacuten Durante el periodo de 1984 a 1996 ocupoacute los cargos de Auxiliar Teacutecnico Jefe de la Disciplina de Normalizacioacuten y Proyectos Especiales y Jefe de Proyecto teniendo bajo su responsabilidad los proyectos de Temascal Ampliacioacuten (Oaxaca) Agua Prieta (Jalisco) y Zimapaacuten (Hidalgo) De 1996 al 2002 ocupoacute el cargo de Gerente Teacutecnico de Proyectos Hidroeleacutectricos en CFE y a partir del antildeo 2003 y hasta marzo de 2014 ocupoacute el puesto de Coordinador de Proyectos Hidroeleacutectricos teniendo bajo su responsabilidad la planeacioacuten disentildeo y construccioacuten de los proyectos hidroeleacutectricos que la CFE desarrolloacute en Meacutexico y el extranjero en los uacuteltimos 20 antildeos Del 2014 al 2015 ocupoacute el cargo de Subdirector de Proyectos y Construccioacuten teniendo bajo su responsabilidad el disentildeo y construccioacuten de toda la infraestructura eleacutectrica que implementoacute la Comisioacuten Federal de Electricidad en el paiacutes

A lo largo de 35 antildeos de trayectoria en la Comisioacuten Federal de Electricidad y 45 como ingeniero civil ha ganado el prestigio y reconocimiento de nuestro gremio por su destacada praacutectica profesional sustentada en una soacutelida preparacioacuten acadeacutemica y una tenacidad a toda prueba que le ha llevado a impulsar y participar de forma decidida en el desarrollo de grandes obras de infraestructura como presas proyectos hidroeleacutectricos y de infraestructura eleacutectrica que hacen posible el desarrollo nacional y propician beneficios sociales trascendentes ademaacutes de transmitir sus conocimientos a diversas generaciones de alumnos tanto en el nivel profesional como en el de posgrado Fue aceptado como acadeacutemico titular por la Academia Mexicana de Ingenieriacutea en 1998 y forma parte de la Academia Mexicana de Ciencias desde 1999

Gremialmente se ha desempentildeado como director de confe-rencias y publicaciones de la Asociacioacuten Mexicana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas como Vicepresidente de la Sociedad Internacional de Presas de Enrocamiento con Cara de Con-creto como Vicepresidente del CICM como Presidente de la Asociacioacuten Mexicana de Hidraacuteulica y como Vicepresidente de la Academia de Ingenieriacutea para el periodo 2010-2012 y Presidente de la misma en el periodo 2012-2014 Dentro de la organizacioacuten del ICOLD (con sede en Paris Francia) ha sido nombrado desde 2010 parte integrante de los comiteacutes ldquoHydraulics for Damsrdquo y ldquoFlood Evaluation and Dam Safetyrdquo y desde 2015 dicha orga-nizacioacuten lo ha nombrado presidente para las Ameacutericas (INCA)

A raiacutez de su retiro de la CFE se ha dedicado a la Consultoriacutea en el extranjero La Compantildeiacutea Eleacutectrica del Ecuador (CELEC) lo ha nombrado Consultor General Especialista en los proyectos Coca-Codo Sinclair Quijos Abitagua Alto Guayllabamba Toachi Pilatoacuten Delsitanisagua y Mazar-Dudas Lombardi Engeenering Ltd lo ha nombrado Consultor Especialista en Presas de Enro-camiento con Cara de Concreto para los proyectos Chagla en Peruacute y Tepomaacuten Recientemente (2017-2018) la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial (WMO) lo ha nombrado como Consultor Especialista en presas y temas afines laborando con la CONA-GUA en diversos temas de seguridad y construccioacuten de presas y sedimentacioacuten mientras que la organizacioacuten encargada de la construccioacuten del Nuevo Aeropuerto de la Ciudad de Meacutexico (2018) lo nombroacute Consultor Especialista en materia de hidraacuteulica e hidrologiacutea para las obras de drenaje de dicho proyecto

TUacuteNELESE N M Eacute X I C O

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS AC

$100000 MN

Cuota de recuperacioacuten por ejemplar

AMITOS Tel (+52 55) 5528 3611

Informacioacuten

Mejor libro del antildeo de Ingenieriacutea Civil

Premio Javier Barros Sierra

2013

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Historia

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El tuacutenel de Vielha fue inaugurado en mayo de 1948 a casi 22 antildeos de haberse iniciado su construccioacuten 47 antildeos despueacutes de la presentacioacuten de la primera versioacuten del proyecto (concebido originalmente para ferrocarril) y luego de una larguiacutesima historia de aislamiento y olvido del pueblo araneacutes cercado desde siempre por la barrera pirenaica y de espaldas a su propia nacioacutenHacia la segunda mitad del siglo XIX las uacutenicas salidas de la Val drsquoAran hacia Espantildea eran dos rupestres caminos de herradura que cruzaban por los puertos de La Bonaigua al Pallars Sobiragrave y de Vielha a la Alta Ribagorccedila los cuales se bloqueaban por las nieves durante buena parte del antildeo y que para aquel entonces comenzaron a resultar insuficientes para el desarrollo comercial e industrial de la eacutepoca Las necesidades de comunicacioacuten entre pueblos cada vez maacutes acentuadas y las naturales ansias de modernizacioacuten de los habitantes del valle haciacutean imprescindible una pronta solucioacuten a tan terrible aislamiento

El Tuacutenel de VielhaLa gran aspiracioacuten del pueblo araneacutes

Las aneacutecdotas que narran la historia del tuacutenel de Vielha desde su concepcioacuten hasta la terminacioacuten de la obra son quizaacutes las maacutes intensas y emocionantes de todos los tuacuteneles pirenaicos En el libro Memoria acerca del Valle de Araacuten escrito en 1878 por M Maacuterquez Peacuterez de Aguiar encontramos interesantes descripciones y referencias que dan una buena idea de la situacioacuten que viviacutea entonces el pueblo araneacutes

() Para penetrar este paiacutes forzoso es hacerlo por Francia puesto que por la peniacutensula es dificultoso y expuesto aacute desgracias en invierno

Las penurias del viaje quedan bien documentadas en el texto

() En el periacuteodo invernal los puertos y sus infernales caminos no ofrecen mas que hielos nieves charcos soledad tristeza desamparo y aacute mas de un viajero la muerteA medida que uno va internaacutendose en los puertos cre-cen las dificultades porque alliacute se acumulan inmensas capas de nieve que hacen perder todo rastro salvadorEn invierno es imprudente atravesar los puertos cau-sa dolor ver el servicio de correos por peatoacuten y ver la dotacioacuten miserable que reciben por su trabajo los encargados de aquelEl paso del puerto de Benasque es realmente imposible El de Viella ofrece tan triste celebridad como los anterio-res Solo hay pues dos viacuteas faacuteciles de entrada en el Valle de Araacuten a saber la del Pont du Roi y la del Portillon() Diacutecese en el paiacutes que cuando hay muchiacutesima nieve amontonada en determinados parajes es necesario evitar hablar en voz alta El viajero debe hacerse en-tender por sentildeas El eco algo fuerte de la voz produce desprendimientos y estos desgracias

En la eacutepoca de nieves la circulacioacuten de mercanciacuteas se hace poco menos que imposible y forzoso es acudir en demanda de artiacuteculos de primera necesidad a pueblos vecinos franceses

M Maacuterquez Peacuterez de Aguiar cita el Diccionario Geograacutefico de Pascual Madoz en el cual se cuenta que en 1843

() unos traficantes en ganado mular tuvieron la nece-sidad de pasar uno de los puertos El diacutea se presentaba claro y con un horizonte apacible No se notaba el menor indicio de tempestadCuando se hallaban en lo alto del puerto el sol se os-curecioacute cambioacute el tiempo y aacute pocos instantes sobrevino una fuertiacutesima nevadaNacioacute el riesgo tras de eacutel la fatiga y por uacuteltimo el des-aliento de los muleros Se presentoacute un fuerte torbellino que comprometioacute maacutes la situacioacuten de aquellos desgra-ciados y ya muy cerca de Tredoacutes tuvieron que abandonar las caballeriacuteasEra ya tarde Las fuerzas se habiacutean agotado el camino perdido se dispersaron en seguida y el resultado fue que cuatro murieron enterrados en la nieveEl otro compantildeero pudo ganar el pueblo al que llegoacute casi moribundo y habriacutea muerto de no acudir en so-corro suyo los caritativos vecinos de aquella humilde y honrada aldea

Maacuterquez continuacutea el capiacutetulo de forma auacuten maacutes expresiva

() iexclOh Los puertos de Bonaigua y Viella son los pasos terribles que encierran estadiacutesticas necroloacutegicas de las maacutes cruelesiexclCuantas veces marchando sobre aquellos oceacuteanos de

nieve y hielos dejamos bajo el peso de nuestras plan-tas el cadaacutever del amigo oacute compantildeero que habiendo acelerado el paso y adelantaacutendose demasiado cayoacute al suelo sepultaacutendose para no volver a aparecer

Raro es el invierno que no hay que lamentar desgracias

Por aquel entonces la explotacioacuten minera en la Val drsquoAran (hoy totalmente inexistente) habiacutea adquirido un auge importante se explotaban diversas minas de plomo zinc hierro y carboacuten Y en torno a estas actividades comenzaron a gestarse los planes de construccioacuten de una liacutenea feacuterrea desde Francia que permitiera la extraccioacuten del mineral de una forma maacutes eficiente ya que hasta entonces se habiacutea realizado mediante procedimientos muy rudimentarios

De forma natural e inevitable las tendencias de los habitantes del valle se inclinaban cada vez maacutes hacia el paiacutes vecino y esto se manifestaba en la actividad diaria en las relaciones entre pueblos y comunidades y en el propio dominio de la lengua francesa La Diputacioacuten a traveacutes de la Junta Central de Carre-teres emprende una poliacutetica de comunicaciones que llevariacutea la carretera a Tremp en 1884 a La Pobla de Segur en 1887 a Sort en 1891 de Vielha a Tredograves (como parte del proyecto de enlace con Esterri drsquoAacuteneu por el puerto de la Bonaigua) en 1910 a Esterri en 1920 a la Bonaigua en 1924 y al Pont de Suert en 1934

A comienzos del siglo XX la figura del candidato por el partido liberal Emili Riu i Periquet domina el escenario poliacutetico del distrito Sort-Vielha Riu consiguioacute en sucesivas elecciones representar en el Congreso Nacional a las dos comarcas y desde esta posicioacuten tratoacute de favorecer al territorio promoviendo una serie de proyectos que impulsariacutean la vida econoacutemica del Pallars y de la Val drsquoAran como la carretera de Sort a la Val por Esterri la liacutenea del Pallaresa o las centrales hidroeleacutectricas de la Val de Capdella

Naciacutea con fuerza la aspiracioacuten de comunicacioacuten constante y directa con el territorio espantildeol que tuvo como uno de sus primeros protagonistas al ingeniero Luiacutes Rouviere autor del proyecto del Ferrocarril de Lleida a Leacutes por la Noguera-Riba-gorccedilana presentado en el antildeo 1901 trabajo al que se dice consagroacute sus estudios su actividad y toda su fortuna

Sobre este proyecto escribe en 1902 el ingeniero militar Gimeacutenez Llena en un informe sobre ferrocarriles estrateacutegicos

ldquoEl estado debe poner todo su esfuerzo para que a toda costa y cualquiera que fuere el presupuesto_de cons-truccioacuten del tuacutenel que hubiera de atravesar el Pirineo se uniese por ferrocarril a Vielha con Leacuterida que seriacutea lo mismo que traer a la vida nacional a los espantildeoles del Valle de Araacuten con ello se obtiene la incorporacioacuten estable y permanente del Valle de Araacuten al resto de Es-pantildea y se dota a Espantildea del uacutenico ferrocarril ofensivo que pueda poseer en el Pirineo nuestra nacioacutenrdquo

A pesar de todo el proyecto fue archivadoMaacutes tarde entre 1909 y 1910 los 18 alcaldes (batlles) de

los municipios araneses desempolvan el documento y solicitan formalmente al Ministerio de Fomento la inclusioacuten del ferrocarril eleacutectrico de Lleida a Les por el Port de Vielha Esta vez el esfuerzo tampoco fue correspondido

Ya bajo el gobierno del Directorio Militar de Miguel Primo de Rivera en mayo de 1924 el rey Alfonso XIII concede a los alcaldes una entrevista en Barcelona la cual ellos ven como una gran oportunidad puesto que ademaacutes ya estaba prevista una pronta visita suya a la Val drsquoAran para inaugurar la recieacuten terminada carretera del Port de la Bonaigua

Los diacuteas 6 y 7 de julio Alfonso XIII visita la Val drsquoAran y los

Ing Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

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Historia

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araneses no titubean en pedir emotivamente la apertura de un paso practicable todo el antildeo El tuacutenel queremos el tuacutenel clamaban todos desde Tredograves hasta Pontaut El capellaacuten y poeta araneacutes Mossegraven Rafel Nart y el poliacutetico Eduardo Aunograves Peacuterez dedicaron un poema al tuacutenel manifestando la metaacutefora de una princesa encantada y un rey que la debiacutea desencantar

Condes de Saint Gironis y de ComingesQuisieron desposarlaSigue hermosa falaces le deciacuteanel curso de tus aguasastro de gloria alumbraraacute tu frentereina de la montantildeasy bella entre las bellas ricas floreshollaraacutes por alfombra de tus plantasNegoacutese la Princesa que se muerepor las brisas y caacutermenes de Espantildea

Esos ayes fatiacutedicos del vientoson tal vez los lamentos de las almasde pobres caminantes que perecen en los puertos de Vielha y de la Bonaigua

Si de Merliacuten el magocautiva ahora estaacutede Espantildea un rey famosola desencantaraacute

Y el muro de estos montes que van al firmamentoa contemplar soberbios de Dios el mismo asientoel maacutegico conjuro del rey perforaraacutey redimida entonces la gran tierra aranesadesde el balcoacuten sublime radiante la Princesalos caacutermenes de Espantildea por fin contemplaraacute

Sarraera Montardo y Furcanadagigantes de granito que vigilanlas fronteras sagradas de la patria

Subiendo por los montes soberanosen portentosa cuaacutedrigade invisibles caballos y velocescomo el viento veniacutea el Rey de EspantildeaSentildeor Rey los aranesesaunque humildes no son pariasa vuestros pies finojadaallaacute en el puerto de Vielhanecesito una ventanapara librarme del hambrey verme con mis hermanasRey Alfonso Rey Alfonsopor piedad esa ventanamirad el puerto de Vielhacon su corona de plataparece una flor de lisdel blasoacuten de vuestra casa

A la vez el Rey le responde

Princesa de este valle le deciacuteatendraacutes esa ventanaen el muro soberbio de tus montespara asomarte a Espantildea

Alfonso XIII puso su empentildeo en que la obra comenzara cuanto antes y el Directorio plasmoacute la idea con gran rapidez de tal suerte que en noviembre de 1925 fue adjudicada a la empresa de los hermanos Eduardo y Joseacute Segura con un presupuesto de 10693000 de pesetas y un compromiso de terminar la obra en 1930

Respecto a la adjudicacioacuten cabe destacar algunos aspectos importantes Cerca de la fecha de la celebracioacuten de la subasta ya se sospechaba que eacutesta seriacutea declarada desierta Los gran-des contratistas consideraban la obra muy difiacutecil o entendiacutean que el marco de beneficio que podriacutea reportar era insuficiente

Figura 1 El rey Alfonso XIII

Figura 2 Escenas de la visita del rey

El abogado y publicista Joseacute Bertrans Solsona en su libro Valle de Araacuten (Suiza Espantildeola) escrito en 1928 y conservado en el Musegraveu Etnologravegic dera Val drsquoAran narra con detalle muchos de los acontecimientos y vicisitudes que tuvieron lugar en torno al inicio de los trabajos de perforacioacuten del tuacutenel Respecto a la adjudicacioacuten de los trabajos de construccioacuten nos cuenta

() Nadie (los contratistas) pensaba en poner algo de su parte para secundar las nobles iniciativas y desve-los para dar realidad a lo que constituiacutea ya un anhelo nacional y prestigiosos araneses realizaban gestiones desesperadas para evitar el derrumbamiento de sus maacutes caras ilusiones porque si se declaraba desierta la subasta se aplazaba sine die la solucioacuten del problema

Cuenta Beltrans que el diputado provincial don Francisco Deoacute y Deoacute propuso a los hermanos Segura modestos contratistas si se comparan con las grandes sociedades dedicadas a esas industrias participar en la licitacioacuten Ellos despueacutes de pensarlo detenidamente consideraron factible la realizacioacuten del proyecto Aceptaron y finalmente el concurso les fue adjudicado como uacutenicos postores

No deja de resultar interesante el lenguaje de exaltacioacuten nacionalista utilizado por Beltrans quizaacutes impulsado entre otras cosas por el fervor ideoloacutegico de una Espantildea muy dividida poliacuteticamente Refirieacutendose a los contratistas Segura afirma

() despueacutes de meditar con gran detenimiento el pro y el contra que representaba la realizacioacuten del proyecto acaso superior a sus fuerzas inspirados por un opti-mismo que soacutelo puede engendrar el valor positivo de una raza que ha llegado a dominar el mundo con el desprecio maacutes absoluto de la resolucioacuten de los demaacutes firmaron el pliego de condiciones

Otro ejemplo curioso del muy personal trazo que el cronista da a su narracioacuten lo encontramos en el extracto del capiacutetulo en que describe la situacioacuten de los araneses los antildeos anteriores a la construccioacuten del tuacutenel

() Valedores que apoyaban sus justas pretensiones no faltaban a los sufridos araneses pero en aquellas eacutepocas Espantildea sufriacutea un tan gran desquiciamiento moral que ahogaba las justas necesidades con satisfacciones de insanos egoiacutesmos y bajas concupiscencias

El tuacutenel de Vielha ya para entonces llamado Tuacutenel Alfonso XIII tal como fue originalmente proyectado por la Jefatura de Ferrocarriles del Nordeste de Espantildea teniacutea un ancho a nivel de explanada de 390 metros y un gaacutelibo de 60 m dimensiones justas para el tren eleacutectrico de viacutea de un metro una longitud de 5240 m y una pendiente de cerca del 5 Teniacutea contemplado un apartadero de 250 metros a la mitad del tuacutenel para permitir el cruce de trenes

La perforacioacuten del tuacutenel comenzoacute en diciembre de 1926 paralelamente a la construccioacuten de la carretera de acceso de Vielha a la boca norte En aquel mismo antildeo se habiacutea decidi-do que el proyecto de ferrocarril por el valle de la Noguera Ribagorccedilana era inviable y que el problema de comunicacioacuten de la Val drsquoAran teniacutea que solucionarse con mayor rapidez El presupuesto fue asignado a carreteras a pesar de la inconfor-midad manifestada por los 18 alcaldes de la Val y de la peticioacuten hecha al rey de que ordenara devolver el citado presupuesto a ferrocarriles

1928 fue un antildeo importante para las obras del tuacutenel En primer lugar fue puesta en servicio la central del riacuteo Nere la

cual proporcionoacute energiacutea y luz a la construccioacuten Por otra parte en verano el ministro de gobernacioacuten General Martiacutenez Anido visitoacute las obras y decidioacute que el tuacutenel deberiacutea tener un ancho de calzada de siete metros con lo que quedoacute totalmente estable-cido que seriacutea destinado a carretera Probablemente la primera versioacuten del proyecto para carretera la del ingeniero Ramoacuten Martiacutenez de Velasco date de aquella eacutepoca Dicho proyecto fue reformado y convertido en definitivo por el ingeniero Felipe Cabredo Muro quien ademaacutes dirigioacute la obra hasta su final en 1948 junto con la importante ayuda y presencia fiacutesica en obras del ingeniero Juan Montantildeeacutes Pascual

Figura 3 Mapa de 1928 que ya incluye la ubicacioacuten del tuacutenel

Figura 4 Inicio de las obras en la boca norte

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Historia

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El clima social y poliacutetico de Espantildea a principios de la deacute-cada de los 30 no favorecioacute los trabajos de construccioacuten del tuacutenel En enero de 1933 ya instaurada la Segunda Repuacuteblica el Ministerio de Fomento suspendioacute los trabajos los cuales se retomaron en noviembre del mismo antildeo Maacutes tarde el comiteacute de trabajadores incautoacute las obras y poco despueacutes fue asesinado en Barcelona el contratista Joseacute Segura

Pasaron seis antildeos para que se reiniciaran los trabajos Esta vez ademaacutes de los obreros contratados se emplearon prisio-neros de la Guerra Civil En una entrevista para el perioacutedico

La Vanguardia el ingeniero Cabredo contaba

() Actualmente se cuenta con la colaboracioacuten de prisioneros de guerra facilitados por el Capitaacuten general de la Cuarta Regioacuten don Luis Orgaz que perciben el mismo jornal que los obreros libres El Estado se hace cargo del dinero que se distribuye dando una parte a la familia del prisionero y el resto en mejorar el trato de eacuteste

Fermiacuten Monge Busquet que para el antildeo 2000 teniacutea 84 antildeos y viviacutea en Aubert comenzoacute a trabajar en el tuacutenel de Vielha en 1931 con tan soacutelo 15 antildeos Eacutel cuenta que ldquoal principio abriacutea-mos el boquete a golpe de pico y maza ya que no habiacutea otras herramientas Yo era frenista es decir me ocupaba de sacar la piedra del tuacutenel con un convoy de 24 vagones que debiacutea ir fre-nando manualmente para que no cogiera velocidad y volcarardquo

La construccioacuten del tuacutenel de Vielha significoacute superar obstaacute-culos naturales mucho maacutes difiacuteciles y peligrosos que los que en un principio se habiacutea imaginado Ademaacutes de la dura excavacioacuten en caliza y granito se cruzaron tramos importantes de pizarra muy alterada y zonas de falla donde la roca estaba totalmente descompuesta En toda la longitud del tuacutenel el agua se filtraba en grandes torrentes y en una ocasioacuten los trabajadores del avance perforaron un manto freaacutetico lo cual causoacute un enorme caudal que se llevoacute consigo vagonetas herramientas vigas y todo lo que encontroacute a su paso Varios diacuteas despueacutes cuando se consiguioacute canalizar el agua por la galeriacutea de avance pasaba un caudal de 4000 litros por segundo En octubre de 1931 se produjo un gigantesco desprendimiento de arcillas barrosas que tuvo a los obreros trabajando en seis turnos diarios du-rante catorce meses para pasar la galeriacutea de avance un tramo de 200 metros soportando el terreno con elementos de gran resistencia

Antes de unir los dos frentes la galeriacutea de la boca norte alcanzoacute los 4500 metros de profundidad por lo que fue ne-cesario instalar potentes maacutequinas de extraccioacuten de aire a fin de que se pudiese trabajar dentro

En total se excavaron unos 350000 metros cuacutebicos de roca de revestimiento hecho de mamposteriacutea y hormigoacuten se cons-truyeron unos 125000 metros cuacutebicos se emplearon unas 200 toneladas de dinamita de alto rendimiento en ambas bocas se construyeron verdaderos pueblos para albergar a los obreros cuyo nuacutemero fluctuoacute entre 200 y 600 ademaacutes de sus familias

Figura 5 Traccioacuten animal al comienzo de las obras

Figura 6 Barrenadora empleada en la construccioacuten del tuacutenel

Figura 7 Primer coche que cruza el tuacutenel el del ingeniero Felipe Cabredo

Figura 8 Boca sur en los antildeos setenta

El 26 de enero de 1941 un diario de Barcelona publicaba la siguiente nota

En la tarde de ayer quedoacute totalmente perforado el tuacutenel que une el Valle de Aran con el resto de EspantildeaLeacuterida 25 (Exclusivo de Logon) ndash Esta tarde a las dos y quince minutos un poderoso barreno de dinamita ha hecho saltar el uacuteltimo diafragma rocoso que separaba a los obreros mineros que de una y otra parte trabajaban en la perforacioacuten del tuacutenel de Vielha

La coincidencia de los dos frentes de ataque habiacutea sido perfecta un diacutea antes se lanzoacute una sonda tubular que comproboacute la precisioacuten del trabajo que habiacutean realizado los ingenieros topoacutegrafos y a traveacutes de dicho tubo se establecioacute la primera conversacioacuten entre los trabajadores de ambos lados El viernes 25 hicieron explosioacuten los cartuchos que derribaron el delgado muro de granito en presencia del entonces ingeniero jefe de Obras Puacuteblicas de Leacuterida don Luis Saacutenchez Ocantildea el ingeniero director de las obras del tuacutenel don Felipe Cabredo Muro los contratistas y alto personal de las obras

() Espontaacuteneamente se ha proclamado la jornada de hoy diacutea de gran fiesta y araneses y ribagorzanos se han lanzado a las calles cubiertas por una importante capa de nieve y han organizado grandes comilonas conciertos vocales o instrumentales y otros festejos

Desde las montantildeas vinieron cortejos que precedidos por bandas de muacutesicos entraron al tuacutenel por ambas bocas se despacharon varios barriles de vino embuti-dos y demaacutes comestibles en medio de una gran alegriacuteaFermiacuten Monge recuerda ldquo() Yo debiacutea conducir los vagones que en esta ocasioacuten iban llenos de gente Pero ese diacutea me pusieron a repartir vino con un bocoy de 12 pellejos Todos veniacutean con cubos y vasijas para llevarse vino a casardquoFaltaron todaviacutea siete antildeos de trabajos de construccioacuten para que en 1948 pasaran los primeros vehiacuteculos La inauguracioacuten fue en el mes de mayo y a la celebracioacuten asistieron autoridades civiles y militares personal del Ministerio de Obras Puacuteblicas y el pueblo en general

El tuacutenel de Vielha-Alfonso XII no tuvo el aspecto que hoy en diacutea vemos hasta maacutes de 20 antildeos despueacutes luego de importantes trabajos de pavimentacioacuten impermeabilizacioacuten iluminacioacuten etceacutetera

Figura 9 Aspecto del interior del tuacutenel pocos antildeos despueacutes de su inauguracioacuten

Figura 10 Trabajos de impermeabilizacioacuten en los antildeos posteriores a la apertura

Un bocoy era un barril y un pellejo (de carboacuten) equivaliacutea a 60 litros

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Artiacuteculo

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Principales desafiacuteos en la excavacioacuten del bituacutenel para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Ing Jorge Antonio Pereyra Vargas Responsable de Ingenieriacutea

ICA ndash COTRISA

Ing Leonardo Guzmaacuten Leoacuten Director de Apoyo Teacutecnico en Puentes y Estructuras Especiales

Direccioacuten General de Carreteras SCT

El Tren Interurbano Meacutexico - Toluca seraacute un sistema de transporte moderno que conectaraacute de manera segura y eficiente el Valle de Toluca y la zona poniente de la Ciudad de Meacutexico atendiendo la problemaacutetica de conectividad y congestionamiento vial que se presenta entre estas dos zonas urbanas El recorrido de 58 km contaraacute con 6 estaciones dando servicio a 230 mil pasajeros por diacutea conectaacutendose con el sistema de transporte colectivo metro de la Ciudad de Meacutexico

El Tramo II de este proyecto se desarrolla en el poniente del Valle de Meacutexico en el liacutemite geograacutefico entre la alcaldiacutea Cuajimalpa de la Ciudad de Meacutexico y el municipio de Ocoyoacac en el Estado de Meacutexico para atravesar la Sierra de las Cruces se contempla la construccioacuten de un bituacutenel de 47 km de longitud a profundidades que van de los 15 a 136 m manteniendo en la mayor parte del recorrido una pendiente del 4 con un diaacutemetro de excavacioacuten de 856 m

Caracteriacutesticas de las maacutequinasPara la excavacioacuten de los tuacuteneles se uti-lizaron dos escudos de presioacuten de tierra convertibles (modo abierto ndash modo cerra-do) del fabricante alemaacuten Herrenknecht con las siguientes caracteriacutesticas

Diaacutemetro excavado 857 m

Longitud TBM 1200 m

Longitud Total con Tren de Servicio

13300 m

Peso total (TBM+Backup) 1500 Ton

Empuje maacuteximo 84235 kN

Potencia eleacutectricainstalada

5200 kW

Giro de la Rueda 0 a 42 rpm

Condiciones geoloacutegicas encontradas durante la construccioacutenLa geologiacutea de la regioacuten estaacute compuesta por derrames andesiacuteticos con diferentes tipos de alteracioacuten como cloritizacioacuten ar-gilitizacioacuten y oxidacioacuten brechas heterogeacute-neas tobas liacuteticas y de ceniza afectadas por muacuteltiples fallas geoloacutegicas y diversos sistemas de fracturamiento bajo el nivel freaacutetico se alcanzaron cargas hidrostaacuteticas de hasta 6 bares La disposicioacuten y propor-cioacuten de los materiales asiacute como sus nive-les de alteracioacuten se fueron afinando con la ampliacioacuten de la campantildea de exploracioacuten y en funcioacuten del registro realizado durante el seguimiento al proceso de la excavacioacuten y los frentes observados en las TBM Este seguimiento geoloacutegico tambieacuten permitioacute identificar sistemas de fracturamiento y fallas geoloacutegicas adicionales a las pro-yectadas inicialmente

Descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica

A continuacioacuten se presenta la descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica de los materiales observados durante la excavacioacuten de los tuacuteneles

Traquiandesita Roca de color gris os-curo de estructura compacta y textura microcristalina con tonalidades rosaacuteceas y rojizas constituidas por plagioclasa an-fiacuteboles y piroxenos embebidos en una matriz viacutetrea

Geoteacutecnicamente este material pre-senta en promedio para la roca intacta un peso volumeacutetrico de 2201 kgm3 un contenido de agua (w) de 166 una re-sistencia a la compresioacuten simple (RCS) 65 MPa un moacutedulo de deformabilidad (Et 50) de 13095 MPa y una resistencia

Figura 1 Alineamiento del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Figura 2 Ubicacioacuten del Bituacutenel

Figura 3 TBM iniciando excavacioacuten en Portal Oriente

Estado de Meacutexico

CDMX

Portal de entrada

A Meacutexico

A Toluca

Portal de salida

Eje de tuacutenel

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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generalmente es moderado la estructura de la roca es continua en la mayor parte del macizo rocoso con una resistencia a la compresioacuten simple de 90 MPa una densidad seca de 206 kgm3 un valor de cohesioacuten igual al de la roca sana (07 MPa) y un aacutengulo de friccioacuten de 47deg Sin embargo se observaron frentes altamente meteorizados con maacutes de la mitad de roca que lo conforma desintegrada pero con-servando su estructura original este hecho repercute directamente en la resistencia a la compresioacuten simple descendiendo a 7 MPa En los casos maacutes extremos este material se encuentra en la transicioacuten de una roca blanda y un suelo duro variando asiacute la calidad del macizo de acuerdo a la clasificacioacuten GSI de buena a muy mala

La argilitizacioacuten es otra alteracioacuten que ha afectado los derrames andesiacuteticos los cuales suelen presentar una coloracioacuten amarillenta a crema y un fuerte contenido de arcilla que condicionan la resistencia de la roca intacta a un valor maacuteximo me-dido de 35 MPa un moacutedulo de elasticidad promedio de 7334 MPa (menor del resto de rocas andesiacuteticas) cohesioacuten de 08 MPa un aacutengulo de friccioacuten de 42deg y una calidad de roca de acuerdo al GSI de mala a buena

La intensidad del fracturamiento y sus caracteriacutesticas aun para el mismo tipo de roca andesiacutetica y un mismo frente fue heterogeacutenea algunos frentes tuvieron un fracturamiento ligero con un RQD bueno planos rugosos cerrados y en otros ca-sos presentaron una muy mala calidad un fracturamiento intenso planos de frac-tura lisos-ligeramente rugosos abiertos (hasta 5 cm) rellenos de arcilla blanda RQD lt25

Brechas Brecha andesiacutetica grisaacutecea de alta a baja consolidacioacuten con zona delez-nables en presencia de agua clasificada como una para-brecha con una propor-cioacuten de matriz del 70-60 integrada por arenas limosas con pocos finos de baja plasticidad o arena con grava en ambos casos contienen una gran cantidad de graacutenulos y guijarros (02-6 cm) y bloques andesiacuteticos de alta resistencia y de 25 cm hasta 20 metros de longitudBrecha andesiacutetica oxidada la matriz estaacute formada por material areno-arcilloso color rojizo que sostiene fragmentos andesiacuteti-cos equivalentes al 10-20 del total de material existente en el frente de estos el 85 corresponde a andesita oxidada porosa de baja dureza y alta meteoriza-cioacuten de un tamantildeo variable entre 3-40 cm con una densidad seca de 204 kgm3 y una absorcioacuten de 37 el resto (15) son guijarros y bloques (6-40 cm) andesiacuteticos de textura porfiacutedica color gris-verdoso de moderada a baja dureza y meteorizacioacuten

andesiacuteticas poacutemez y cristales maacuteficos Al desintegrarse el material presenta una granulometriacutea areno-limosa y areno-ar-cillosa de baja plasticidad con un liacutemite liacutequido entre 17-35 pero que en ocasiones ha alcanzado los 60Toba liacutetica de tonalidad rosaacutecea parda en ocasiones con manchas rojizas de alta compacidad integrada por partiacuteculas del tamantildeo de arenas limos y en menor pro-porcioacuten arcillas de baja plasticidad liacutemite liacutequido entre 19-29 contiene fragmentos de distintos tipos de andesita y tobas muy consolidadas menores a 15 cm equiva-lentes al 5-10 del material presente en el frente

Desarrollo de la excavacioacuten para dis-tintas condiciones y problemaacuteticasDurante la excavacioacuten de los tuacuteneles en ocasiones se observaron frentes integra-dos por una uacutenica litologiacutea homogeacutenea aunque con variacioacuten de resistencia grado de meteorizacioacuten y en las condiciones de las discontinuidades (causado por fallas locales) en otros casos se tuvieron fren-tes mixtos formados por dos o maacutes tipos de rocas que a lo largo de la excavacioacuten modificaron de manera gradual o suacutebita-mente su proporcioacuten y distribucioacuten Las combinaciones de materiales maacutes comu-nes observadas fueron andesita sana y andesita oxidada andesita sana con aumento progresivo del grado de meteo-rizacioacuten andesita muy alterada y brecha con bloques andesita oxidada y brecha andesiacutetica con bloques y brecha con len-tes tobaacuteceos

La heterogeneidad geoloacutegica-geo-teacutecnica de los materiales y su reacutegimen estructural combinado con la alta presioacuten hidrostaacutetica y flujos importantes de agua generaron condiciones inusuales para el uso de una TBM del tipo EPB

Inicio de excavacioacuten en modo abierto

Para el inicio de la excavacioacuten las TBM se configuraron para trabajar en modo abier-to o tipo roca descargando el material excavado de las palas a la tolva central en esta configuracioacuten el mamparo de la caacutemara se encuentra abierto y no es posi-ble presurizar la caacutemara de excavacioacuten Al avanzar y encontrar en el frente un material de brecha de baja resistencia no permitioacute guiar las maacutequinas a fin de seguir el trazo principalmente impidiendo mantener el ali-neamiento vertical y alcanzar la pendiente ascendente del 4 Lo anterior se deriva de la interaccioacuten de la TBM con el terreno respecto al sistema de fuerzas que actuacutean al momento de la excavacioacuten Cuando la TBM en modo abierto se encuentra en el frente con un suelo o una roca blanda el

a la tensioacuten directa de 350 MPa Refe-rente al macizo rocoso los paraacutemetros de resistencia son aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten variables entre 48-59deg y 12-20 [MPa] respectivamente y una resistencia a la compresioacuten simple de 124 MPa por su parte los paraacutemetros de deformabi-lidad estimados fueron moacutedulo de de-formabilidad (E) de 7500-10584 MPa y una relacioacuten de Poisson de 026 a 03 La clasificacioacuten geomecaacutenica GSI varioacute de buena a regular calidad Derrames andesiacuteticos Integrados por rocas andesiacuteticas con diferentes tipos de alteracioacuten amplia variabilidad en la inten-sidad de fracturamiento caracterizacioacuten de discontinuidades resistencia y grado de meteorizacioacuten En su estado maacutes sano presenta una coloracioacuten gris obscuro y ligera alteracioacuten

Para la roca intacta se obtuvo un peso especiacutefico entre 204-268 kgm3 una re-sistencia a la compresioacuten simple de hasta 140 MPa (roca muy dura) una media del moacutedulo de elasticidad de 16900 MPa y una calidad del macizo rocoso general-mente buena con valores del aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten del macizo de 07 MPa y 54deg

La andesita afectada por oxidacioacuten exhibe ligeras tonalidades rojizas las cua-les se intensifican a medida que eacutesta se incrementa el grado de meteorizacioacuten

Figura 4 Andesita sana en el frente de excavacioacuten

Figura 6 Frente de excavacioacuten que muestra la Andesita fracturada

Figura 5 Andesita oxidada en el frente de excavacioacuten

Brecha de bloques con diferentes grados de oxidacioacuten moderada consolidacioacuten grano-soportada con un porcentaje ro-ca-matriz de 80-20 sin embargo en algunas zonas el porcentaje de matriz aumenta a un 65 y el grado de conso-lidacioacuten disminuye La matriz estaacute forma-da por material areno-arcilloso con zonas donde se incrementa la arcilla color cafeacute rojizo los fragmentos de roca en su mayo-riacutea corresponden a andesita gris (60) de alta dureza (50-100 MPa) sub esfeacutericos tabulares con caras lisas muy oxidadas de bordes sub-redondeados a angulosos de 5 a 50 cm de lado largo el 40 son frag-mentos de andesita oxidada de moderada dureza (25-50 MPa) sub-esfeacutericos con bordes sub redondeados que alcanzan tamantildeos meacutetricos En una determinada seccioacuten a lo largo de la excavacioacuten de los tuacuteneles se observoacute una brecha con caracteriacutesticas similares pero soldada cuyos rasgos de la matriz son un aacutengulo de friccioacuten entre 35-45deg una cohesioacuten de 005-025 MPa densidad de 195 kgm3 y una resistencia a la compresioacuten simple en promedio de 0025 MPa con bloques de resistencia no mayor a 80 MPa

Tobas Toba de ceniza color gris claro a blanquizco con tonalidades verdosas en menor proporcioacuten de color crema y amarillo contiene escasos fragmentos generalmente menores a 5 cm de rocas

terreno no ofrece la resistencia necesaria para desarrollar la fuerza suficiente en los cilindros de empuje Adicionalmente en un frente despresurizado la fuerza de contacto de la rueda de corte se concentra en el tercio inferior y en este tipo de ma-teriales blandos la resultante de la fuerza de contacto que se genera en la rueda de corte es demasiado baja y junto con la fuerza de friccioacuten y la fuerza de empuje generan un sistema de fuerzas que pro-duce un momento en sentido contrario al que se requiere para el direccionamiento ascendente del escudo Ademaacutes en estos primeros metros de material blando se presentaron flujos de agua que no era posible controlar con un frente abierto

Para corregir esta situacioacuten se realizoacute el cambio de configuracioacuten de la TBM pasando de modo abierto a modo cerra-do (EPB) lo que adiciona al sistema de fuerzas la presioacuten de frente y eleva la resultante de la fuerza de contacto en la rueda de corte permitiendo incrementar la magnitud del empuje de los cilindros y redistribuir la fuerza de friccioacuten alrededor del escudo desarrollando un par que pro-duce un momento resultante en el senti-do adecuado para guiar verticalmente el escudo en acenso tal como se muestra en la figura 8

Excavacioacuten de roca con EPB

La operacioacuten de la TBM en modo EPB totalmente cerrado en roca por lo general resulta en bajos iacutendices de excavacioacuten alto desgaste de la herramienta y posibles dantildeos en la cabeza de corte En este caso una de las claves para un desempentildeo exi-toso de las TBM fue una seleccioacuten adecua-da del modo de operacioacuten del escudo y el ajuste de los paraacutemetros de excavacioacuten en tiempo real en el sitio de trabajo Tambieacuten fue muy importante mantener un control

preciso de los paraacutemetros de acondicio-namiento del terreno y la apertura cierre de las puertas de tornillo para no generar licuefaccioacuten y controlar la extraccioacuten de rezaga a traveacutes del transportador de tor-nillo evitando derrames

Durante el proceso de excavacioacuten es muy importante que el material no salga demasiado fluido a traveacutes de las compuertas del tornillo transportador para evitar derrames de material en el aacuterea

Figura 7 Frente de excavacioacuten de Brecha con bloques

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de alimentacioacuten de segmentos ya que esto implica peacuterdidas de tiempo para la limpieza y una disminucioacuten notoria en la produccioacuten diaria Ademaacutes una rezaga fluida impide generar un tapoacuten en el tornillo transportador que se requiere para controlar la presioacuten de confinamiento en la caacutemara de excavacioacuten La experiencia adquirida en el proyecto demostroacute que hasta una presioacuten de agua subterraacutenea de 50 bar en la corona la TBM pudo funcionar como un EBP regular al aumentar la presioacuten de soporte y mantenerla por encima de la presioacuten hidrostaacutetica del suelo tanto en avance como durante la parada

El acondicionamiento del material ex-cavado durante largos tramos con altas presiones de agua subterraacutenea se rea-lizoacute con eacutexito principalmente mediante la inyeccioacuten de espuma El poliacutemero se inyectoacute a traveacutes de las liacuteneas del mamparo cuando se produciacutea una rezaga muy flui-da y el control de las puertas del tornillo transportador no era suficiente para evitar derrames Ademaacutes la inyeccioacuten de ben-tonita en el tornillo transportador demos-troacute su efectividad para lubricar y evitar el bloqueo del tornillo transportador Cuando fue necesario se realizoacute una inyeccioacuten de espuma de poliuretano alrededor de los anillos seleccionados para detener la recoleccioacuten y el flujo de agua generado desde el tuacutenel a lo largo del escudo hasta la caacutemara de excavacioacuten

El control de los paraacutemetros y el se-guimiento visual del material excavado directamente en la cinta transportadora ambos en tiempo real fueron esenciales para evaluar la geologiacutea el tamantildeo de las rocas y bloques y asiacute poder ajustar los paraacutemetros de excavacioacuten clave tales como la penetracioacuten el nivel de llenado de la caacutemara de excavacioacuten la energiacutea especiacutefica y la fuerza de contacto en la rueda de corte torque y velocidad de ro-tacioacuten Este procedimiento hizo posible un desempentildeo exitoso de las TBM duran-te los tramos en roca bajo presiones de agua subterraacutenea superiores a 4 bares El control de los paraacutemetros ya mencio-nados tambieacuten fue decisivo para evitar la acumulacioacuten de bloques de roca y material en la parte frontal de la cabeza de corte y para proteger las herramientas de corte contra sobrecargas y bloqueos

Cruce de la zona de artesianismo

Uno de los tramos particulares atravesa-dos durante la construccioacuten del Bituacutenel fue la denominada zona de artesianismo com-puesta por brechas blandas altamente meteorizadas deleznables en presencia de agua con una carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave y flujos de agua de alrededor de 60 lps en una longitud de 200 m En la

Figura 8 Modelos de fuerzas de operacioacuten de las TBMacutes

Figura 9 Salida de material fluido del tornillo sin fin

Figura 10 Perfil geoloacutegico de la zona de artesianismo

Figura 11 Tuacutenel convencional seccioacuten transversal y longitudinal

figura 10 se muestra el perfil geoloacutegico que indica esta zona

Dada la carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave asociada con la permeabilidad y tipo de material se preveiacutea una condicioacuten de frente inestable con flujos de agua de 60 lps o superiores que no permitiriacutea rea-lizar el protocolo de inspeccioacuten y cambio de herramientas de corte en condiciones atmosfeacutericas por lo que como primera medida preventiva se determinoacute que antes de entrar a esta zona deberiacutea realizarse un

parada de mantenimiento y remplazar toda la herramienta de corte por piezas nuevas Adicionalmente se realizoacute la planeacioacuten y previsiones necesarias para que en caso de fuera imprescindible se contara con todos los elementos necesarios para eje-cutar intervenciones hiperbaacutericas y mitigar los altos riesgos que conllevan para el personal

Durante la excavacioacuten se realizoacute un seguimiento en tiempo real de los paraacute-metros de operacioacuten acondicionamiento

FSF

FCilindrosFCW

REFILL

NATURAL GROUND

MO

DO

ABI

ERTO

MO

DO

CER

RAD

O (E

PB)

Nomenclatura

FEPB =FCW =FSF =FCilindros =

Presioacuten de frente Fuerza de rueda de corteFuerza de friccioacuten del escudo Fuerza de empuje

CW

X1

X2

X3

SHIELD

FUP

FC

FS

FSEGMENT

FSF

FSF

FCilindrosFCW

FEPBREFILL

NATURAL GROUND

CW

X1

X2

X3

FUP

FC

FSF

FSEGMENT

SHIELD

118

370

+3099962

ETAPAS DE EXCAVACIOacuteNGENERAL

581

INVERT(DESTROZA)

FASE 4

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 3

TUacuteN

EL IZ

QU

IER

DO

PK 3

8+16

901

6

TUacuteN

EL D

EREC

HO

PK 3

8+17

141

0

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 2

MEDIASERCCIOacuteNSUPERIOR(AVANCE)

4

118

370

581

485

035

300

040

3rdquo

3rdquo

3rdquo

300

100

300

2 3

1987654321 987654321 987654321

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Artiacuteculo

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y material extraiacutedo asiacute como un control preciso de la apertura y cierre de la com-puerta del tornillo transportador para la descarga del material a alta presioacuten En algunos casos extremos donde la pre-sioacuten superoacute los 7 bares se conectoacute una liacutenea (o dos) directamente al mamparo para usarla como drenaje tambieacuten se implementaron drenajes inmediatamen-te detraacutes de la tuneladora en la parte superior y en los lados de los anillos a fin de reducir la presioacuten hasta niveles manejables entre 40 y 60 bares

Las medidas y controles implemen-tados permitieron excavar 172 avances equivalentes a 268 m (TBM S-948) por la viacutea derecha y 162 avances (243 m) que representan una longitud de 243 con la TBM S-949 por la viacutea izquierda y asiacute cruzar la zona del artesianismo En ninguacuten caso hubo necesidad de realizar paradas para implementar el protocolo de inspeccioacuten yo cambio de herramien-tas de corte en condiciones hiperbaacuteri-cas que hubieran incurrido en riesgos altos costos y tiempos de ejecucioacuten adicionales Es de resaltar que a pesar de tenerse una presioacuten hidraacuteulica por en-cima de los 6 bares y en ocasiones de 7 bares en la clave representando una de las peores condiciones del proyecto se logroacute mantener una tasa de produccioacuten de 1063 mdiacutea

Excavacioacuten de tuacuteneles convencionales

Ante la previsioacuten de algunas condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas que se consideroacute podriacutean ser adversas para la excavacioacuten de los tuacuteneles con las TBM (comprometiendo el plazo de ejecucioacuten y ante la condicioacuten geoloacutegica de una material de toba sin presencia de agua subterraacutenea observada durante la cons-truccioacuten del portal de Toluca) se decidioacute atacar un tramo de los tuacuteneles en modo convencional por el Portal Poniente En la figura 11 se muestra el esquema cons-tructivo y el sostenimiento implementado

El proceso de excavacioacuten del tuacutenel convencional inicioacute con la colocacioacuten de un pre- sostenimiento mediante enfilaje frontal formado por 32 tubos de 4rdquo de diaacutemetro y 12 m de longitud traslapados 3 m y apoyados sobre la pantalla de pilas Una vez concluidos los enfilajes se construyoacute una viga de atado de con-creto reforzado con objeto de distribuir las posibles cargas del terreno una vez iniciada la excavacioacuten Posteriormente

se inicioacute con la excavacioacuten de los tuacutene-les convencionales en tres etapas con avances de 1 m en una longitud de 9 m cubiertos por el enfilaje en cada avan-ce de excavacioacuten se colocaron marcos metaacutelicos y concreto lanzado con fibras de acero Una vez concluidos los ciclos de 9 m de excavacioacuten bajo el primer enfilaje colocoacute el segundo enfilaje y se repitieron los ciclos de avance

Durante el proceso de excavacioacuten se instalaron secciones de convergencia en el interior del tuacutenel a fin de monito-rear el comportamiento deformacional Asimismo durante este seguimiento se establecioacute un plan de actuacioacuten para garantizar que durante el proceso de construccioacuten de los tuacuteneles los maacuterge-nes de seguridad se mantuvieran dentro de los umbrales adecuados

Una vez que las maacutequinas tunelado-ras estaban superando las condiciones maacutes difiacuteciles y despueacutes de revisar su rendimiento y produccioacuten respecto al rendimiento de excavacioacuten del meacutetodo convencional se determinoacute suspender esta uacuteltima habieacutendose ejecutado uacutenica-

mente 27 m en cada uno de los tuacutenelesConcluidos los trabajos del tuacutenel

convencional y mecanizado se realizoacute el tratamiento a la transicioacuten entre am-bos revestimientos a fin de garantizar la unioacuten de dichas estructuras Estos tra-bajos consistieron en la colocacioacuten del sistema de impermeabilizacioacuten y concre-to lanzado en la zona de los hastiales y clave y en la zona de batea se realizoacute una inyeccioacuten de mortero

Salida de las TBM

Despueacutes de 19 meses de superar di-ferentes desafiacuteos las maacutequinas tunela-doras concluyeron su trabajo de forma exitosa incluyendo su salida por los tuacuteneles convencionales del Portal Po-niente como se muestra en las siguientes imaacutegenes

Microtuneleo con TBM Hincado de tuberiacutea (pipe Jacking)

Construccioacuten de tuacuteneles con dovelasRehabilitacioacuten de tuberiacuteas

Tablestacado metaacutelico Muro Milaacuten

(+52 55) 5207 3068 wwwbessaccommx

Tecnologiacutea de vanguardiaen obras subterraacuteneas

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

ANUNCIO_BESSAC_V2_printpdf 2 28617 1103 Pablo Miranda S Figura 12 Seguimiento y medicioacuten de seccioacuten de convergencia

Figura 14 Salida TBM S949 en viacutea izquierda

Figura 13 Salida TBM S948 en viacutea derecha

Instrumento NIVEL AVISO NIVEL DE ALARMANIVEL DE ALERTA

Dianas reflectantes ge 12 mm y lt 18 mm ge 18 mmlt 12 mm

V gt 10 mm diacutea

V = 5 - 10 mm diacutea

V = 1 - 5 mm diacutea

V = 05 - 1 mm diacutea

V = 005 - 05 mm diacutea

V lt 005 mm diacutea

Extremadamente Grande

Muy Grande

Grande - Media

Media - Pequentildea

Pequentildea

Despreciable

Refuerzo inmediato del sostenimiento

Si se mantiene durante dos diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Si se mantiene durante cuatro diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Ninguna

Ninguna

Ninguna

20

15

10

5

-5

-10

-15

-207818 10818 13818 16818 19818 22818 25818

Graacutefica de convergencias Tuacutenel convncional viacutea derecha (TBM S-948) Seccioacuten 36+17100

28818 31818 3918 6918 9918 12918 15918 18918 21918

1-35-14-23-53-42-3NIVEL DE ALERTA SUPERIORNIVEL DE ALERTA INFERIORNIVEL DE ALARMA SUPERIORNIVEL DE ALARMA INFERIOR

Con

verg

enci

a (m

m)

0

ActuacioacutenClase

PLAN DE ACTUACIOacuteN

Velocidad de Deformacioacuten

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Artiacuteculo

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Los tuacuteneles del TIMT excavados con maacutequinas tuneladoras tipo EPB enfrentaron una importante cantidad de riesgos que pusieron al liacutemite las capacidades de esta tecnologiacutea Las dificultades se relacionaron con aspectos geoloacutegicos geoteacutecnicos y geohidroloacutegicos principalmente por la presencia de medios heterogeacuteneos y cambiantes en combinacioacuten con elevados flujos de agua que alcanzaron presiones cercanas a los 7 bares El control y ajuste de la operacioacuten de los escudos a partir del seguimiento de las condiciones encontradas durante el avance permitioacute hacer frente de forma exitosa dichos riesgosComo complemento al artiacuteculo anterior en este artiacuteculo se presentan algunas de las situaciones criacuteticas por las que atravesoacute la excavacioacuten de los tuacuteneles del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Marc CoMuLadaMTC Maidl TunnelconsultantsGoethestr 74 Munich Germanymcomuladamaidl-tcde

Puntos clave

bull Durante la construccioacuten se presentaron cambios suacutebitos en las condiciones hidrogeoloacutegicas pasando de zonas im-permeables y secas a frentes con elevados flujos de agua

bull Se llegaron a presentar presiones de agua con maacuteximos de hasta 62 bar y en tramos largos con presiones de hasta 5 bar

Durante la exploracioacuten se perforaron 37 sondeos para ensayos de permeabilidad en los que se realizaron 158 ensayos ob-teniendo valores promedio comprendidos entre kf= 135x10-6 ms y kf = 995 x10-8 ms Estos valores en suelos representan permeabilidades medias a bajas No obstante en roca fractu-rada y en los tramos de macizo rocoso de muy mala calidad y frentes mixtos heterogeacuteneos que incluiacutean la presencia de suelos se registraron flujos muy elevados de agua que llegaron en algunos casos a valores comprendidos entre 2 a 5 m3min

Principales riesgos para la operacioacuten de los escudos EPB

Debido a condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas extremas en ocasiones se alcanzaron los liacutemites de aplicabilidad de los escudos EPB A continuacioacuten se explican los principales riesgos encontrados y la manera en que se les hizo frente Figura 1 Frente mixto con presencia de roca y suelos

Figura 2 Bloques sobresaliendo del frente de excavacioacuten

a) Sobrecarga y dantildeos en las herramientas de corte en frentes mixtos y con bloques de roca

Los discos instalados en la rueda de corte son los encargados de romper la roca que se encuentra en el frente mediante la presioacuten de contacto que produce el empuje de la tuneladora Cuanto mayor es la resistencia a compresioacuten y tensioacuten de la roca mayor es la fuerza de contacto necesaria para romperla

El riesgo de sobrecarga de los discos de corte ocurre es-pecialmente en frentes mixtos compuestos de suelos y roca (Figura 1) y tambieacuten ante la presencia de bloques que se forman en los frentes de roca fracturada (Figura 2)

La sobrecarga de los discos se produce por el hecho de que en frentes mixtos la fuerza de empuje no se distribuye uniformemente en todos los discos de la rueda de corte sino

Figura 3 Dantildeos tiacutepicos en los discos resultado de sobrecargas e impactos

que se concentra en los discos en contacto con la roca presente soacutelo en una parte del frente El mismo fenoacutemeno ocurre cuando existen bloques de roca que sobresalen en el frente

Ademaacutes de la sobrecarga de los discos de corte con la rotacioacuten de la rueda de corte la presencia de bloques o de zonas de materiales de resistencia distinta en el frente causa impactos en los discos que pueden producir su dantildeo yo rotura

En los tuacuteneles del TIMT a pesar de llevar un control sobre la fuerza de contacto transmitida a los discos de corte las condiciones cambiantes y heterogeacuteneas del frente produjeron numerosos dantildeos y bloqueos en ellos En estas condiciones los discos de corte afectados ya no pueden ejercer su funcioacuten y si no se lleva a cabo un cambio oportuno se produce un efecto en cadena que en pocos metros de excavacioacuten puede resultar en una cantidad muy elevada de elementos dantildeados o incluso en dantildeos en la estructura de acero de la rueda de corte

Las medidas adoptadas para minimizar estos riesgos fueron

bull Instalacioacuten de un detector de metales en la banda trans-portadora con el fin de identificar partes de discos de corte desprendidas por el dantildeo en los mismos

bull Control visual de la rezaga en la banda transportadora con objeto de identificar la presencia de mayor o menor porcentaje de roca y su calidad en base a la cantidad y tamantildeo de los fragmentos

bull Ajuste de los paraacutemetros de operacioacuten (penetracioacuten revo-luciones de giro de la rueda de corte y fuerza de contacto)

b) Fallas geoloacutegicas

Durante la excavacioacuten de los tuacuteneles se atravesaron muacuteltiples fallas geoloacutegicas caracterizadas por discontinuidades de varios centiacutemetros de abertura varias de las cuales se encontraron de forma inesperada (Figura 4) En estas condiciones los escudos no pueden trabajar en condiciones presurizadas Ello impide el adecuado acondicionamiento de la rezaga con espumas pues al inyectarlas se escapan por las discontinuidades y no se mezclan con la rezaga Ademaacutes por el mismo motivo la inyeccioacuten de mortero que se realiza en el extradoacutes de los anillos de dovelas no puede llevarse a cabo de forma eficaz Una inadecuada inyeccioacuten de mortero en el extradoacutes de las

Figura 4 Discontinuidad encontrada en el TIMT Izquierda vista en direccioacuten contraria al avance de la tuneladora derecha vista del frente de excavacioacuten

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Artiacuteculo

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muestran las presiones en distintos niveles de la caacutemara de excavacioacuten) La consistencia de la rezaga se consiguioacute controlar de tal forma que se formoacute un sello en el tornillo sinfiacuten que permitiacutea controlar las presiones en la caacutemara de excavacioacuten sin peacuterdidas de presioacuten

bull Acondicionamiento del terreno mediante la inyeccioacuten combinada de espumas poliacutemeros y suspensiones de bentonita (esquema en la Figura 7) La Figura 8 muestra el aspecto de la rezaga con una consistencia plaacutestica sin derrames descontrolados trabajando con presiones EPB de 4 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 5 Fluidificacioacuten de la rezaga por presencia de flujos elevados de agua (arriba) y desborde de la banda transportadora (parte superior izquierda) con el consecuente derrame de rezaga en la parte inferior del escudo (parte inferior derecha)

Figura 6 Presiones de operacioacuten en la caacutemara de excavacioacuten (PT1 a PT6) y formacioacuten de un sello en el sinfiacuten Figura 9 Esquema de las campantildeas de reinyecciones para reducir los flujos de agua provenientes de la parte trasera del escudo

Figura 7 Esquema de acondicionamiento en combinacioacuten con la inyeccioacuten de aire comprimido en condiciones de elevadas presiones de agua

Figura 8 Extraccioacuten controlada de rezaga plaacutestica por el tornillo sinfiacuten con material acondicionado formando un sello en el sinfiacuten con una presioacuten EPB de 4 a 5 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 10 Intervencioacuten en la caacutemara excavacioacuten en condiciones atmosfeacutericas mediante inyecciones en el extradoacutes del escudo

d) Intervenciones en la rueda de corte con elevados flujos de agua en roca fracturada

En los tramos de roca con mayores iacutendices de meteorizacioacuten y fracturamiento y elevadas presiones y flujos de agua suele ser demasiado arriesgado y de hecho praacutecticamente imposible llevar a cabo intervenciones en la rueda de corte en condi-ciones hiperbaacutericas para la revisioacuten de herramientas Por lo tanto el acceso a la caacutemara de excavacioacuten soacutelo era posible en condiciones atmosfeacutericas En estas condiciones con elevados flujos de agua fluyendo hacia la caacutemara de excavacioacuten tanto desde el frente de excavacioacuten como desde la zona trasera del escudo el trabajo de revisioacuten y cambio de herramientas no solo es peligroso sino tambieacuten muy laborioso y lento

Dado que los flujos desde el frente soacutelo se pueden evitar mediante equipos de sondeo y preinyeccioacuten hacia adelante (cuya implementacioacuten no es viable en la cantidad necesaria en escudos EPB) soacutelo es posible reducir o eliminar los flujos de agua que provienen de la parte trasera del escudo En este caso para lograrlo se llevaron a cabo inyecciones combinadas de mortero mezclas de lodo-cemento y espumas de poliuretano a traveacutes de los anillos de dovelas a fin de bloquear el paso de agua (Figuras 9 y 10)

dovelas provoca deformaciones no deseadas del revestimiento de dovelas debido a la falta de confinamiento de los anillos

c) Elevados flujos de agua y fluidificacioacuten de la rezaga

En la excavacioacuten de tuacuteneles con maacutequinas EPB es importante tener bajo control la consistencia del material de rezaga En el caso del TIMT los elevados flujos de agua encontrados se mezclaban con la rezaga fluidificaacutendola en exceso Una rezaga demasiado liacutequida causa varios problemas como son

bull Imposibilidad de controlar las presiones EPB debido a que el material en la caacutemara de excavacioacuten es demasiado liacutequido para permitir una transmisioacuten de presiones al frente de excavacioacuten Sin un control activo de presiones EPB no es posible contrarrestar la presioacuten de agua actuante y ademaacutes existe el riesgo de sobreexcavacioacuten

bull Sin un control activo sobre la presioacuten del material de rezaga en la caacutemara de excavacioacuten se producen expulsiones descontroladas a presioacuten por el tornillo sinfiacuten que impiden un avance continuo del escudo que debe interrumpirse continuamente y ademaacutes provocan el desborde de ma-terial extraiacutedo en la banda transportadora El desborde de rezaga causa largos tiempos de parada para limpiar la zona inferior del escudo donde deben instalarse las dovelas debido a la acumulacioacuten de material

bull El transporte del material de rezaga hacia el vertedero se torna muy lento ya que los camiones no pueden llenarse

Durante la obra algunos tramos largos tuvieron que excavarse en estas difiacuteciles condiciones La Figura 5 ilustra fotografiacuteas de la fluidificacioacuten de la rezaga

Con objeto de reducir los flujos de agua del terreno hacia la caacutemara de excavacioacuten se llevaron a cabo las siguientes medidas

bull Aumento de la presioacuten en la caacutemara de excavacioacuten con la ayuda de aire comprimido con objeto de mantenerla por encima de la hidrostaacutetica Esto permitioacute avanzar el escudo con hasta 50 bar de presioacuten en la caacutemara de forma continua y sin interrupciones tal como muestran las lecturas de presiones en la Figura 6 (las liacuteneas PT1 a PT6

Acondicionamiento con espumas y suspensioacuten de bentonita en la rueda de corteInyecciones de suspensioacuten de bentonita en el tornillo sinfiacutenInyeccioacuten de poliacutemero a traveacutes del mamparo estancoInyeccioacuten de espumas en la caacutemara de excavacioacuten

Air

2

2

1

1

3

3

4

4

000

500

1000000

200

400

600

000

1000

2000

[rpm

]

[bar

] [bar]

[]

[bar]

1550

Revoluciones SinfinPT2 PT3 PT4 PT5 PT6PT1 Presioacuten Agua Terreno

1555 1600 1605 1610 1615 1620 1625

Maidl Tunnelconsultants GmbH amp Co KGLlenado CaacutemaraPresioacuten SinfinPT Atras Sinfin

1 2 3 4 5 6 987 161514131211

Reinjection of grout+

Polyiurethane foam injections

Injection of hardening mud+

Polyiurethane foam injectionsTestigo de inyeccioacuten

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Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

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La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

30 31

Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

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Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

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34 35

Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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36 37

Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

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71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

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40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

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08 12 16 2

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P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

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0 08060402 1

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P(Fslt1)=100

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ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

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SEMBLANZA

Dr Humberto Juan Francisco Marengo MogolloacutenHumberto Juan Francisco Marengo Mogolloacuten es Doctor en Ingenieriacutea Civil con especialidad en Hidraacuteulica por la Facultad de Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico Actualmente es profesor del Instituto Politeacutecnico Nacional y de la Facultad de Ingenieriacutea de la UNAM donde ha prestado sus servicios de 1985 hasta la fecha Fue fundador de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Hidraacuteulica en la Universidad Juaacuterez Autoacutenoma de Tabasco donde se desempentildeoacute como profesor e investigador de 1978 a 1980 Tambieacuten ha sido catedraacutetico de la Universidad Iberoamericana del Instituto Tecnoloacutegico Regional de Villahermosa del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Monterrey (Unidad Chiapas) y de la Universidad Autoacutenoma de Chiapas Con motivo del trabajo de docencia e investigacioacuten aplicada en la ingenieriacutea civil fue distinguido por el CONACYT como Investigador Nacional Nivel I posicioacuten que ocupa desde 1998 a la fecha

Su trayectoria profesional comenzoacute en el antildeo 1974 en CIEPS Ingenieros Consultores y Proyectistas como disentildeador de obras hidraacuteulicas En el antildeo 1980 comenzariacutea su colaboracioacuten con la Comisioacuten Federal de Electricidad interviniendo en Chiapas en el disentildeo y construccioacuten de los proyectos hidroeleacutectricos Chicoaseacuten Pentildeitas y Temascal Ampliacioacuten Durante el periodo de 1984 a 1996 ocupoacute los cargos de Auxiliar Teacutecnico Jefe de la Disciplina de Normalizacioacuten y Proyectos Especiales y Jefe de Proyecto teniendo bajo su responsabilidad los proyectos de Temascal Ampliacioacuten (Oaxaca) Agua Prieta (Jalisco) y Zimapaacuten (Hidalgo) De 1996 al 2002 ocupoacute el cargo de Gerente Teacutecnico de Proyectos Hidroeleacutectricos en CFE y a partir del antildeo 2003 y hasta marzo de 2014 ocupoacute el puesto de Coordinador de Proyectos Hidroeleacutectricos teniendo bajo su responsabilidad la planeacioacuten disentildeo y construccioacuten de los proyectos hidroeleacutectricos que la CFE desarrolloacute en Meacutexico y el extranjero en los uacuteltimos 20 antildeos Del 2014 al 2015 ocupoacute el cargo de Subdirector de Proyectos y Construccioacuten teniendo bajo su responsabilidad el disentildeo y construccioacuten de toda la infraestructura eleacutectrica que implementoacute la Comisioacuten Federal de Electricidad en el paiacutes

A lo largo de 35 antildeos de trayectoria en la Comisioacuten Federal de Electricidad y 45 como ingeniero civil ha ganado el prestigio y reconocimiento de nuestro gremio por su destacada praacutectica profesional sustentada en una soacutelida preparacioacuten acadeacutemica y una tenacidad a toda prueba que le ha llevado a impulsar y participar de forma decidida en el desarrollo de grandes obras de infraestructura como presas proyectos hidroeleacutectricos y de infraestructura eleacutectrica que hacen posible el desarrollo nacional y propician beneficios sociales trascendentes ademaacutes de transmitir sus conocimientos a diversas generaciones de alumnos tanto en el nivel profesional como en el de posgrado Fue aceptado como acadeacutemico titular por la Academia Mexicana de Ingenieriacutea en 1998 y forma parte de la Academia Mexicana de Ciencias desde 1999

Gremialmente se ha desempentildeado como director de confe-rencias y publicaciones de la Asociacioacuten Mexicana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas como Vicepresidente de la Sociedad Internacional de Presas de Enrocamiento con Cara de Con-creto como Vicepresidente del CICM como Presidente de la Asociacioacuten Mexicana de Hidraacuteulica y como Vicepresidente de la Academia de Ingenieriacutea para el periodo 2010-2012 y Presidente de la misma en el periodo 2012-2014 Dentro de la organizacioacuten del ICOLD (con sede en Paris Francia) ha sido nombrado desde 2010 parte integrante de los comiteacutes ldquoHydraulics for Damsrdquo y ldquoFlood Evaluation and Dam Safetyrdquo y desde 2015 dicha orga-nizacioacuten lo ha nombrado presidente para las Ameacutericas (INCA)

A raiacutez de su retiro de la CFE se ha dedicado a la Consultoriacutea en el extranjero La Compantildeiacutea Eleacutectrica del Ecuador (CELEC) lo ha nombrado Consultor General Especialista en los proyectos Coca-Codo Sinclair Quijos Abitagua Alto Guayllabamba Toachi Pilatoacuten Delsitanisagua y Mazar-Dudas Lombardi Engeenering Ltd lo ha nombrado Consultor Especialista en Presas de Enro-camiento con Cara de Concreto para los proyectos Chagla en Peruacute y Tepomaacuten Recientemente (2017-2018) la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial (WMO) lo ha nombrado como Consultor Especialista en presas y temas afines laborando con la CONA-GUA en diversos temas de seguridad y construccioacuten de presas y sedimentacioacuten mientras que la organizacioacuten encargada de la construccioacuten del Nuevo Aeropuerto de la Ciudad de Meacutexico (2018) lo nombroacute Consultor Especialista en materia de hidraacuteulica e hidrologiacutea para las obras de drenaje de dicho proyecto

TUacuteNELESE N M Eacute X I C O

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Mejor libro del antildeo de Ingenieriacutea Civil

Premio Javier Barros Sierra

2013

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El tuacutenel de Vielha fue inaugurado en mayo de 1948 a casi 22 antildeos de haberse iniciado su construccioacuten 47 antildeos despueacutes de la presentacioacuten de la primera versioacuten del proyecto (concebido originalmente para ferrocarril) y luego de una larguiacutesima historia de aislamiento y olvido del pueblo araneacutes cercado desde siempre por la barrera pirenaica y de espaldas a su propia nacioacutenHacia la segunda mitad del siglo XIX las uacutenicas salidas de la Val drsquoAran hacia Espantildea eran dos rupestres caminos de herradura que cruzaban por los puertos de La Bonaigua al Pallars Sobiragrave y de Vielha a la Alta Ribagorccedila los cuales se bloqueaban por las nieves durante buena parte del antildeo y que para aquel entonces comenzaron a resultar insuficientes para el desarrollo comercial e industrial de la eacutepoca Las necesidades de comunicacioacuten entre pueblos cada vez maacutes acentuadas y las naturales ansias de modernizacioacuten de los habitantes del valle haciacutean imprescindible una pronta solucioacuten a tan terrible aislamiento

El Tuacutenel de VielhaLa gran aspiracioacuten del pueblo araneacutes

Las aneacutecdotas que narran la historia del tuacutenel de Vielha desde su concepcioacuten hasta la terminacioacuten de la obra son quizaacutes las maacutes intensas y emocionantes de todos los tuacuteneles pirenaicos En el libro Memoria acerca del Valle de Araacuten escrito en 1878 por M Maacuterquez Peacuterez de Aguiar encontramos interesantes descripciones y referencias que dan una buena idea de la situacioacuten que viviacutea entonces el pueblo araneacutes

() Para penetrar este paiacutes forzoso es hacerlo por Francia puesto que por la peniacutensula es dificultoso y expuesto aacute desgracias en invierno

Las penurias del viaje quedan bien documentadas en el texto

() En el periacuteodo invernal los puertos y sus infernales caminos no ofrecen mas que hielos nieves charcos soledad tristeza desamparo y aacute mas de un viajero la muerteA medida que uno va internaacutendose en los puertos cre-cen las dificultades porque alliacute se acumulan inmensas capas de nieve que hacen perder todo rastro salvadorEn invierno es imprudente atravesar los puertos cau-sa dolor ver el servicio de correos por peatoacuten y ver la dotacioacuten miserable que reciben por su trabajo los encargados de aquelEl paso del puerto de Benasque es realmente imposible El de Viella ofrece tan triste celebridad como los anterio-res Solo hay pues dos viacuteas faacuteciles de entrada en el Valle de Araacuten a saber la del Pont du Roi y la del Portillon() Diacutecese en el paiacutes que cuando hay muchiacutesima nieve amontonada en determinados parajes es necesario evitar hablar en voz alta El viajero debe hacerse en-tender por sentildeas El eco algo fuerte de la voz produce desprendimientos y estos desgracias

En la eacutepoca de nieves la circulacioacuten de mercanciacuteas se hace poco menos que imposible y forzoso es acudir en demanda de artiacuteculos de primera necesidad a pueblos vecinos franceses

M Maacuterquez Peacuterez de Aguiar cita el Diccionario Geograacutefico de Pascual Madoz en el cual se cuenta que en 1843

() unos traficantes en ganado mular tuvieron la nece-sidad de pasar uno de los puertos El diacutea se presentaba claro y con un horizonte apacible No se notaba el menor indicio de tempestadCuando se hallaban en lo alto del puerto el sol se os-curecioacute cambioacute el tiempo y aacute pocos instantes sobrevino una fuertiacutesima nevadaNacioacute el riesgo tras de eacutel la fatiga y por uacuteltimo el des-aliento de los muleros Se presentoacute un fuerte torbellino que comprometioacute maacutes la situacioacuten de aquellos desgra-ciados y ya muy cerca de Tredoacutes tuvieron que abandonar las caballeriacuteasEra ya tarde Las fuerzas se habiacutean agotado el camino perdido se dispersaron en seguida y el resultado fue que cuatro murieron enterrados en la nieveEl otro compantildeero pudo ganar el pueblo al que llegoacute casi moribundo y habriacutea muerto de no acudir en so-corro suyo los caritativos vecinos de aquella humilde y honrada aldea

Maacuterquez continuacutea el capiacutetulo de forma auacuten maacutes expresiva

() iexclOh Los puertos de Bonaigua y Viella son los pasos terribles que encierran estadiacutesticas necroloacutegicas de las maacutes cruelesiexclCuantas veces marchando sobre aquellos oceacuteanos de

nieve y hielos dejamos bajo el peso de nuestras plan-tas el cadaacutever del amigo oacute compantildeero que habiendo acelerado el paso y adelantaacutendose demasiado cayoacute al suelo sepultaacutendose para no volver a aparecer

Raro es el invierno que no hay que lamentar desgracias

Por aquel entonces la explotacioacuten minera en la Val drsquoAran (hoy totalmente inexistente) habiacutea adquirido un auge importante se explotaban diversas minas de plomo zinc hierro y carboacuten Y en torno a estas actividades comenzaron a gestarse los planes de construccioacuten de una liacutenea feacuterrea desde Francia que permitiera la extraccioacuten del mineral de una forma maacutes eficiente ya que hasta entonces se habiacutea realizado mediante procedimientos muy rudimentarios

De forma natural e inevitable las tendencias de los habitantes del valle se inclinaban cada vez maacutes hacia el paiacutes vecino y esto se manifestaba en la actividad diaria en las relaciones entre pueblos y comunidades y en el propio dominio de la lengua francesa La Diputacioacuten a traveacutes de la Junta Central de Carre-teres emprende una poliacutetica de comunicaciones que llevariacutea la carretera a Tremp en 1884 a La Pobla de Segur en 1887 a Sort en 1891 de Vielha a Tredograves (como parte del proyecto de enlace con Esterri drsquoAacuteneu por el puerto de la Bonaigua) en 1910 a Esterri en 1920 a la Bonaigua en 1924 y al Pont de Suert en 1934

A comienzos del siglo XX la figura del candidato por el partido liberal Emili Riu i Periquet domina el escenario poliacutetico del distrito Sort-Vielha Riu consiguioacute en sucesivas elecciones representar en el Congreso Nacional a las dos comarcas y desde esta posicioacuten tratoacute de favorecer al territorio promoviendo una serie de proyectos que impulsariacutean la vida econoacutemica del Pallars y de la Val drsquoAran como la carretera de Sort a la Val por Esterri la liacutenea del Pallaresa o las centrales hidroeleacutectricas de la Val de Capdella

Naciacutea con fuerza la aspiracioacuten de comunicacioacuten constante y directa con el territorio espantildeol que tuvo como uno de sus primeros protagonistas al ingeniero Luiacutes Rouviere autor del proyecto del Ferrocarril de Lleida a Leacutes por la Noguera-Riba-gorccedilana presentado en el antildeo 1901 trabajo al que se dice consagroacute sus estudios su actividad y toda su fortuna

Sobre este proyecto escribe en 1902 el ingeniero militar Gimeacutenez Llena en un informe sobre ferrocarriles estrateacutegicos

ldquoEl estado debe poner todo su esfuerzo para que a toda costa y cualquiera que fuere el presupuesto_de cons-truccioacuten del tuacutenel que hubiera de atravesar el Pirineo se uniese por ferrocarril a Vielha con Leacuterida que seriacutea lo mismo que traer a la vida nacional a los espantildeoles del Valle de Araacuten con ello se obtiene la incorporacioacuten estable y permanente del Valle de Araacuten al resto de Es-pantildea y se dota a Espantildea del uacutenico ferrocarril ofensivo que pueda poseer en el Pirineo nuestra nacioacutenrdquo

A pesar de todo el proyecto fue archivadoMaacutes tarde entre 1909 y 1910 los 18 alcaldes (batlles) de

los municipios araneses desempolvan el documento y solicitan formalmente al Ministerio de Fomento la inclusioacuten del ferrocarril eleacutectrico de Lleida a Les por el Port de Vielha Esta vez el esfuerzo tampoco fue correspondido

Ya bajo el gobierno del Directorio Militar de Miguel Primo de Rivera en mayo de 1924 el rey Alfonso XIII concede a los alcaldes una entrevista en Barcelona la cual ellos ven como una gran oportunidad puesto que ademaacutes ya estaba prevista una pronta visita suya a la Val drsquoAran para inaugurar la recieacuten terminada carretera del Port de la Bonaigua

Los diacuteas 6 y 7 de julio Alfonso XIII visita la Val drsquoAran y los

Ing Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

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araneses no titubean en pedir emotivamente la apertura de un paso practicable todo el antildeo El tuacutenel queremos el tuacutenel clamaban todos desde Tredograves hasta Pontaut El capellaacuten y poeta araneacutes Mossegraven Rafel Nart y el poliacutetico Eduardo Aunograves Peacuterez dedicaron un poema al tuacutenel manifestando la metaacutefora de una princesa encantada y un rey que la debiacutea desencantar

Condes de Saint Gironis y de ComingesQuisieron desposarlaSigue hermosa falaces le deciacuteanel curso de tus aguasastro de gloria alumbraraacute tu frentereina de la montantildeasy bella entre las bellas ricas floreshollaraacutes por alfombra de tus plantasNegoacutese la Princesa que se muerepor las brisas y caacutermenes de Espantildea

Esos ayes fatiacutedicos del vientoson tal vez los lamentos de las almasde pobres caminantes que perecen en los puertos de Vielha y de la Bonaigua

Si de Merliacuten el magocautiva ahora estaacutede Espantildea un rey famosola desencantaraacute

Y el muro de estos montes que van al firmamentoa contemplar soberbios de Dios el mismo asientoel maacutegico conjuro del rey perforaraacutey redimida entonces la gran tierra aranesadesde el balcoacuten sublime radiante la Princesalos caacutermenes de Espantildea por fin contemplaraacute

Sarraera Montardo y Furcanadagigantes de granito que vigilanlas fronteras sagradas de la patria

Subiendo por los montes soberanosen portentosa cuaacutedrigade invisibles caballos y velocescomo el viento veniacutea el Rey de EspantildeaSentildeor Rey los aranesesaunque humildes no son pariasa vuestros pies finojadaallaacute en el puerto de Vielhanecesito una ventanapara librarme del hambrey verme con mis hermanasRey Alfonso Rey Alfonsopor piedad esa ventanamirad el puerto de Vielhacon su corona de plataparece una flor de lisdel blasoacuten de vuestra casa

A la vez el Rey le responde

Princesa de este valle le deciacuteatendraacutes esa ventanaen el muro soberbio de tus montespara asomarte a Espantildea

Alfonso XIII puso su empentildeo en que la obra comenzara cuanto antes y el Directorio plasmoacute la idea con gran rapidez de tal suerte que en noviembre de 1925 fue adjudicada a la empresa de los hermanos Eduardo y Joseacute Segura con un presupuesto de 10693000 de pesetas y un compromiso de terminar la obra en 1930

Respecto a la adjudicacioacuten cabe destacar algunos aspectos importantes Cerca de la fecha de la celebracioacuten de la subasta ya se sospechaba que eacutesta seriacutea declarada desierta Los gran-des contratistas consideraban la obra muy difiacutecil o entendiacutean que el marco de beneficio que podriacutea reportar era insuficiente

Figura 1 El rey Alfonso XIII

Figura 2 Escenas de la visita del rey

El abogado y publicista Joseacute Bertrans Solsona en su libro Valle de Araacuten (Suiza Espantildeola) escrito en 1928 y conservado en el Musegraveu Etnologravegic dera Val drsquoAran narra con detalle muchos de los acontecimientos y vicisitudes que tuvieron lugar en torno al inicio de los trabajos de perforacioacuten del tuacutenel Respecto a la adjudicacioacuten de los trabajos de construccioacuten nos cuenta

() Nadie (los contratistas) pensaba en poner algo de su parte para secundar las nobles iniciativas y desve-los para dar realidad a lo que constituiacutea ya un anhelo nacional y prestigiosos araneses realizaban gestiones desesperadas para evitar el derrumbamiento de sus maacutes caras ilusiones porque si se declaraba desierta la subasta se aplazaba sine die la solucioacuten del problema

Cuenta Beltrans que el diputado provincial don Francisco Deoacute y Deoacute propuso a los hermanos Segura modestos contratistas si se comparan con las grandes sociedades dedicadas a esas industrias participar en la licitacioacuten Ellos despueacutes de pensarlo detenidamente consideraron factible la realizacioacuten del proyecto Aceptaron y finalmente el concurso les fue adjudicado como uacutenicos postores

No deja de resultar interesante el lenguaje de exaltacioacuten nacionalista utilizado por Beltrans quizaacutes impulsado entre otras cosas por el fervor ideoloacutegico de una Espantildea muy dividida poliacuteticamente Refirieacutendose a los contratistas Segura afirma

() despueacutes de meditar con gran detenimiento el pro y el contra que representaba la realizacioacuten del proyecto acaso superior a sus fuerzas inspirados por un opti-mismo que soacutelo puede engendrar el valor positivo de una raza que ha llegado a dominar el mundo con el desprecio maacutes absoluto de la resolucioacuten de los demaacutes firmaron el pliego de condiciones

Otro ejemplo curioso del muy personal trazo que el cronista da a su narracioacuten lo encontramos en el extracto del capiacutetulo en que describe la situacioacuten de los araneses los antildeos anteriores a la construccioacuten del tuacutenel

() Valedores que apoyaban sus justas pretensiones no faltaban a los sufridos araneses pero en aquellas eacutepocas Espantildea sufriacutea un tan gran desquiciamiento moral que ahogaba las justas necesidades con satisfacciones de insanos egoiacutesmos y bajas concupiscencias

El tuacutenel de Vielha ya para entonces llamado Tuacutenel Alfonso XIII tal como fue originalmente proyectado por la Jefatura de Ferrocarriles del Nordeste de Espantildea teniacutea un ancho a nivel de explanada de 390 metros y un gaacutelibo de 60 m dimensiones justas para el tren eleacutectrico de viacutea de un metro una longitud de 5240 m y una pendiente de cerca del 5 Teniacutea contemplado un apartadero de 250 metros a la mitad del tuacutenel para permitir el cruce de trenes

La perforacioacuten del tuacutenel comenzoacute en diciembre de 1926 paralelamente a la construccioacuten de la carretera de acceso de Vielha a la boca norte En aquel mismo antildeo se habiacutea decidi-do que el proyecto de ferrocarril por el valle de la Noguera Ribagorccedilana era inviable y que el problema de comunicacioacuten de la Val drsquoAran teniacutea que solucionarse con mayor rapidez El presupuesto fue asignado a carreteras a pesar de la inconfor-midad manifestada por los 18 alcaldes de la Val y de la peticioacuten hecha al rey de que ordenara devolver el citado presupuesto a ferrocarriles

1928 fue un antildeo importante para las obras del tuacutenel En primer lugar fue puesta en servicio la central del riacuteo Nere la

cual proporcionoacute energiacutea y luz a la construccioacuten Por otra parte en verano el ministro de gobernacioacuten General Martiacutenez Anido visitoacute las obras y decidioacute que el tuacutenel deberiacutea tener un ancho de calzada de siete metros con lo que quedoacute totalmente estable-cido que seriacutea destinado a carretera Probablemente la primera versioacuten del proyecto para carretera la del ingeniero Ramoacuten Martiacutenez de Velasco date de aquella eacutepoca Dicho proyecto fue reformado y convertido en definitivo por el ingeniero Felipe Cabredo Muro quien ademaacutes dirigioacute la obra hasta su final en 1948 junto con la importante ayuda y presencia fiacutesica en obras del ingeniero Juan Montantildeeacutes Pascual

Figura 3 Mapa de 1928 que ya incluye la ubicacioacuten del tuacutenel

Figura 4 Inicio de las obras en la boca norte

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El clima social y poliacutetico de Espantildea a principios de la deacute-cada de los 30 no favorecioacute los trabajos de construccioacuten del tuacutenel En enero de 1933 ya instaurada la Segunda Repuacuteblica el Ministerio de Fomento suspendioacute los trabajos los cuales se retomaron en noviembre del mismo antildeo Maacutes tarde el comiteacute de trabajadores incautoacute las obras y poco despueacutes fue asesinado en Barcelona el contratista Joseacute Segura

Pasaron seis antildeos para que se reiniciaran los trabajos Esta vez ademaacutes de los obreros contratados se emplearon prisio-neros de la Guerra Civil En una entrevista para el perioacutedico

La Vanguardia el ingeniero Cabredo contaba

() Actualmente se cuenta con la colaboracioacuten de prisioneros de guerra facilitados por el Capitaacuten general de la Cuarta Regioacuten don Luis Orgaz que perciben el mismo jornal que los obreros libres El Estado se hace cargo del dinero que se distribuye dando una parte a la familia del prisionero y el resto en mejorar el trato de eacuteste

Fermiacuten Monge Busquet que para el antildeo 2000 teniacutea 84 antildeos y viviacutea en Aubert comenzoacute a trabajar en el tuacutenel de Vielha en 1931 con tan soacutelo 15 antildeos Eacutel cuenta que ldquoal principio abriacutea-mos el boquete a golpe de pico y maza ya que no habiacutea otras herramientas Yo era frenista es decir me ocupaba de sacar la piedra del tuacutenel con un convoy de 24 vagones que debiacutea ir fre-nando manualmente para que no cogiera velocidad y volcarardquo

La construccioacuten del tuacutenel de Vielha significoacute superar obstaacute-culos naturales mucho maacutes difiacuteciles y peligrosos que los que en un principio se habiacutea imaginado Ademaacutes de la dura excavacioacuten en caliza y granito se cruzaron tramos importantes de pizarra muy alterada y zonas de falla donde la roca estaba totalmente descompuesta En toda la longitud del tuacutenel el agua se filtraba en grandes torrentes y en una ocasioacuten los trabajadores del avance perforaron un manto freaacutetico lo cual causoacute un enorme caudal que se llevoacute consigo vagonetas herramientas vigas y todo lo que encontroacute a su paso Varios diacuteas despueacutes cuando se consiguioacute canalizar el agua por la galeriacutea de avance pasaba un caudal de 4000 litros por segundo En octubre de 1931 se produjo un gigantesco desprendimiento de arcillas barrosas que tuvo a los obreros trabajando en seis turnos diarios du-rante catorce meses para pasar la galeriacutea de avance un tramo de 200 metros soportando el terreno con elementos de gran resistencia

Antes de unir los dos frentes la galeriacutea de la boca norte alcanzoacute los 4500 metros de profundidad por lo que fue ne-cesario instalar potentes maacutequinas de extraccioacuten de aire a fin de que se pudiese trabajar dentro

En total se excavaron unos 350000 metros cuacutebicos de roca de revestimiento hecho de mamposteriacutea y hormigoacuten se cons-truyeron unos 125000 metros cuacutebicos se emplearon unas 200 toneladas de dinamita de alto rendimiento en ambas bocas se construyeron verdaderos pueblos para albergar a los obreros cuyo nuacutemero fluctuoacute entre 200 y 600 ademaacutes de sus familias

Figura 5 Traccioacuten animal al comienzo de las obras

Figura 6 Barrenadora empleada en la construccioacuten del tuacutenel

Figura 7 Primer coche que cruza el tuacutenel el del ingeniero Felipe Cabredo

Figura 8 Boca sur en los antildeos setenta

El 26 de enero de 1941 un diario de Barcelona publicaba la siguiente nota

En la tarde de ayer quedoacute totalmente perforado el tuacutenel que une el Valle de Aran con el resto de EspantildeaLeacuterida 25 (Exclusivo de Logon) ndash Esta tarde a las dos y quince minutos un poderoso barreno de dinamita ha hecho saltar el uacuteltimo diafragma rocoso que separaba a los obreros mineros que de una y otra parte trabajaban en la perforacioacuten del tuacutenel de Vielha

La coincidencia de los dos frentes de ataque habiacutea sido perfecta un diacutea antes se lanzoacute una sonda tubular que comproboacute la precisioacuten del trabajo que habiacutean realizado los ingenieros topoacutegrafos y a traveacutes de dicho tubo se establecioacute la primera conversacioacuten entre los trabajadores de ambos lados El viernes 25 hicieron explosioacuten los cartuchos que derribaron el delgado muro de granito en presencia del entonces ingeniero jefe de Obras Puacuteblicas de Leacuterida don Luis Saacutenchez Ocantildea el ingeniero director de las obras del tuacutenel don Felipe Cabredo Muro los contratistas y alto personal de las obras

() Espontaacuteneamente se ha proclamado la jornada de hoy diacutea de gran fiesta y araneses y ribagorzanos se han lanzado a las calles cubiertas por una importante capa de nieve y han organizado grandes comilonas conciertos vocales o instrumentales y otros festejos

Desde las montantildeas vinieron cortejos que precedidos por bandas de muacutesicos entraron al tuacutenel por ambas bocas se despacharon varios barriles de vino embuti-dos y demaacutes comestibles en medio de una gran alegriacuteaFermiacuten Monge recuerda ldquo() Yo debiacutea conducir los vagones que en esta ocasioacuten iban llenos de gente Pero ese diacutea me pusieron a repartir vino con un bocoy de 12 pellejos Todos veniacutean con cubos y vasijas para llevarse vino a casardquoFaltaron todaviacutea siete antildeos de trabajos de construccioacuten para que en 1948 pasaran los primeros vehiacuteculos La inauguracioacuten fue en el mes de mayo y a la celebracioacuten asistieron autoridades civiles y militares personal del Ministerio de Obras Puacuteblicas y el pueblo en general

El tuacutenel de Vielha-Alfonso XII no tuvo el aspecto que hoy en diacutea vemos hasta maacutes de 20 antildeos despueacutes luego de importantes trabajos de pavimentacioacuten impermeabilizacioacuten iluminacioacuten etceacutetera

Figura 9 Aspecto del interior del tuacutenel pocos antildeos despueacutes de su inauguracioacuten

Figura 10 Trabajos de impermeabilizacioacuten en los antildeos posteriores a la apertura

Un bocoy era un barril y un pellejo (de carboacuten) equivaliacutea a 60 litros

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Artiacuteculo

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Principales desafiacuteos en la excavacioacuten del bituacutenel para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Ing Jorge Antonio Pereyra Vargas Responsable de Ingenieriacutea

ICA ndash COTRISA

Ing Leonardo Guzmaacuten Leoacuten Director de Apoyo Teacutecnico en Puentes y Estructuras Especiales

Direccioacuten General de Carreteras SCT

El Tren Interurbano Meacutexico - Toluca seraacute un sistema de transporte moderno que conectaraacute de manera segura y eficiente el Valle de Toluca y la zona poniente de la Ciudad de Meacutexico atendiendo la problemaacutetica de conectividad y congestionamiento vial que se presenta entre estas dos zonas urbanas El recorrido de 58 km contaraacute con 6 estaciones dando servicio a 230 mil pasajeros por diacutea conectaacutendose con el sistema de transporte colectivo metro de la Ciudad de Meacutexico

El Tramo II de este proyecto se desarrolla en el poniente del Valle de Meacutexico en el liacutemite geograacutefico entre la alcaldiacutea Cuajimalpa de la Ciudad de Meacutexico y el municipio de Ocoyoacac en el Estado de Meacutexico para atravesar la Sierra de las Cruces se contempla la construccioacuten de un bituacutenel de 47 km de longitud a profundidades que van de los 15 a 136 m manteniendo en la mayor parte del recorrido una pendiente del 4 con un diaacutemetro de excavacioacuten de 856 m

Caracteriacutesticas de las maacutequinasPara la excavacioacuten de los tuacuteneles se uti-lizaron dos escudos de presioacuten de tierra convertibles (modo abierto ndash modo cerra-do) del fabricante alemaacuten Herrenknecht con las siguientes caracteriacutesticas

Diaacutemetro excavado 857 m

Longitud TBM 1200 m

Longitud Total con Tren de Servicio

13300 m

Peso total (TBM+Backup) 1500 Ton

Empuje maacuteximo 84235 kN

Potencia eleacutectricainstalada

5200 kW

Giro de la Rueda 0 a 42 rpm

Condiciones geoloacutegicas encontradas durante la construccioacutenLa geologiacutea de la regioacuten estaacute compuesta por derrames andesiacuteticos con diferentes tipos de alteracioacuten como cloritizacioacuten ar-gilitizacioacuten y oxidacioacuten brechas heterogeacute-neas tobas liacuteticas y de ceniza afectadas por muacuteltiples fallas geoloacutegicas y diversos sistemas de fracturamiento bajo el nivel freaacutetico se alcanzaron cargas hidrostaacuteticas de hasta 6 bares La disposicioacuten y propor-cioacuten de los materiales asiacute como sus nive-les de alteracioacuten se fueron afinando con la ampliacioacuten de la campantildea de exploracioacuten y en funcioacuten del registro realizado durante el seguimiento al proceso de la excavacioacuten y los frentes observados en las TBM Este seguimiento geoloacutegico tambieacuten permitioacute identificar sistemas de fracturamiento y fallas geoloacutegicas adicionales a las pro-yectadas inicialmente

Descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica

A continuacioacuten se presenta la descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica de los materiales observados durante la excavacioacuten de los tuacuteneles

Traquiandesita Roca de color gris os-curo de estructura compacta y textura microcristalina con tonalidades rosaacuteceas y rojizas constituidas por plagioclasa an-fiacuteboles y piroxenos embebidos en una matriz viacutetrea

Geoteacutecnicamente este material pre-senta en promedio para la roca intacta un peso volumeacutetrico de 2201 kgm3 un contenido de agua (w) de 166 una re-sistencia a la compresioacuten simple (RCS) 65 MPa un moacutedulo de deformabilidad (Et 50) de 13095 MPa y una resistencia

Figura 1 Alineamiento del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Figura 2 Ubicacioacuten del Bituacutenel

Figura 3 TBM iniciando excavacioacuten en Portal Oriente

Estado de Meacutexico

CDMX

Portal de entrada

A Meacutexico

A Toluca

Portal de salida

Eje de tuacutenel

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generalmente es moderado la estructura de la roca es continua en la mayor parte del macizo rocoso con una resistencia a la compresioacuten simple de 90 MPa una densidad seca de 206 kgm3 un valor de cohesioacuten igual al de la roca sana (07 MPa) y un aacutengulo de friccioacuten de 47deg Sin embargo se observaron frentes altamente meteorizados con maacutes de la mitad de roca que lo conforma desintegrada pero con-servando su estructura original este hecho repercute directamente en la resistencia a la compresioacuten simple descendiendo a 7 MPa En los casos maacutes extremos este material se encuentra en la transicioacuten de una roca blanda y un suelo duro variando asiacute la calidad del macizo de acuerdo a la clasificacioacuten GSI de buena a muy mala

La argilitizacioacuten es otra alteracioacuten que ha afectado los derrames andesiacuteticos los cuales suelen presentar una coloracioacuten amarillenta a crema y un fuerte contenido de arcilla que condicionan la resistencia de la roca intacta a un valor maacuteximo me-dido de 35 MPa un moacutedulo de elasticidad promedio de 7334 MPa (menor del resto de rocas andesiacuteticas) cohesioacuten de 08 MPa un aacutengulo de friccioacuten de 42deg y una calidad de roca de acuerdo al GSI de mala a buena

La intensidad del fracturamiento y sus caracteriacutesticas aun para el mismo tipo de roca andesiacutetica y un mismo frente fue heterogeacutenea algunos frentes tuvieron un fracturamiento ligero con un RQD bueno planos rugosos cerrados y en otros ca-sos presentaron una muy mala calidad un fracturamiento intenso planos de frac-tura lisos-ligeramente rugosos abiertos (hasta 5 cm) rellenos de arcilla blanda RQD lt25

Brechas Brecha andesiacutetica grisaacutecea de alta a baja consolidacioacuten con zona delez-nables en presencia de agua clasificada como una para-brecha con una propor-cioacuten de matriz del 70-60 integrada por arenas limosas con pocos finos de baja plasticidad o arena con grava en ambos casos contienen una gran cantidad de graacutenulos y guijarros (02-6 cm) y bloques andesiacuteticos de alta resistencia y de 25 cm hasta 20 metros de longitudBrecha andesiacutetica oxidada la matriz estaacute formada por material areno-arcilloso color rojizo que sostiene fragmentos andesiacuteti-cos equivalentes al 10-20 del total de material existente en el frente de estos el 85 corresponde a andesita oxidada porosa de baja dureza y alta meteoriza-cioacuten de un tamantildeo variable entre 3-40 cm con una densidad seca de 204 kgm3 y una absorcioacuten de 37 el resto (15) son guijarros y bloques (6-40 cm) andesiacuteticos de textura porfiacutedica color gris-verdoso de moderada a baja dureza y meteorizacioacuten

andesiacuteticas poacutemez y cristales maacuteficos Al desintegrarse el material presenta una granulometriacutea areno-limosa y areno-ar-cillosa de baja plasticidad con un liacutemite liacutequido entre 17-35 pero que en ocasiones ha alcanzado los 60Toba liacutetica de tonalidad rosaacutecea parda en ocasiones con manchas rojizas de alta compacidad integrada por partiacuteculas del tamantildeo de arenas limos y en menor pro-porcioacuten arcillas de baja plasticidad liacutemite liacutequido entre 19-29 contiene fragmentos de distintos tipos de andesita y tobas muy consolidadas menores a 15 cm equiva-lentes al 5-10 del material presente en el frente

Desarrollo de la excavacioacuten para dis-tintas condiciones y problemaacuteticasDurante la excavacioacuten de los tuacuteneles en ocasiones se observaron frentes integra-dos por una uacutenica litologiacutea homogeacutenea aunque con variacioacuten de resistencia grado de meteorizacioacuten y en las condiciones de las discontinuidades (causado por fallas locales) en otros casos se tuvieron fren-tes mixtos formados por dos o maacutes tipos de rocas que a lo largo de la excavacioacuten modificaron de manera gradual o suacutebita-mente su proporcioacuten y distribucioacuten Las combinaciones de materiales maacutes comu-nes observadas fueron andesita sana y andesita oxidada andesita sana con aumento progresivo del grado de meteo-rizacioacuten andesita muy alterada y brecha con bloques andesita oxidada y brecha andesiacutetica con bloques y brecha con len-tes tobaacuteceos

La heterogeneidad geoloacutegica-geo-teacutecnica de los materiales y su reacutegimen estructural combinado con la alta presioacuten hidrostaacutetica y flujos importantes de agua generaron condiciones inusuales para el uso de una TBM del tipo EPB

Inicio de excavacioacuten en modo abierto

Para el inicio de la excavacioacuten las TBM se configuraron para trabajar en modo abier-to o tipo roca descargando el material excavado de las palas a la tolva central en esta configuracioacuten el mamparo de la caacutemara se encuentra abierto y no es posi-ble presurizar la caacutemara de excavacioacuten Al avanzar y encontrar en el frente un material de brecha de baja resistencia no permitioacute guiar las maacutequinas a fin de seguir el trazo principalmente impidiendo mantener el ali-neamiento vertical y alcanzar la pendiente ascendente del 4 Lo anterior se deriva de la interaccioacuten de la TBM con el terreno respecto al sistema de fuerzas que actuacutean al momento de la excavacioacuten Cuando la TBM en modo abierto se encuentra en el frente con un suelo o una roca blanda el

a la tensioacuten directa de 350 MPa Refe-rente al macizo rocoso los paraacutemetros de resistencia son aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten variables entre 48-59deg y 12-20 [MPa] respectivamente y una resistencia a la compresioacuten simple de 124 MPa por su parte los paraacutemetros de deformabi-lidad estimados fueron moacutedulo de de-formabilidad (E) de 7500-10584 MPa y una relacioacuten de Poisson de 026 a 03 La clasificacioacuten geomecaacutenica GSI varioacute de buena a regular calidad Derrames andesiacuteticos Integrados por rocas andesiacuteticas con diferentes tipos de alteracioacuten amplia variabilidad en la inten-sidad de fracturamiento caracterizacioacuten de discontinuidades resistencia y grado de meteorizacioacuten En su estado maacutes sano presenta una coloracioacuten gris obscuro y ligera alteracioacuten

Para la roca intacta se obtuvo un peso especiacutefico entre 204-268 kgm3 una re-sistencia a la compresioacuten simple de hasta 140 MPa (roca muy dura) una media del moacutedulo de elasticidad de 16900 MPa y una calidad del macizo rocoso general-mente buena con valores del aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten del macizo de 07 MPa y 54deg

La andesita afectada por oxidacioacuten exhibe ligeras tonalidades rojizas las cua-les se intensifican a medida que eacutesta se incrementa el grado de meteorizacioacuten

Figura 4 Andesita sana en el frente de excavacioacuten

Figura 6 Frente de excavacioacuten que muestra la Andesita fracturada

Figura 5 Andesita oxidada en el frente de excavacioacuten

Brecha de bloques con diferentes grados de oxidacioacuten moderada consolidacioacuten grano-soportada con un porcentaje ro-ca-matriz de 80-20 sin embargo en algunas zonas el porcentaje de matriz aumenta a un 65 y el grado de conso-lidacioacuten disminuye La matriz estaacute forma-da por material areno-arcilloso con zonas donde se incrementa la arcilla color cafeacute rojizo los fragmentos de roca en su mayo-riacutea corresponden a andesita gris (60) de alta dureza (50-100 MPa) sub esfeacutericos tabulares con caras lisas muy oxidadas de bordes sub-redondeados a angulosos de 5 a 50 cm de lado largo el 40 son frag-mentos de andesita oxidada de moderada dureza (25-50 MPa) sub-esfeacutericos con bordes sub redondeados que alcanzan tamantildeos meacutetricos En una determinada seccioacuten a lo largo de la excavacioacuten de los tuacuteneles se observoacute una brecha con caracteriacutesticas similares pero soldada cuyos rasgos de la matriz son un aacutengulo de friccioacuten entre 35-45deg una cohesioacuten de 005-025 MPa densidad de 195 kgm3 y una resistencia a la compresioacuten simple en promedio de 0025 MPa con bloques de resistencia no mayor a 80 MPa

Tobas Toba de ceniza color gris claro a blanquizco con tonalidades verdosas en menor proporcioacuten de color crema y amarillo contiene escasos fragmentos generalmente menores a 5 cm de rocas

terreno no ofrece la resistencia necesaria para desarrollar la fuerza suficiente en los cilindros de empuje Adicionalmente en un frente despresurizado la fuerza de contacto de la rueda de corte se concentra en el tercio inferior y en este tipo de ma-teriales blandos la resultante de la fuerza de contacto que se genera en la rueda de corte es demasiado baja y junto con la fuerza de friccioacuten y la fuerza de empuje generan un sistema de fuerzas que pro-duce un momento en sentido contrario al que se requiere para el direccionamiento ascendente del escudo Ademaacutes en estos primeros metros de material blando se presentaron flujos de agua que no era posible controlar con un frente abierto

Para corregir esta situacioacuten se realizoacute el cambio de configuracioacuten de la TBM pasando de modo abierto a modo cerra-do (EPB) lo que adiciona al sistema de fuerzas la presioacuten de frente y eleva la resultante de la fuerza de contacto en la rueda de corte permitiendo incrementar la magnitud del empuje de los cilindros y redistribuir la fuerza de friccioacuten alrededor del escudo desarrollando un par que pro-duce un momento resultante en el senti-do adecuado para guiar verticalmente el escudo en acenso tal como se muestra en la figura 8

Excavacioacuten de roca con EPB

La operacioacuten de la TBM en modo EPB totalmente cerrado en roca por lo general resulta en bajos iacutendices de excavacioacuten alto desgaste de la herramienta y posibles dantildeos en la cabeza de corte En este caso una de las claves para un desempentildeo exi-toso de las TBM fue una seleccioacuten adecua-da del modo de operacioacuten del escudo y el ajuste de los paraacutemetros de excavacioacuten en tiempo real en el sitio de trabajo Tambieacuten fue muy importante mantener un control

preciso de los paraacutemetros de acondicio-namiento del terreno y la apertura cierre de las puertas de tornillo para no generar licuefaccioacuten y controlar la extraccioacuten de rezaga a traveacutes del transportador de tor-nillo evitando derrames

Durante el proceso de excavacioacuten es muy importante que el material no salga demasiado fluido a traveacutes de las compuertas del tornillo transportador para evitar derrames de material en el aacuterea

Figura 7 Frente de excavacioacuten de Brecha con bloques

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de alimentacioacuten de segmentos ya que esto implica peacuterdidas de tiempo para la limpieza y una disminucioacuten notoria en la produccioacuten diaria Ademaacutes una rezaga fluida impide generar un tapoacuten en el tornillo transportador que se requiere para controlar la presioacuten de confinamiento en la caacutemara de excavacioacuten La experiencia adquirida en el proyecto demostroacute que hasta una presioacuten de agua subterraacutenea de 50 bar en la corona la TBM pudo funcionar como un EBP regular al aumentar la presioacuten de soporte y mantenerla por encima de la presioacuten hidrostaacutetica del suelo tanto en avance como durante la parada

El acondicionamiento del material ex-cavado durante largos tramos con altas presiones de agua subterraacutenea se rea-lizoacute con eacutexito principalmente mediante la inyeccioacuten de espuma El poliacutemero se inyectoacute a traveacutes de las liacuteneas del mamparo cuando se produciacutea una rezaga muy flui-da y el control de las puertas del tornillo transportador no era suficiente para evitar derrames Ademaacutes la inyeccioacuten de ben-tonita en el tornillo transportador demos-troacute su efectividad para lubricar y evitar el bloqueo del tornillo transportador Cuando fue necesario se realizoacute una inyeccioacuten de espuma de poliuretano alrededor de los anillos seleccionados para detener la recoleccioacuten y el flujo de agua generado desde el tuacutenel a lo largo del escudo hasta la caacutemara de excavacioacuten

El control de los paraacutemetros y el se-guimiento visual del material excavado directamente en la cinta transportadora ambos en tiempo real fueron esenciales para evaluar la geologiacutea el tamantildeo de las rocas y bloques y asiacute poder ajustar los paraacutemetros de excavacioacuten clave tales como la penetracioacuten el nivel de llenado de la caacutemara de excavacioacuten la energiacutea especiacutefica y la fuerza de contacto en la rueda de corte torque y velocidad de ro-tacioacuten Este procedimiento hizo posible un desempentildeo exitoso de las TBM duran-te los tramos en roca bajo presiones de agua subterraacutenea superiores a 4 bares El control de los paraacutemetros ya mencio-nados tambieacuten fue decisivo para evitar la acumulacioacuten de bloques de roca y material en la parte frontal de la cabeza de corte y para proteger las herramientas de corte contra sobrecargas y bloqueos

Cruce de la zona de artesianismo

Uno de los tramos particulares atravesa-dos durante la construccioacuten del Bituacutenel fue la denominada zona de artesianismo com-puesta por brechas blandas altamente meteorizadas deleznables en presencia de agua con una carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave y flujos de agua de alrededor de 60 lps en una longitud de 200 m En la

Figura 8 Modelos de fuerzas de operacioacuten de las TBMacutes

Figura 9 Salida de material fluido del tornillo sin fin

Figura 10 Perfil geoloacutegico de la zona de artesianismo

Figura 11 Tuacutenel convencional seccioacuten transversal y longitudinal

figura 10 se muestra el perfil geoloacutegico que indica esta zona

Dada la carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave asociada con la permeabilidad y tipo de material se preveiacutea una condicioacuten de frente inestable con flujos de agua de 60 lps o superiores que no permitiriacutea rea-lizar el protocolo de inspeccioacuten y cambio de herramientas de corte en condiciones atmosfeacutericas por lo que como primera medida preventiva se determinoacute que antes de entrar a esta zona deberiacutea realizarse un

parada de mantenimiento y remplazar toda la herramienta de corte por piezas nuevas Adicionalmente se realizoacute la planeacioacuten y previsiones necesarias para que en caso de fuera imprescindible se contara con todos los elementos necesarios para eje-cutar intervenciones hiperbaacutericas y mitigar los altos riesgos que conllevan para el personal

Durante la excavacioacuten se realizoacute un seguimiento en tiempo real de los paraacute-metros de operacioacuten acondicionamiento

FSF

FCilindrosFCW

REFILL

NATURAL GROUND

MO

DO

ABI

ERTO

MO

DO

CER

RAD

O (E

PB)

Nomenclatura

FEPB =FCW =FSF =FCilindros =

Presioacuten de frente Fuerza de rueda de corteFuerza de friccioacuten del escudo Fuerza de empuje

CW

X1

X2

X3

SHIELD

FUP

FC

FS

FSEGMENT

FSF

FSF

FCilindrosFCW

FEPBREFILL

NATURAL GROUND

CW

X1

X2

X3

FUP

FC

FSF

FSEGMENT

SHIELD

118

370

+3099962

ETAPAS DE EXCAVACIOacuteNGENERAL

581

INVERT(DESTROZA)

FASE 4

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 3

TUacuteN

EL IZ

QU

IER

DO

PK 3

8+16

901

6

TUacuteN

EL D

EREC

HO

PK 3

8+17

141

0

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 2

MEDIASERCCIOacuteNSUPERIOR(AVANCE)

4

118

370

581

485

035

300

040

3rdquo

3rdquo

3rdquo

300

100

300

2 3

1987654321 987654321 987654321

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y material extraiacutedo asiacute como un control preciso de la apertura y cierre de la com-puerta del tornillo transportador para la descarga del material a alta presioacuten En algunos casos extremos donde la pre-sioacuten superoacute los 7 bares se conectoacute una liacutenea (o dos) directamente al mamparo para usarla como drenaje tambieacuten se implementaron drenajes inmediatamen-te detraacutes de la tuneladora en la parte superior y en los lados de los anillos a fin de reducir la presioacuten hasta niveles manejables entre 40 y 60 bares

Las medidas y controles implemen-tados permitieron excavar 172 avances equivalentes a 268 m (TBM S-948) por la viacutea derecha y 162 avances (243 m) que representan una longitud de 243 con la TBM S-949 por la viacutea izquierda y asiacute cruzar la zona del artesianismo En ninguacuten caso hubo necesidad de realizar paradas para implementar el protocolo de inspeccioacuten yo cambio de herramien-tas de corte en condiciones hiperbaacuteri-cas que hubieran incurrido en riesgos altos costos y tiempos de ejecucioacuten adicionales Es de resaltar que a pesar de tenerse una presioacuten hidraacuteulica por en-cima de los 6 bares y en ocasiones de 7 bares en la clave representando una de las peores condiciones del proyecto se logroacute mantener una tasa de produccioacuten de 1063 mdiacutea

Excavacioacuten de tuacuteneles convencionales

Ante la previsioacuten de algunas condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas que se consideroacute podriacutean ser adversas para la excavacioacuten de los tuacuteneles con las TBM (comprometiendo el plazo de ejecucioacuten y ante la condicioacuten geoloacutegica de una material de toba sin presencia de agua subterraacutenea observada durante la cons-truccioacuten del portal de Toluca) se decidioacute atacar un tramo de los tuacuteneles en modo convencional por el Portal Poniente En la figura 11 se muestra el esquema cons-tructivo y el sostenimiento implementado

El proceso de excavacioacuten del tuacutenel convencional inicioacute con la colocacioacuten de un pre- sostenimiento mediante enfilaje frontal formado por 32 tubos de 4rdquo de diaacutemetro y 12 m de longitud traslapados 3 m y apoyados sobre la pantalla de pilas Una vez concluidos los enfilajes se construyoacute una viga de atado de con-creto reforzado con objeto de distribuir las posibles cargas del terreno una vez iniciada la excavacioacuten Posteriormente

se inicioacute con la excavacioacuten de los tuacutene-les convencionales en tres etapas con avances de 1 m en una longitud de 9 m cubiertos por el enfilaje en cada avan-ce de excavacioacuten se colocaron marcos metaacutelicos y concreto lanzado con fibras de acero Una vez concluidos los ciclos de 9 m de excavacioacuten bajo el primer enfilaje colocoacute el segundo enfilaje y se repitieron los ciclos de avance

Durante el proceso de excavacioacuten se instalaron secciones de convergencia en el interior del tuacutenel a fin de monito-rear el comportamiento deformacional Asimismo durante este seguimiento se establecioacute un plan de actuacioacuten para garantizar que durante el proceso de construccioacuten de los tuacuteneles los maacuterge-nes de seguridad se mantuvieran dentro de los umbrales adecuados

Una vez que las maacutequinas tunelado-ras estaban superando las condiciones maacutes difiacuteciles y despueacutes de revisar su rendimiento y produccioacuten respecto al rendimiento de excavacioacuten del meacutetodo convencional se determinoacute suspender esta uacuteltima habieacutendose ejecutado uacutenica-

mente 27 m en cada uno de los tuacutenelesConcluidos los trabajos del tuacutenel

convencional y mecanizado se realizoacute el tratamiento a la transicioacuten entre am-bos revestimientos a fin de garantizar la unioacuten de dichas estructuras Estos tra-bajos consistieron en la colocacioacuten del sistema de impermeabilizacioacuten y concre-to lanzado en la zona de los hastiales y clave y en la zona de batea se realizoacute una inyeccioacuten de mortero

Salida de las TBM

Despueacutes de 19 meses de superar di-ferentes desafiacuteos las maacutequinas tunela-doras concluyeron su trabajo de forma exitosa incluyendo su salida por los tuacuteneles convencionales del Portal Po-niente como se muestra en las siguientes imaacutegenes

Microtuneleo con TBM Hincado de tuberiacutea (pipe Jacking)

Construccioacuten de tuacuteneles con dovelasRehabilitacioacuten de tuberiacuteas

Tablestacado metaacutelico Muro Milaacuten

(+52 55) 5207 3068 wwwbessaccommx

Tecnologiacutea de vanguardiaen obras subterraacuteneas

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

ANUNCIO_BESSAC_V2_printpdf 2 28617 1103 Pablo Miranda S Figura 12 Seguimiento y medicioacuten de seccioacuten de convergencia

Figura 14 Salida TBM S949 en viacutea izquierda

Figura 13 Salida TBM S948 en viacutea derecha

Instrumento NIVEL AVISO NIVEL DE ALARMANIVEL DE ALERTA

Dianas reflectantes ge 12 mm y lt 18 mm ge 18 mmlt 12 mm

V gt 10 mm diacutea

V = 5 - 10 mm diacutea

V = 1 - 5 mm diacutea

V = 05 - 1 mm diacutea

V = 005 - 05 mm diacutea

V lt 005 mm diacutea

Extremadamente Grande

Muy Grande

Grande - Media

Media - Pequentildea

Pequentildea

Despreciable

Refuerzo inmediato del sostenimiento

Si se mantiene durante dos diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Si se mantiene durante cuatro diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Ninguna

Ninguna

Ninguna

20

15

10

5

-5

-10

-15

-207818 10818 13818 16818 19818 22818 25818

Graacutefica de convergencias Tuacutenel convncional viacutea derecha (TBM S-948) Seccioacuten 36+17100

28818 31818 3918 6918 9918 12918 15918 18918 21918

1-35-14-23-53-42-3NIVEL DE ALERTA SUPERIORNIVEL DE ALERTA INFERIORNIVEL DE ALARMA SUPERIORNIVEL DE ALARMA INFERIOR

Con

verg

enci

a (m

m)

0

ActuacioacutenClase

PLAN DE ACTUACIOacuteN

Velocidad de Deformacioacuten

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Los tuacuteneles del TIMT excavados con maacutequinas tuneladoras tipo EPB enfrentaron una importante cantidad de riesgos que pusieron al liacutemite las capacidades de esta tecnologiacutea Las dificultades se relacionaron con aspectos geoloacutegicos geoteacutecnicos y geohidroloacutegicos principalmente por la presencia de medios heterogeacuteneos y cambiantes en combinacioacuten con elevados flujos de agua que alcanzaron presiones cercanas a los 7 bares El control y ajuste de la operacioacuten de los escudos a partir del seguimiento de las condiciones encontradas durante el avance permitioacute hacer frente de forma exitosa dichos riesgosComo complemento al artiacuteculo anterior en este artiacuteculo se presentan algunas de las situaciones criacuteticas por las que atravesoacute la excavacioacuten de los tuacuteneles del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Marc CoMuLadaMTC Maidl TunnelconsultantsGoethestr 74 Munich Germanymcomuladamaidl-tcde

Puntos clave

bull Durante la construccioacuten se presentaron cambios suacutebitos en las condiciones hidrogeoloacutegicas pasando de zonas im-permeables y secas a frentes con elevados flujos de agua

bull Se llegaron a presentar presiones de agua con maacuteximos de hasta 62 bar y en tramos largos con presiones de hasta 5 bar

Durante la exploracioacuten se perforaron 37 sondeos para ensayos de permeabilidad en los que se realizaron 158 ensayos ob-teniendo valores promedio comprendidos entre kf= 135x10-6 ms y kf = 995 x10-8 ms Estos valores en suelos representan permeabilidades medias a bajas No obstante en roca fractu-rada y en los tramos de macizo rocoso de muy mala calidad y frentes mixtos heterogeacuteneos que incluiacutean la presencia de suelos se registraron flujos muy elevados de agua que llegaron en algunos casos a valores comprendidos entre 2 a 5 m3min

Principales riesgos para la operacioacuten de los escudos EPB

Debido a condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas extremas en ocasiones se alcanzaron los liacutemites de aplicabilidad de los escudos EPB A continuacioacuten se explican los principales riesgos encontrados y la manera en que se les hizo frente Figura 1 Frente mixto con presencia de roca y suelos

Figura 2 Bloques sobresaliendo del frente de excavacioacuten

a) Sobrecarga y dantildeos en las herramientas de corte en frentes mixtos y con bloques de roca

Los discos instalados en la rueda de corte son los encargados de romper la roca que se encuentra en el frente mediante la presioacuten de contacto que produce el empuje de la tuneladora Cuanto mayor es la resistencia a compresioacuten y tensioacuten de la roca mayor es la fuerza de contacto necesaria para romperla

El riesgo de sobrecarga de los discos de corte ocurre es-pecialmente en frentes mixtos compuestos de suelos y roca (Figura 1) y tambieacuten ante la presencia de bloques que se forman en los frentes de roca fracturada (Figura 2)

La sobrecarga de los discos se produce por el hecho de que en frentes mixtos la fuerza de empuje no se distribuye uniformemente en todos los discos de la rueda de corte sino

Figura 3 Dantildeos tiacutepicos en los discos resultado de sobrecargas e impactos

que se concentra en los discos en contacto con la roca presente soacutelo en una parte del frente El mismo fenoacutemeno ocurre cuando existen bloques de roca que sobresalen en el frente

Ademaacutes de la sobrecarga de los discos de corte con la rotacioacuten de la rueda de corte la presencia de bloques o de zonas de materiales de resistencia distinta en el frente causa impactos en los discos que pueden producir su dantildeo yo rotura

En los tuacuteneles del TIMT a pesar de llevar un control sobre la fuerza de contacto transmitida a los discos de corte las condiciones cambiantes y heterogeacuteneas del frente produjeron numerosos dantildeos y bloqueos en ellos En estas condiciones los discos de corte afectados ya no pueden ejercer su funcioacuten y si no se lleva a cabo un cambio oportuno se produce un efecto en cadena que en pocos metros de excavacioacuten puede resultar en una cantidad muy elevada de elementos dantildeados o incluso en dantildeos en la estructura de acero de la rueda de corte

Las medidas adoptadas para minimizar estos riesgos fueron

bull Instalacioacuten de un detector de metales en la banda trans-portadora con el fin de identificar partes de discos de corte desprendidas por el dantildeo en los mismos

bull Control visual de la rezaga en la banda transportadora con objeto de identificar la presencia de mayor o menor porcentaje de roca y su calidad en base a la cantidad y tamantildeo de los fragmentos

bull Ajuste de los paraacutemetros de operacioacuten (penetracioacuten revo-luciones de giro de la rueda de corte y fuerza de contacto)

b) Fallas geoloacutegicas

Durante la excavacioacuten de los tuacuteneles se atravesaron muacuteltiples fallas geoloacutegicas caracterizadas por discontinuidades de varios centiacutemetros de abertura varias de las cuales se encontraron de forma inesperada (Figura 4) En estas condiciones los escudos no pueden trabajar en condiciones presurizadas Ello impide el adecuado acondicionamiento de la rezaga con espumas pues al inyectarlas se escapan por las discontinuidades y no se mezclan con la rezaga Ademaacutes por el mismo motivo la inyeccioacuten de mortero que se realiza en el extradoacutes de los anillos de dovelas no puede llevarse a cabo de forma eficaz Una inadecuada inyeccioacuten de mortero en el extradoacutes de las

Figura 4 Discontinuidad encontrada en el TIMT Izquierda vista en direccioacuten contraria al avance de la tuneladora derecha vista del frente de excavacioacuten

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Artiacuteculo

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muestran las presiones en distintos niveles de la caacutemara de excavacioacuten) La consistencia de la rezaga se consiguioacute controlar de tal forma que se formoacute un sello en el tornillo sinfiacuten que permitiacutea controlar las presiones en la caacutemara de excavacioacuten sin peacuterdidas de presioacuten

bull Acondicionamiento del terreno mediante la inyeccioacuten combinada de espumas poliacutemeros y suspensiones de bentonita (esquema en la Figura 7) La Figura 8 muestra el aspecto de la rezaga con una consistencia plaacutestica sin derrames descontrolados trabajando con presiones EPB de 4 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 5 Fluidificacioacuten de la rezaga por presencia de flujos elevados de agua (arriba) y desborde de la banda transportadora (parte superior izquierda) con el consecuente derrame de rezaga en la parte inferior del escudo (parte inferior derecha)

Figura 6 Presiones de operacioacuten en la caacutemara de excavacioacuten (PT1 a PT6) y formacioacuten de un sello en el sinfiacuten Figura 9 Esquema de las campantildeas de reinyecciones para reducir los flujos de agua provenientes de la parte trasera del escudo

Figura 7 Esquema de acondicionamiento en combinacioacuten con la inyeccioacuten de aire comprimido en condiciones de elevadas presiones de agua

Figura 8 Extraccioacuten controlada de rezaga plaacutestica por el tornillo sinfiacuten con material acondicionado formando un sello en el sinfiacuten con una presioacuten EPB de 4 a 5 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 10 Intervencioacuten en la caacutemara excavacioacuten en condiciones atmosfeacutericas mediante inyecciones en el extradoacutes del escudo

d) Intervenciones en la rueda de corte con elevados flujos de agua en roca fracturada

En los tramos de roca con mayores iacutendices de meteorizacioacuten y fracturamiento y elevadas presiones y flujos de agua suele ser demasiado arriesgado y de hecho praacutecticamente imposible llevar a cabo intervenciones en la rueda de corte en condi-ciones hiperbaacutericas para la revisioacuten de herramientas Por lo tanto el acceso a la caacutemara de excavacioacuten soacutelo era posible en condiciones atmosfeacutericas En estas condiciones con elevados flujos de agua fluyendo hacia la caacutemara de excavacioacuten tanto desde el frente de excavacioacuten como desde la zona trasera del escudo el trabajo de revisioacuten y cambio de herramientas no solo es peligroso sino tambieacuten muy laborioso y lento

Dado que los flujos desde el frente soacutelo se pueden evitar mediante equipos de sondeo y preinyeccioacuten hacia adelante (cuya implementacioacuten no es viable en la cantidad necesaria en escudos EPB) soacutelo es posible reducir o eliminar los flujos de agua que provienen de la parte trasera del escudo En este caso para lograrlo se llevaron a cabo inyecciones combinadas de mortero mezclas de lodo-cemento y espumas de poliuretano a traveacutes de los anillos de dovelas a fin de bloquear el paso de agua (Figuras 9 y 10)

dovelas provoca deformaciones no deseadas del revestimiento de dovelas debido a la falta de confinamiento de los anillos

c) Elevados flujos de agua y fluidificacioacuten de la rezaga

En la excavacioacuten de tuacuteneles con maacutequinas EPB es importante tener bajo control la consistencia del material de rezaga En el caso del TIMT los elevados flujos de agua encontrados se mezclaban con la rezaga fluidificaacutendola en exceso Una rezaga demasiado liacutequida causa varios problemas como son

bull Imposibilidad de controlar las presiones EPB debido a que el material en la caacutemara de excavacioacuten es demasiado liacutequido para permitir una transmisioacuten de presiones al frente de excavacioacuten Sin un control activo de presiones EPB no es posible contrarrestar la presioacuten de agua actuante y ademaacutes existe el riesgo de sobreexcavacioacuten

bull Sin un control activo sobre la presioacuten del material de rezaga en la caacutemara de excavacioacuten se producen expulsiones descontroladas a presioacuten por el tornillo sinfiacuten que impiden un avance continuo del escudo que debe interrumpirse continuamente y ademaacutes provocan el desborde de ma-terial extraiacutedo en la banda transportadora El desborde de rezaga causa largos tiempos de parada para limpiar la zona inferior del escudo donde deben instalarse las dovelas debido a la acumulacioacuten de material

bull El transporte del material de rezaga hacia el vertedero se torna muy lento ya que los camiones no pueden llenarse

Durante la obra algunos tramos largos tuvieron que excavarse en estas difiacuteciles condiciones La Figura 5 ilustra fotografiacuteas de la fluidificacioacuten de la rezaga

Con objeto de reducir los flujos de agua del terreno hacia la caacutemara de excavacioacuten se llevaron a cabo las siguientes medidas

bull Aumento de la presioacuten en la caacutemara de excavacioacuten con la ayuda de aire comprimido con objeto de mantenerla por encima de la hidrostaacutetica Esto permitioacute avanzar el escudo con hasta 50 bar de presioacuten en la caacutemara de forma continua y sin interrupciones tal como muestran las lecturas de presiones en la Figura 6 (las liacuteneas PT1 a PT6

Acondicionamiento con espumas y suspensioacuten de bentonita en la rueda de corteInyecciones de suspensioacuten de bentonita en el tornillo sinfiacutenInyeccioacuten de poliacutemero a traveacutes del mamparo estancoInyeccioacuten de espumas en la caacutemara de excavacioacuten

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Revoluciones SinfinPT2 PT3 PT4 PT5 PT6PT1 Presioacuten Agua Terreno

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Maidl Tunnelconsultants GmbH amp Co KGLlenado CaacutemaraPresioacuten SinfinPT Atras Sinfin

1 2 3 4 5 6 987 161514131211

Reinjection of grout+

Polyiurethane foam injections

Injection of hardening mud+

Polyiurethane foam injectionsTestigo de inyeccioacuten

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Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

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Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

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Junio 201903 - 05

UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

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Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

34 35

Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

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71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

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40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Historia

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El tuacutenel de Vielha fue inaugurado en mayo de 1948 a casi 22 antildeos de haberse iniciado su construccioacuten 47 antildeos despueacutes de la presentacioacuten de la primera versioacuten del proyecto (concebido originalmente para ferrocarril) y luego de una larguiacutesima historia de aislamiento y olvido del pueblo araneacutes cercado desde siempre por la barrera pirenaica y de espaldas a su propia nacioacutenHacia la segunda mitad del siglo XIX las uacutenicas salidas de la Val drsquoAran hacia Espantildea eran dos rupestres caminos de herradura que cruzaban por los puertos de La Bonaigua al Pallars Sobiragrave y de Vielha a la Alta Ribagorccedila los cuales se bloqueaban por las nieves durante buena parte del antildeo y que para aquel entonces comenzaron a resultar insuficientes para el desarrollo comercial e industrial de la eacutepoca Las necesidades de comunicacioacuten entre pueblos cada vez maacutes acentuadas y las naturales ansias de modernizacioacuten de los habitantes del valle haciacutean imprescindible una pronta solucioacuten a tan terrible aislamiento

El Tuacutenel de VielhaLa gran aspiracioacuten del pueblo araneacutes

Las aneacutecdotas que narran la historia del tuacutenel de Vielha desde su concepcioacuten hasta la terminacioacuten de la obra son quizaacutes las maacutes intensas y emocionantes de todos los tuacuteneles pirenaicos En el libro Memoria acerca del Valle de Araacuten escrito en 1878 por M Maacuterquez Peacuterez de Aguiar encontramos interesantes descripciones y referencias que dan una buena idea de la situacioacuten que viviacutea entonces el pueblo araneacutes

() Para penetrar este paiacutes forzoso es hacerlo por Francia puesto que por la peniacutensula es dificultoso y expuesto aacute desgracias en invierno

Las penurias del viaje quedan bien documentadas en el texto

() En el periacuteodo invernal los puertos y sus infernales caminos no ofrecen mas que hielos nieves charcos soledad tristeza desamparo y aacute mas de un viajero la muerteA medida que uno va internaacutendose en los puertos cre-cen las dificultades porque alliacute se acumulan inmensas capas de nieve que hacen perder todo rastro salvadorEn invierno es imprudente atravesar los puertos cau-sa dolor ver el servicio de correos por peatoacuten y ver la dotacioacuten miserable que reciben por su trabajo los encargados de aquelEl paso del puerto de Benasque es realmente imposible El de Viella ofrece tan triste celebridad como los anterio-res Solo hay pues dos viacuteas faacuteciles de entrada en el Valle de Araacuten a saber la del Pont du Roi y la del Portillon() Diacutecese en el paiacutes que cuando hay muchiacutesima nieve amontonada en determinados parajes es necesario evitar hablar en voz alta El viajero debe hacerse en-tender por sentildeas El eco algo fuerte de la voz produce desprendimientos y estos desgracias

En la eacutepoca de nieves la circulacioacuten de mercanciacuteas se hace poco menos que imposible y forzoso es acudir en demanda de artiacuteculos de primera necesidad a pueblos vecinos franceses

M Maacuterquez Peacuterez de Aguiar cita el Diccionario Geograacutefico de Pascual Madoz en el cual se cuenta que en 1843

() unos traficantes en ganado mular tuvieron la nece-sidad de pasar uno de los puertos El diacutea se presentaba claro y con un horizonte apacible No se notaba el menor indicio de tempestadCuando se hallaban en lo alto del puerto el sol se os-curecioacute cambioacute el tiempo y aacute pocos instantes sobrevino una fuertiacutesima nevadaNacioacute el riesgo tras de eacutel la fatiga y por uacuteltimo el des-aliento de los muleros Se presentoacute un fuerte torbellino que comprometioacute maacutes la situacioacuten de aquellos desgra-ciados y ya muy cerca de Tredoacutes tuvieron que abandonar las caballeriacuteasEra ya tarde Las fuerzas se habiacutean agotado el camino perdido se dispersaron en seguida y el resultado fue que cuatro murieron enterrados en la nieveEl otro compantildeero pudo ganar el pueblo al que llegoacute casi moribundo y habriacutea muerto de no acudir en so-corro suyo los caritativos vecinos de aquella humilde y honrada aldea

Maacuterquez continuacutea el capiacutetulo de forma auacuten maacutes expresiva

() iexclOh Los puertos de Bonaigua y Viella son los pasos terribles que encierran estadiacutesticas necroloacutegicas de las maacutes cruelesiexclCuantas veces marchando sobre aquellos oceacuteanos de

nieve y hielos dejamos bajo el peso de nuestras plan-tas el cadaacutever del amigo oacute compantildeero que habiendo acelerado el paso y adelantaacutendose demasiado cayoacute al suelo sepultaacutendose para no volver a aparecer

Raro es el invierno que no hay que lamentar desgracias

Por aquel entonces la explotacioacuten minera en la Val drsquoAran (hoy totalmente inexistente) habiacutea adquirido un auge importante se explotaban diversas minas de plomo zinc hierro y carboacuten Y en torno a estas actividades comenzaron a gestarse los planes de construccioacuten de una liacutenea feacuterrea desde Francia que permitiera la extraccioacuten del mineral de una forma maacutes eficiente ya que hasta entonces se habiacutea realizado mediante procedimientos muy rudimentarios

De forma natural e inevitable las tendencias de los habitantes del valle se inclinaban cada vez maacutes hacia el paiacutes vecino y esto se manifestaba en la actividad diaria en las relaciones entre pueblos y comunidades y en el propio dominio de la lengua francesa La Diputacioacuten a traveacutes de la Junta Central de Carre-teres emprende una poliacutetica de comunicaciones que llevariacutea la carretera a Tremp en 1884 a La Pobla de Segur en 1887 a Sort en 1891 de Vielha a Tredograves (como parte del proyecto de enlace con Esterri drsquoAacuteneu por el puerto de la Bonaigua) en 1910 a Esterri en 1920 a la Bonaigua en 1924 y al Pont de Suert en 1934

A comienzos del siglo XX la figura del candidato por el partido liberal Emili Riu i Periquet domina el escenario poliacutetico del distrito Sort-Vielha Riu consiguioacute en sucesivas elecciones representar en el Congreso Nacional a las dos comarcas y desde esta posicioacuten tratoacute de favorecer al territorio promoviendo una serie de proyectos que impulsariacutean la vida econoacutemica del Pallars y de la Val drsquoAran como la carretera de Sort a la Val por Esterri la liacutenea del Pallaresa o las centrales hidroeleacutectricas de la Val de Capdella

Naciacutea con fuerza la aspiracioacuten de comunicacioacuten constante y directa con el territorio espantildeol que tuvo como uno de sus primeros protagonistas al ingeniero Luiacutes Rouviere autor del proyecto del Ferrocarril de Lleida a Leacutes por la Noguera-Riba-gorccedilana presentado en el antildeo 1901 trabajo al que se dice consagroacute sus estudios su actividad y toda su fortuna

Sobre este proyecto escribe en 1902 el ingeniero militar Gimeacutenez Llena en un informe sobre ferrocarriles estrateacutegicos

ldquoEl estado debe poner todo su esfuerzo para que a toda costa y cualquiera que fuere el presupuesto_de cons-truccioacuten del tuacutenel que hubiera de atravesar el Pirineo se uniese por ferrocarril a Vielha con Leacuterida que seriacutea lo mismo que traer a la vida nacional a los espantildeoles del Valle de Araacuten con ello se obtiene la incorporacioacuten estable y permanente del Valle de Araacuten al resto de Es-pantildea y se dota a Espantildea del uacutenico ferrocarril ofensivo que pueda poseer en el Pirineo nuestra nacioacutenrdquo

A pesar de todo el proyecto fue archivadoMaacutes tarde entre 1909 y 1910 los 18 alcaldes (batlles) de

los municipios araneses desempolvan el documento y solicitan formalmente al Ministerio de Fomento la inclusioacuten del ferrocarril eleacutectrico de Lleida a Les por el Port de Vielha Esta vez el esfuerzo tampoco fue correspondido

Ya bajo el gobierno del Directorio Militar de Miguel Primo de Rivera en mayo de 1924 el rey Alfonso XIII concede a los alcaldes una entrevista en Barcelona la cual ellos ven como una gran oportunidad puesto que ademaacutes ya estaba prevista una pronta visita suya a la Val drsquoAran para inaugurar la recieacuten terminada carretera del Port de la Bonaigua

Los diacuteas 6 y 7 de julio Alfonso XIII visita la Val drsquoAran y los

Ing Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

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Historia

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araneses no titubean en pedir emotivamente la apertura de un paso practicable todo el antildeo El tuacutenel queremos el tuacutenel clamaban todos desde Tredograves hasta Pontaut El capellaacuten y poeta araneacutes Mossegraven Rafel Nart y el poliacutetico Eduardo Aunograves Peacuterez dedicaron un poema al tuacutenel manifestando la metaacutefora de una princesa encantada y un rey que la debiacutea desencantar

Condes de Saint Gironis y de ComingesQuisieron desposarlaSigue hermosa falaces le deciacuteanel curso de tus aguasastro de gloria alumbraraacute tu frentereina de la montantildeasy bella entre las bellas ricas floreshollaraacutes por alfombra de tus plantasNegoacutese la Princesa que se muerepor las brisas y caacutermenes de Espantildea

Esos ayes fatiacutedicos del vientoson tal vez los lamentos de las almasde pobres caminantes que perecen en los puertos de Vielha y de la Bonaigua

Si de Merliacuten el magocautiva ahora estaacutede Espantildea un rey famosola desencantaraacute

Y el muro de estos montes que van al firmamentoa contemplar soberbios de Dios el mismo asientoel maacutegico conjuro del rey perforaraacutey redimida entonces la gran tierra aranesadesde el balcoacuten sublime radiante la Princesalos caacutermenes de Espantildea por fin contemplaraacute

Sarraera Montardo y Furcanadagigantes de granito que vigilanlas fronteras sagradas de la patria

Subiendo por los montes soberanosen portentosa cuaacutedrigade invisibles caballos y velocescomo el viento veniacutea el Rey de EspantildeaSentildeor Rey los aranesesaunque humildes no son pariasa vuestros pies finojadaallaacute en el puerto de Vielhanecesito una ventanapara librarme del hambrey verme con mis hermanasRey Alfonso Rey Alfonsopor piedad esa ventanamirad el puerto de Vielhacon su corona de plataparece una flor de lisdel blasoacuten de vuestra casa

A la vez el Rey le responde

Princesa de este valle le deciacuteatendraacutes esa ventanaen el muro soberbio de tus montespara asomarte a Espantildea

Alfonso XIII puso su empentildeo en que la obra comenzara cuanto antes y el Directorio plasmoacute la idea con gran rapidez de tal suerte que en noviembre de 1925 fue adjudicada a la empresa de los hermanos Eduardo y Joseacute Segura con un presupuesto de 10693000 de pesetas y un compromiso de terminar la obra en 1930

Respecto a la adjudicacioacuten cabe destacar algunos aspectos importantes Cerca de la fecha de la celebracioacuten de la subasta ya se sospechaba que eacutesta seriacutea declarada desierta Los gran-des contratistas consideraban la obra muy difiacutecil o entendiacutean que el marco de beneficio que podriacutea reportar era insuficiente

Figura 1 El rey Alfonso XIII

Figura 2 Escenas de la visita del rey

El abogado y publicista Joseacute Bertrans Solsona en su libro Valle de Araacuten (Suiza Espantildeola) escrito en 1928 y conservado en el Musegraveu Etnologravegic dera Val drsquoAran narra con detalle muchos de los acontecimientos y vicisitudes que tuvieron lugar en torno al inicio de los trabajos de perforacioacuten del tuacutenel Respecto a la adjudicacioacuten de los trabajos de construccioacuten nos cuenta

() Nadie (los contratistas) pensaba en poner algo de su parte para secundar las nobles iniciativas y desve-los para dar realidad a lo que constituiacutea ya un anhelo nacional y prestigiosos araneses realizaban gestiones desesperadas para evitar el derrumbamiento de sus maacutes caras ilusiones porque si se declaraba desierta la subasta se aplazaba sine die la solucioacuten del problema

Cuenta Beltrans que el diputado provincial don Francisco Deoacute y Deoacute propuso a los hermanos Segura modestos contratistas si se comparan con las grandes sociedades dedicadas a esas industrias participar en la licitacioacuten Ellos despueacutes de pensarlo detenidamente consideraron factible la realizacioacuten del proyecto Aceptaron y finalmente el concurso les fue adjudicado como uacutenicos postores

No deja de resultar interesante el lenguaje de exaltacioacuten nacionalista utilizado por Beltrans quizaacutes impulsado entre otras cosas por el fervor ideoloacutegico de una Espantildea muy dividida poliacuteticamente Refirieacutendose a los contratistas Segura afirma

() despueacutes de meditar con gran detenimiento el pro y el contra que representaba la realizacioacuten del proyecto acaso superior a sus fuerzas inspirados por un opti-mismo que soacutelo puede engendrar el valor positivo de una raza que ha llegado a dominar el mundo con el desprecio maacutes absoluto de la resolucioacuten de los demaacutes firmaron el pliego de condiciones

Otro ejemplo curioso del muy personal trazo que el cronista da a su narracioacuten lo encontramos en el extracto del capiacutetulo en que describe la situacioacuten de los araneses los antildeos anteriores a la construccioacuten del tuacutenel

() Valedores que apoyaban sus justas pretensiones no faltaban a los sufridos araneses pero en aquellas eacutepocas Espantildea sufriacutea un tan gran desquiciamiento moral que ahogaba las justas necesidades con satisfacciones de insanos egoiacutesmos y bajas concupiscencias

El tuacutenel de Vielha ya para entonces llamado Tuacutenel Alfonso XIII tal como fue originalmente proyectado por la Jefatura de Ferrocarriles del Nordeste de Espantildea teniacutea un ancho a nivel de explanada de 390 metros y un gaacutelibo de 60 m dimensiones justas para el tren eleacutectrico de viacutea de un metro una longitud de 5240 m y una pendiente de cerca del 5 Teniacutea contemplado un apartadero de 250 metros a la mitad del tuacutenel para permitir el cruce de trenes

La perforacioacuten del tuacutenel comenzoacute en diciembre de 1926 paralelamente a la construccioacuten de la carretera de acceso de Vielha a la boca norte En aquel mismo antildeo se habiacutea decidi-do que el proyecto de ferrocarril por el valle de la Noguera Ribagorccedilana era inviable y que el problema de comunicacioacuten de la Val drsquoAran teniacutea que solucionarse con mayor rapidez El presupuesto fue asignado a carreteras a pesar de la inconfor-midad manifestada por los 18 alcaldes de la Val y de la peticioacuten hecha al rey de que ordenara devolver el citado presupuesto a ferrocarriles

1928 fue un antildeo importante para las obras del tuacutenel En primer lugar fue puesta en servicio la central del riacuteo Nere la

cual proporcionoacute energiacutea y luz a la construccioacuten Por otra parte en verano el ministro de gobernacioacuten General Martiacutenez Anido visitoacute las obras y decidioacute que el tuacutenel deberiacutea tener un ancho de calzada de siete metros con lo que quedoacute totalmente estable-cido que seriacutea destinado a carretera Probablemente la primera versioacuten del proyecto para carretera la del ingeniero Ramoacuten Martiacutenez de Velasco date de aquella eacutepoca Dicho proyecto fue reformado y convertido en definitivo por el ingeniero Felipe Cabredo Muro quien ademaacutes dirigioacute la obra hasta su final en 1948 junto con la importante ayuda y presencia fiacutesica en obras del ingeniero Juan Montantildeeacutes Pascual

Figura 3 Mapa de 1928 que ya incluye la ubicacioacuten del tuacutenel

Figura 4 Inicio de las obras en la boca norte

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El clima social y poliacutetico de Espantildea a principios de la deacute-cada de los 30 no favorecioacute los trabajos de construccioacuten del tuacutenel En enero de 1933 ya instaurada la Segunda Repuacuteblica el Ministerio de Fomento suspendioacute los trabajos los cuales se retomaron en noviembre del mismo antildeo Maacutes tarde el comiteacute de trabajadores incautoacute las obras y poco despueacutes fue asesinado en Barcelona el contratista Joseacute Segura

Pasaron seis antildeos para que se reiniciaran los trabajos Esta vez ademaacutes de los obreros contratados se emplearon prisio-neros de la Guerra Civil En una entrevista para el perioacutedico

La Vanguardia el ingeniero Cabredo contaba

() Actualmente se cuenta con la colaboracioacuten de prisioneros de guerra facilitados por el Capitaacuten general de la Cuarta Regioacuten don Luis Orgaz que perciben el mismo jornal que los obreros libres El Estado se hace cargo del dinero que se distribuye dando una parte a la familia del prisionero y el resto en mejorar el trato de eacuteste

Fermiacuten Monge Busquet que para el antildeo 2000 teniacutea 84 antildeos y viviacutea en Aubert comenzoacute a trabajar en el tuacutenel de Vielha en 1931 con tan soacutelo 15 antildeos Eacutel cuenta que ldquoal principio abriacutea-mos el boquete a golpe de pico y maza ya que no habiacutea otras herramientas Yo era frenista es decir me ocupaba de sacar la piedra del tuacutenel con un convoy de 24 vagones que debiacutea ir fre-nando manualmente para que no cogiera velocidad y volcarardquo

La construccioacuten del tuacutenel de Vielha significoacute superar obstaacute-culos naturales mucho maacutes difiacuteciles y peligrosos que los que en un principio se habiacutea imaginado Ademaacutes de la dura excavacioacuten en caliza y granito se cruzaron tramos importantes de pizarra muy alterada y zonas de falla donde la roca estaba totalmente descompuesta En toda la longitud del tuacutenel el agua se filtraba en grandes torrentes y en una ocasioacuten los trabajadores del avance perforaron un manto freaacutetico lo cual causoacute un enorme caudal que se llevoacute consigo vagonetas herramientas vigas y todo lo que encontroacute a su paso Varios diacuteas despueacutes cuando se consiguioacute canalizar el agua por la galeriacutea de avance pasaba un caudal de 4000 litros por segundo En octubre de 1931 se produjo un gigantesco desprendimiento de arcillas barrosas que tuvo a los obreros trabajando en seis turnos diarios du-rante catorce meses para pasar la galeriacutea de avance un tramo de 200 metros soportando el terreno con elementos de gran resistencia

Antes de unir los dos frentes la galeriacutea de la boca norte alcanzoacute los 4500 metros de profundidad por lo que fue ne-cesario instalar potentes maacutequinas de extraccioacuten de aire a fin de que se pudiese trabajar dentro

En total se excavaron unos 350000 metros cuacutebicos de roca de revestimiento hecho de mamposteriacutea y hormigoacuten se cons-truyeron unos 125000 metros cuacutebicos se emplearon unas 200 toneladas de dinamita de alto rendimiento en ambas bocas se construyeron verdaderos pueblos para albergar a los obreros cuyo nuacutemero fluctuoacute entre 200 y 600 ademaacutes de sus familias

Figura 5 Traccioacuten animal al comienzo de las obras

Figura 6 Barrenadora empleada en la construccioacuten del tuacutenel

Figura 7 Primer coche que cruza el tuacutenel el del ingeniero Felipe Cabredo

Figura 8 Boca sur en los antildeos setenta

El 26 de enero de 1941 un diario de Barcelona publicaba la siguiente nota

En la tarde de ayer quedoacute totalmente perforado el tuacutenel que une el Valle de Aran con el resto de EspantildeaLeacuterida 25 (Exclusivo de Logon) ndash Esta tarde a las dos y quince minutos un poderoso barreno de dinamita ha hecho saltar el uacuteltimo diafragma rocoso que separaba a los obreros mineros que de una y otra parte trabajaban en la perforacioacuten del tuacutenel de Vielha

La coincidencia de los dos frentes de ataque habiacutea sido perfecta un diacutea antes se lanzoacute una sonda tubular que comproboacute la precisioacuten del trabajo que habiacutean realizado los ingenieros topoacutegrafos y a traveacutes de dicho tubo se establecioacute la primera conversacioacuten entre los trabajadores de ambos lados El viernes 25 hicieron explosioacuten los cartuchos que derribaron el delgado muro de granito en presencia del entonces ingeniero jefe de Obras Puacuteblicas de Leacuterida don Luis Saacutenchez Ocantildea el ingeniero director de las obras del tuacutenel don Felipe Cabredo Muro los contratistas y alto personal de las obras

() Espontaacuteneamente se ha proclamado la jornada de hoy diacutea de gran fiesta y araneses y ribagorzanos se han lanzado a las calles cubiertas por una importante capa de nieve y han organizado grandes comilonas conciertos vocales o instrumentales y otros festejos

Desde las montantildeas vinieron cortejos que precedidos por bandas de muacutesicos entraron al tuacutenel por ambas bocas se despacharon varios barriles de vino embuti-dos y demaacutes comestibles en medio de una gran alegriacuteaFermiacuten Monge recuerda ldquo() Yo debiacutea conducir los vagones que en esta ocasioacuten iban llenos de gente Pero ese diacutea me pusieron a repartir vino con un bocoy de 12 pellejos Todos veniacutean con cubos y vasijas para llevarse vino a casardquoFaltaron todaviacutea siete antildeos de trabajos de construccioacuten para que en 1948 pasaran los primeros vehiacuteculos La inauguracioacuten fue en el mes de mayo y a la celebracioacuten asistieron autoridades civiles y militares personal del Ministerio de Obras Puacuteblicas y el pueblo en general

El tuacutenel de Vielha-Alfonso XII no tuvo el aspecto que hoy en diacutea vemos hasta maacutes de 20 antildeos despueacutes luego de importantes trabajos de pavimentacioacuten impermeabilizacioacuten iluminacioacuten etceacutetera

Figura 9 Aspecto del interior del tuacutenel pocos antildeos despueacutes de su inauguracioacuten

Figura 10 Trabajos de impermeabilizacioacuten en los antildeos posteriores a la apertura

Un bocoy era un barril y un pellejo (de carboacuten) equivaliacutea a 60 litros

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Principales desafiacuteos en la excavacioacuten del bituacutenel para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Ing Jorge Antonio Pereyra Vargas Responsable de Ingenieriacutea

ICA ndash COTRISA

Ing Leonardo Guzmaacuten Leoacuten Director de Apoyo Teacutecnico en Puentes y Estructuras Especiales

Direccioacuten General de Carreteras SCT

El Tren Interurbano Meacutexico - Toluca seraacute un sistema de transporte moderno que conectaraacute de manera segura y eficiente el Valle de Toluca y la zona poniente de la Ciudad de Meacutexico atendiendo la problemaacutetica de conectividad y congestionamiento vial que se presenta entre estas dos zonas urbanas El recorrido de 58 km contaraacute con 6 estaciones dando servicio a 230 mil pasajeros por diacutea conectaacutendose con el sistema de transporte colectivo metro de la Ciudad de Meacutexico

El Tramo II de este proyecto se desarrolla en el poniente del Valle de Meacutexico en el liacutemite geograacutefico entre la alcaldiacutea Cuajimalpa de la Ciudad de Meacutexico y el municipio de Ocoyoacac en el Estado de Meacutexico para atravesar la Sierra de las Cruces se contempla la construccioacuten de un bituacutenel de 47 km de longitud a profundidades que van de los 15 a 136 m manteniendo en la mayor parte del recorrido una pendiente del 4 con un diaacutemetro de excavacioacuten de 856 m

Caracteriacutesticas de las maacutequinasPara la excavacioacuten de los tuacuteneles se uti-lizaron dos escudos de presioacuten de tierra convertibles (modo abierto ndash modo cerra-do) del fabricante alemaacuten Herrenknecht con las siguientes caracteriacutesticas

Diaacutemetro excavado 857 m

Longitud TBM 1200 m

Longitud Total con Tren de Servicio

13300 m

Peso total (TBM+Backup) 1500 Ton

Empuje maacuteximo 84235 kN

Potencia eleacutectricainstalada

5200 kW

Giro de la Rueda 0 a 42 rpm

Condiciones geoloacutegicas encontradas durante la construccioacutenLa geologiacutea de la regioacuten estaacute compuesta por derrames andesiacuteticos con diferentes tipos de alteracioacuten como cloritizacioacuten ar-gilitizacioacuten y oxidacioacuten brechas heterogeacute-neas tobas liacuteticas y de ceniza afectadas por muacuteltiples fallas geoloacutegicas y diversos sistemas de fracturamiento bajo el nivel freaacutetico se alcanzaron cargas hidrostaacuteticas de hasta 6 bares La disposicioacuten y propor-cioacuten de los materiales asiacute como sus nive-les de alteracioacuten se fueron afinando con la ampliacioacuten de la campantildea de exploracioacuten y en funcioacuten del registro realizado durante el seguimiento al proceso de la excavacioacuten y los frentes observados en las TBM Este seguimiento geoloacutegico tambieacuten permitioacute identificar sistemas de fracturamiento y fallas geoloacutegicas adicionales a las pro-yectadas inicialmente

Descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica

A continuacioacuten se presenta la descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica de los materiales observados durante la excavacioacuten de los tuacuteneles

Traquiandesita Roca de color gris os-curo de estructura compacta y textura microcristalina con tonalidades rosaacuteceas y rojizas constituidas por plagioclasa an-fiacuteboles y piroxenos embebidos en una matriz viacutetrea

Geoteacutecnicamente este material pre-senta en promedio para la roca intacta un peso volumeacutetrico de 2201 kgm3 un contenido de agua (w) de 166 una re-sistencia a la compresioacuten simple (RCS) 65 MPa un moacutedulo de deformabilidad (Et 50) de 13095 MPa y una resistencia

Figura 1 Alineamiento del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Figura 2 Ubicacioacuten del Bituacutenel

Figura 3 TBM iniciando excavacioacuten en Portal Oriente

Estado de Meacutexico

CDMX

Portal de entrada

A Meacutexico

A Toluca

Portal de salida

Eje de tuacutenel

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generalmente es moderado la estructura de la roca es continua en la mayor parte del macizo rocoso con una resistencia a la compresioacuten simple de 90 MPa una densidad seca de 206 kgm3 un valor de cohesioacuten igual al de la roca sana (07 MPa) y un aacutengulo de friccioacuten de 47deg Sin embargo se observaron frentes altamente meteorizados con maacutes de la mitad de roca que lo conforma desintegrada pero con-servando su estructura original este hecho repercute directamente en la resistencia a la compresioacuten simple descendiendo a 7 MPa En los casos maacutes extremos este material se encuentra en la transicioacuten de una roca blanda y un suelo duro variando asiacute la calidad del macizo de acuerdo a la clasificacioacuten GSI de buena a muy mala

La argilitizacioacuten es otra alteracioacuten que ha afectado los derrames andesiacuteticos los cuales suelen presentar una coloracioacuten amarillenta a crema y un fuerte contenido de arcilla que condicionan la resistencia de la roca intacta a un valor maacuteximo me-dido de 35 MPa un moacutedulo de elasticidad promedio de 7334 MPa (menor del resto de rocas andesiacuteticas) cohesioacuten de 08 MPa un aacutengulo de friccioacuten de 42deg y una calidad de roca de acuerdo al GSI de mala a buena

La intensidad del fracturamiento y sus caracteriacutesticas aun para el mismo tipo de roca andesiacutetica y un mismo frente fue heterogeacutenea algunos frentes tuvieron un fracturamiento ligero con un RQD bueno planos rugosos cerrados y en otros ca-sos presentaron una muy mala calidad un fracturamiento intenso planos de frac-tura lisos-ligeramente rugosos abiertos (hasta 5 cm) rellenos de arcilla blanda RQD lt25

Brechas Brecha andesiacutetica grisaacutecea de alta a baja consolidacioacuten con zona delez-nables en presencia de agua clasificada como una para-brecha con una propor-cioacuten de matriz del 70-60 integrada por arenas limosas con pocos finos de baja plasticidad o arena con grava en ambos casos contienen una gran cantidad de graacutenulos y guijarros (02-6 cm) y bloques andesiacuteticos de alta resistencia y de 25 cm hasta 20 metros de longitudBrecha andesiacutetica oxidada la matriz estaacute formada por material areno-arcilloso color rojizo que sostiene fragmentos andesiacuteti-cos equivalentes al 10-20 del total de material existente en el frente de estos el 85 corresponde a andesita oxidada porosa de baja dureza y alta meteoriza-cioacuten de un tamantildeo variable entre 3-40 cm con una densidad seca de 204 kgm3 y una absorcioacuten de 37 el resto (15) son guijarros y bloques (6-40 cm) andesiacuteticos de textura porfiacutedica color gris-verdoso de moderada a baja dureza y meteorizacioacuten

andesiacuteticas poacutemez y cristales maacuteficos Al desintegrarse el material presenta una granulometriacutea areno-limosa y areno-ar-cillosa de baja plasticidad con un liacutemite liacutequido entre 17-35 pero que en ocasiones ha alcanzado los 60Toba liacutetica de tonalidad rosaacutecea parda en ocasiones con manchas rojizas de alta compacidad integrada por partiacuteculas del tamantildeo de arenas limos y en menor pro-porcioacuten arcillas de baja plasticidad liacutemite liacutequido entre 19-29 contiene fragmentos de distintos tipos de andesita y tobas muy consolidadas menores a 15 cm equiva-lentes al 5-10 del material presente en el frente

Desarrollo de la excavacioacuten para dis-tintas condiciones y problemaacuteticasDurante la excavacioacuten de los tuacuteneles en ocasiones se observaron frentes integra-dos por una uacutenica litologiacutea homogeacutenea aunque con variacioacuten de resistencia grado de meteorizacioacuten y en las condiciones de las discontinuidades (causado por fallas locales) en otros casos se tuvieron fren-tes mixtos formados por dos o maacutes tipos de rocas que a lo largo de la excavacioacuten modificaron de manera gradual o suacutebita-mente su proporcioacuten y distribucioacuten Las combinaciones de materiales maacutes comu-nes observadas fueron andesita sana y andesita oxidada andesita sana con aumento progresivo del grado de meteo-rizacioacuten andesita muy alterada y brecha con bloques andesita oxidada y brecha andesiacutetica con bloques y brecha con len-tes tobaacuteceos

La heterogeneidad geoloacutegica-geo-teacutecnica de los materiales y su reacutegimen estructural combinado con la alta presioacuten hidrostaacutetica y flujos importantes de agua generaron condiciones inusuales para el uso de una TBM del tipo EPB

Inicio de excavacioacuten en modo abierto

Para el inicio de la excavacioacuten las TBM se configuraron para trabajar en modo abier-to o tipo roca descargando el material excavado de las palas a la tolva central en esta configuracioacuten el mamparo de la caacutemara se encuentra abierto y no es posi-ble presurizar la caacutemara de excavacioacuten Al avanzar y encontrar en el frente un material de brecha de baja resistencia no permitioacute guiar las maacutequinas a fin de seguir el trazo principalmente impidiendo mantener el ali-neamiento vertical y alcanzar la pendiente ascendente del 4 Lo anterior se deriva de la interaccioacuten de la TBM con el terreno respecto al sistema de fuerzas que actuacutean al momento de la excavacioacuten Cuando la TBM en modo abierto se encuentra en el frente con un suelo o una roca blanda el

a la tensioacuten directa de 350 MPa Refe-rente al macizo rocoso los paraacutemetros de resistencia son aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten variables entre 48-59deg y 12-20 [MPa] respectivamente y una resistencia a la compresioacuten simple de 124 MPa por su parte los paraacutemetros de deformabi-lidad estimados fueron moacutedulo de de-formabilidad (E) de 7500-10584 MPa y una relacioacuten de Poisson de 026 a 03 La clasificacioacuten geomecaacutenica GSI varioacute de buena a regular calidad Derrames andesiacuteticos Integrados por rocas andesiacuteticas con diferentes tipos de alteracioacuten amplia variabilidad en la inten-sidad de fracturamiento caracterizacioacuten de discontinuidades resistencia y grado de meteorizacioacuten En su estado maacutes sano presenta una coloracioacuten gris obscuro y ligera alteracioacuten

Para la roca intacta se obtuvo un peso especiacutefico entre 204-268 kgm3 una re-sistencia a la compresioacuten simple de hasta 140 MPa (roca muy dura) una media del moacutedulo de elasticidad de 16900 MPa y una calidad del macizo rocoso general-mente buena con valores del aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten del macizo de 07 MPa y 54deg

La andesita afectada por oxidacioacuten exhibe ligeras tonalidades rojizas las cua-les se intensifican a medida que eacutesta se incrementa el grado de meteorizacioacuten

Figura 4 Andesita sana en el frente de excavacioacuten

Figura 6 Frente de excavacioacuten que muestra la Andesita fracturada

Figura 5 Andesita oxidada en el frente de excavacioacuten

Brecha de bloques con diferentes grados de oxidacioacuten moderada consolidacioacuten grano-soportada con un porcentaje ro-ca-matriz de 80-20 sin embargo en algunas zonas el porcentaje de matriz aumenta a un 65 y el grado de conso-lidacioacuten disminuye La matriz estaacute forma-da por material areno-arcilloso con zonas donde se incrementa la arcilla color cafeacute rojizo los fragmentos de roca en su mayo-riacutea corresponden a andesita gris (60) de alta dureza (50-100 MPa) sub esfeacutericos tabulares con caras lisas muy oxidadas de bordes sub-redondeados a angulosos de 5 a 50 cm de lado largo el 40 son frag-mentos de andesita oxidada de moderada dureza (25-50 MPa) sub-esfeacutericos con bordes sub redondeados que alcanzan tamantildeos meacutetricos En una determinada seccioacuten a lo largo de la excavacioacuten de los tuacuteneles se observoacute una brecha con caracteriacutesticas similares pero soldada cuyos rasgos de la matriz son un aacutengulo de friccioacuten entre 35-45deg una cohesioacuten de 005-025 MPa densidad de 195 kgm3 y una resistencia a la compresioacuten simple en promedio de 0025 MPa con bloques de resistencia no mayor a 80 MPa

Tobas Toba de ceniza color gris claro a blanquizco con tonalidades verdosas en menor proporcioacuten de color crema y amarillo contiene escasos fragmentos generalmente menores a 5 cm de rocas

terreno no ofrece la resistencia necesaria para desarrollar la fuerza suficiente en los cilindros de empuje Adicionalmente en un frente despresurizado la fuerza de contacto de la rueda de corte se concentra en el tercio inferior y en este tipo de ma-teriales blandos la resultante de la fuerza de contacto que se genera en la rueda de corte es demasiado baja y junto con la fuerza de friccioacuten y la fuerza de empuje generan un sistema de fuerzas que pro-duce un momento en sentido contrario al que se requiere para el direccionamiento ascendente del escudo Ademaacutes en estos primeros metros de material blando se presentaron flujos de agua que no era posible controlar con un frente abierto

Para corregir esta situacioacuten se realizoacute el cambio de configuracioacuten de la TBM pasando de modo abierto a modo cerra-do (EPB) lo que adiciona al sistema de fuerzas la presioacuten de frente y eleva la resultante de la fuerza de contacto en la rueda de corte permitiendo incrementar la magnitud del empuje de los cilindros y redistribuir la fuerza de friccioacuten alrededor del escudo desarrollando un par que pro-duce un momento resultante en el senti-do adecuado para guiar verticalmente el escudo en acenso tal como se muestra en la figura 8

Excavacioacuten de roca con EPB

La operacioacuten de la TBM en modo EPB totalmente cerrado en roca por lo general resulta en bajos iacutendices de excavacioacuten alto desgaste de la herramienta y posibles dantildeos en la cabeza de corte En este caso una de las claves para un desempentildeo exi-toso de las TBM fue una seleccioacuten adecua-da del modo de operacioacuten del escudo y el ajuste de los paraacutemetros de excavacioacuten en tiempo real en el sitio de trabajo Tambieacuten fue muy importante mantener un control

preciso de los paraacutemetros de acondicio-namiento del terreno y la apertura cierre de las puertas de tornillo para no generar licuefaccioacuten y controlar la extraccioacuten de rezaga a traveacutes del transportador de tor-nillo evitando derrames

Durante el proceso de excavacioacuten es muy importante que el material no salga demasiado fluido a traveacutes de las compuertas del tornillo transportador para evitar derrames de material en el aacuterea

Figura 7 Frente de excavacioacuten de Brecha con bloques

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de alimentacioacuten de segmentos ya que esto implica peacuterdidas de tiempo para la limpieza y una disminucioacuten notoria en la produccioacuten diaria Ademaacutes una rezaga fluida impide generar un tapoacuten en el tornillo transportador que se requiere para controlar la presioacuten de confinamiento en la caacutemara de excavacioacuten La experiencia adquirida en el proyecto demostroacute que hasta una presioacuten de agua subterraacutenea de 50 bar en la corona la TBM pudo funcionar como un EBP regular al aumentar la presioacuten de soporte y mantenerla por encima de la presioacuten hidrostaacutetica del suelo tanto en avance como durante la parada

El acondicionamiento del material ex-cavado durante largos tramos con altas presiones de agua subterraacutenea se rea-lizoacute con eacutexito principalmente mediante la inyeccioacuten de espuma El poliacutemero se inyectoacute a traveacutes de las liacuteneas del mamparo cuando se produciacutea una rezaga muy flui-da y el control de las puertas del tornillo transportador no era suficiente para evitar derrames Ademaacutes la inyeccioacuten de ben-tonita en el tornillo transportador demos-troacute su efectividad para lubricar y evitar el bloqueo del tornillo transportador Cuando fue necesario se realizoacute una inyeccioacuten de espuma de poliuretano alrededor de los anillos seleccionados para detener la recoleccioacuten y el flujo de agua generado desde el tuacutenel a lo largo del escudo hasta la caacutemara de excavacioacuten

El control de los paraacutemetros y el se-guimiento visual del material excavado directamente en la cinta transportadora ambos en tiempo real fueron esenciales para evaluar la geologiacutea el tamantildeo de las rocas y bloques y asiacute poder ajustar los paraacutemetros de excavacioacuten clave tales como la penetracioacuten el nivel de llenado de la caacutemara de excavacioacuten la energiacutea especiacutefica y la fuerza de contacto en la rueda de corte torque y velocidad de ro-tacioacuten Este procedimiento hizo posible un desempentildeo exitoso de las TBM duran-te los tramos en roca bajo presiones de agua subterraacutenea superiores a 4 bares El control de los paraacutemetros ya mencio-nados tambieacuten fue decisivo para evitar la acumulacioacuten de bloques de roca y material en la parte frontal de la cabeza de corte y para proteger las herramientas de corte contra sobrecargas y bloqueos

Cruce de la zona de artesianismo

Uno de los tramos particulares atravesa-dos durante la construccioacuten del Bituacutenel fue la denominada zona de artesianismo com-puesta por brechas blandas altamente meteorizadas deleznables en presencia de agua con una carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave y flujos de agua de alrededor de 60 lps en una longitud de 200 m En la

Figura 8 Modelos de fuerzas de operacioacuten de las TBMacutes

Figura 9 Salida de material fluido del tornillo sin fin

Figura 10 Perfil geoloacutegico de la zona de artesianismo

Figura 11 Tuacutenel convencional seccioacuten transversal y longitudinal

figura 10 se muestra el perfil geoloacutegico que indica esta zona

Dada la carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave asociada con la permeabilidad y tipo de material se preveiacutea una condicioacuten de frente inestable con flujos de agua de 60 lps o superiores que no permitiriacutea rea-lizar el protocolo de inspeccioacuten y cambio de herramientas de corte en condiciones atmosfeacutericas por lo que como primera medida preventiva se determinoacute que antes de entrar a esta zona deberiacutea realizarse un

parada de mantenimiento y remplazar toda la herramienta de corte por piezas nuevas Adicionalmente se realizoacute la planeacioacuten y previsiones necesarias para que en caso de fuera imprescindible se contara con todos los elementos necesarios para eje-cutar intervenciones hiperbaacutericas y mitigar los altos riesgos que conllevan para el personal

Durante la excavacioacuten se realizoacute un seguimiento en tiempo real de los paraacute-metros de operacioacuten acondicionamiento

FSF

FCilindrosFCW

REFILL

NATURAL GROUND

MO

DO

ABI

ERTO

MO

DO

CER

RAD

O (E

PB)

Nomenclatura

FEPB =FCW =FSF =FCilindros =

Presioacuten de frente Fuerza de rueda de corteFuerza de friccioacuten del escudo Fuerza de empuje

CW

X1

X2

X3

SHIELD

FUP

FC

FS

FSEGMENT

FSF

FSF

FCilindrosFCW

FEPBREFILL

NATURAL GROUND

CW

X1

X2

X3

FUP

FC

FSF

FSEGMENT

SHIELD

118

370

+3099962

ETAPAS DE EXCAVACIOacuteNGENERAL

581

INVERT(DESTROZA)

FASE 4

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 3

TUacuteN

EL IZ

QU

IER

DO

PK 3

8+16

901

6

TUacuteN

EL D

EREC

HO

PK 3

8+17

141

0

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 2

MEDIASERCCIOacuteNSUPERIOR(AVANCE)

4

118

370

581

485

035

300

040

3rdquo

3rdquo

3rdquo

300

100

300

2 3

1987654321 987654321 987654321

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y material extraiacutedo asiacute como un control preciso de la apertura y cierre de la com-puerta del tornillo transportador para la descarga del material a alta presioacuten En algunos casos extremos donde la pre-sioacuten superoacute los 7 bares se conectoacute una liacutenea (o dos) directamente al mamparo para usarla como drenaje tambieacuten se implementaron drenajes inmediatamen-te detraacutes de la tuneladora en la parte superior y en los lados de los anillos a fin de reducir la presioacuten hasta niveles manejables entre 40 y 60 bares

Las medidas y controles implemen-tados permitieron excavar 172 avances equivalentes a 268 m (TBM S-948) por la viacutea derecha y 162 avances (243 m) que representan una longitud de 243 con la TBM S-949 por la viacutea izquierda y asiacute cruzar la zona del artesianismo En ninguacuten caso hubo necesidad de realizar paradas para implementar el protocolo de inspeccioacuten yo cambio de herramien-tas de corte en condiciones hiperbaacuteri-cas que hubieran incurrido en riesgos altos costos y tiempos de ejecucioacuten adicionales Es de resaltar que a pesar de tenerse una presioacuten hidraacuteulica por en-cima de los 6 bares y en ocasiones de 7 bares en la clave representando una de las peores condiciones del proyecto se logroacute mantener una tasa de produccioacuten de 1063 mdiacutea

Excavacioacuten de tuacuteneles convencionales

Ante la previsioacuten de algunas condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas que se consideroacute podriacutean ser adversas para la excavacioacuten de los tuacuteneles con las TBM (comprometiendo el plazo de ejecucioacuten y ante la condicioacuten geoloacutegica de una material de toba sin presencia de agua subterraacutenea observada durante la cons-truccioacuten del portal de Toluca) se decidioacute atacar un tramo de los tuacuteneles en modo convencional por el Portal Poniente En la figura 11 se muestra el esquema cons-tructivo y el sostenimiento implementado

El proceso de excavacioacuten del tuacutenel convencional inicioacute con la colocacioacuten de un pre- sostenimiento mediante enfilaje frontal formado por 32 tubos de 4rdquo de diaacutemetro y 12 m de longitud traslapados 3 m y apoyados sobre la pantalla de pilas Una vez concluidos los enfilajes se construyoacute una viga de atado de con-creto reforzado con objeto de distribuir las posibles cargas del terreno una vez iniciada la excavacioacuten Posteriormente

se inicioacute con la excavacioacuten de los tuacutene-les convencionales en tres etapas con avances de 1 m en una longitud de 9 m cubiertos por el enfilaje en cada avan-ce de excavacioacuten se colocaron marcos metaacutelicos y concreto lanzado con fibras de acero Una vez concluidos los ciclos de 9 m de excavacioacuten bajo el primer enfilaje colocoacute el segundo enfilaje y se repitieron los ciclos de avance

Durante el proceso de excavacioacuten se instalaron secciones de convergencia en el interior del tuacutenel a fin de monito-rear el comportamiento deformacional Asimismo durante este seguimiento se establecioacute un plan de actuacioacuten para garantizar que durante el proceso de construccioacuten de los tuacuteneles los maacuterge-nes de seguridad se mantuvieran dentro de los umbrales adecuados

Una vez que las maacutequinas tunelado-ras estaban superando las condiciones maacutes difiacuteciles y despueacutes de revisar su rendimiento y produccioacuten respecto al rendimiento de excavacioacuten del meacutetodo convencional se determinoacute suspender esta uacuteltima habieacutendose ejecutado uacutenica-

mente 27 m en cada uno de los tuacutenelesConcluidos los trabajos del tuacutenel

convencional y mecanizado se realizoacute el tratamiento a la transicioacuten entre am-bos revestimientos a fin de garantizar la unioacuten de dichas estructuras Estos tra-bajos consistieron en la colocacioacuten del sistema de impermeabilizacioacuten y concre-to lanzado en la zona de los hastiales y clave y en la zona de batea se realizoacute una inyeccioacuten de mortero

Salida de las TBM

Despueacutes de 19 meses de superar di-ferentes desafiacuteos las maacutequinas tunela-doras concluyeron su trabajo de forma exitosa incluyendo su salida por los tuacuteneles convencionales del Portal Po-niente como se muestra en las siguientes imaacutegenes

Microtuneleo con TBM Hincado de tuberiacutea (pipe Jacking)

Construccioacuten de tuacuteneles con dovelasRehabilitacioacuten de tuberiacuteas

Tablestacado metaacutelico Muro Milaacuten

(+52 55) 5207 3068 wwwbessaccommx

Tecnologiacutea de vanguardiaen obras subterraacuteneas

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

ANUNCIO_BESSAC_V2_printpdf 2 28617 1103 Pablo Miranda S Figura 12 Seguimiento y medicioacuten de seccioacuten de convergencia

Figura 14 Salida TBM S949 en viacutea izquierda

Figura 13 Salida TBM S948 en viacutea derecha

Instrumento NIVEL AVISO NIVEL DE ALARMANIVEL DE ALERTA

Dianas reflectantes ge 12 mm y lt 18 mm ge 18 mmlt 12 mm

V gt 10 mm diacutea

V = 5 - 10 mm diacutea

V = 1 - 5 mm diacutea

V = 05 - 1 mm diacutea

V = 005 - 05 mm diacutea

V lt 005 mm diacutea

Extremadamente Grande

Muy Grande

Grande - Media

Media - Pequentildea

Pequentildea

Despreciable

Refuerzo inmediato del sostenimiento

Si se mantiene durante dos diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Si se mantiene durante cuatro diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Ninguna

Ninguna

Ninguna

20

15

10

5

-5

-10

-15

-207818 10818 13818 16818 19818 22818 25818

Graacutefica de convergencias Tuacutenel convncional viacutea derecha (TBM S-948) Seccioacuten 36+17100

28818 31818 3918 6918 9918 12918 15918 18918 21918

1-35-14-23-53-42-3NIVEL DE ALERTA SUPERIORNIVEL DE ALERTA INFERIORNIVEL DE ALARMA SUPERIORNIVEL DE ALARMA INFERIOR

Con

verg

enci

a (m

m)

0

ActuacioacutenClase

PLAN DE ACTUACIOacuteN

Velocidad de Deformacioacuten

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Los tuacuteneles del TIMT excavados con maacutequinas tuneladoras tipo EPB enfrentaron una importante cantidad de riesgos que pusieron al liacutemite las capacidades de esta tecnologiacutea Las dificultades se relacionaron con aspectos geoloacutegicos geoteacutecnicos y geohidroloacutegicos principalmente por la presencia de medios heterogeacuteneos y cambiantes en combinacioacuten con elevados flujos de agua que alcanzaron presiones cercanas a los 7 bares El control y ajuste de la operacioacuten de los escudos a partir del seguimiento de las condiciones encontradas durante el avance permitioacute hacer frente de forma exitosa dichos riesgosComo complemento al artiacuteculo anterior en este artiacuteculo se presentan algunas de las situaciones criacuteticas por las que atravesoacute la excavacioacuten de los tuacuteneles del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Marc CoMuLadaMTC Maidl TunnelconsultantsGoethestr 74 Munich Germanymcomuladamaidl-tcde

Puntos clave

bull Durante la construccioacuten se presentaron cambios suacutebitos en las condiciones hidrogeoloacutegicas pasando de zonas im-permeables y secas a frentes con elevados flujos de agua

bull Se llegaron a presentar presiones de agua con maacuteximos de hasta 62 bar y en tramos largos con presiones de hasta 5 bar

Durante la exploracioacuten se perforaron 37 sondeos para ensayos de permeabilidad en los que se realizaron 158 ensayos ob-teniendo valores promedio comprendidos entre kf= 135x10-6 ms y kf = 995 x10-8 ms Estos valores en suelos representan permeabilidades medias a bajas No obstante en roca fractu-rada y en los tramos de macizo rocoso de muy mala calidad y frentes mixtos heterogeacuteneos que incluiacutean la presencia de suelos se registraron flujos muy elevados de agua que llegaron en algunos casos a valores comprendidos entre 2 a 5 m3min

Principales riesgos para la operacioacuten de los escudos EPB

Debido a condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas extremas en ocasiones se alcanzaron los liacutemites de aplicabilidad de los escudos EPB A continuacioacuten se explican los principales riesgos encontrados y la manera en que se les hizo frente Figura 1 Frente mixto con presencia de roca y suelos

Figura 2 Bloques sobresaliendo del frente de excavacioacuten

a) Sobrecarga y dantildeos en las herramientas de corte en frentes mixtos y con bloques de roca

Los discos instalados en la rueda de corte son los encargados de romper la roca que se encuentra en el frente mediante la presioacuten de contacto que produce el empuje de la tuneladora Cuanto mayor es la resistencia a compresioacuten y tensioacuten de la roca mayor es la fuerza de contacto necesaria para romperla

El riesgo de sobrecarga de los discos de corte ocurre es-pecialmente en frentes mixtos compuestos de suelos y roca (Figura 1) y tambieacuten ante la presencia de bloques que se forman en los frentes de roca fracturada (Figura 2)

La sobrecarga de los discos se produce por el hecho de que en frentes mixtos la fuerza de empuje no se distribuye uniformemente en todos los discos de la rueda de corte sino

Figura 3 Dantildeos tiacutepicos en los discos resultado de sobrecargas e impactos

que se concentra en los discos en contacto con la roca presente soacutelo en una parte del frente El mismo fenoacutemeno ocurre cuando existen bloques de roca que sobresalen en el frente

Ademaacutes de la sobrecarga de los discos de corte con la rotacioacuten de la rueda de corte la presencia de bloques o de zonas de materiales de resistencia distinta en el frente causa impactos en los discos que pueden producir su dantildeo yo rotura

En los tuacuteneles del TIMT a pesar de llevar un control sobre la fuerza de contacto transmitida a los discos de corte las condiciones cambiantes y heterogeacuteneas del frente produjeron numerosos dantildeos y bloqueos en ellos En estas condiciones los discos de corte afectados ya no pueden ejercer su funcioacuten y si no se lleva a cabo un cambio oportuno se produce un efecto en cadena que en pocos metros de excavacioacuten puede resultar en una cantidad muy elevada de elementos dantildeados o incluso en dantildeos en la estructura de acero de la rueda de corte

Las medidas adoptadas para minimizar estos riesgos fueron

bull Instalacioacuten de un detector de metales en la banda trans-portadora con el fin de identificar partes de discos de corte desprendidas por el dantildeo en los mismos

bull Control visual de la rezaga en la banda transportadora con objeto de identificar la presencia de mayor o menor porcentaje de roca y su calidad en base a la cantidad y tamantildeo de los fragmentos

bull Ajuste de los paraacutemetros de operacioacuten (penetracioacuten revo-luciones de giro de la rueda de corte y fuerza de contacto)

b) Fallas geoloacutegicas

Durante la excavacioacuten de los tuacuteneles se atravesaron muacuteltiples fallas geoloacutegicas caracterizadas por discontinuidades de varios centiacutemetros de abertura varias de las cuales se encontraron de forma inesperada (Figura 4) En estas condiciones los escudos no pueden trabajar en condiciones presurizadas Ello impide el adecuado acondicionamiento de la rezaga con espumas pues al inyectarlas se escapan por las discontinuidades y no se mezclan con la rezaga Ademaacutes por el mismo motivo la inyeccioacuten de mortero que se realiza en el extradoacutes de los anillos de dovelas no puede llevarse a cabo de forma eficaz Una inadecuada inyeccioacuten de mortero en el extradoacutes de las

Figura 4 Discontinuidad encontrada en el TIMT Izquierda vista en direccioacuten contraria al avance de la tuneladora derecha vista del frente de excavacioacuten

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Artiacuteculo

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muestran las presiones en distintos niveles de la caacutemara de excavacioacuten) La consistencia de la rezaga se consiguioacute controlar de tal forma que se formoacute un sello en el tornillo sinfiacuten que permitiacutea controlar las presiones en la caacutemara de excavacioacuten sin peacuterdidas de presioacuten

bull Acondicionamiento del terreno mediante la inyeccioacuten combinada de espumas poliacutemeros y suspensiones de bentonita (esquema en la Figura 7) La Figura 8 muestra el aspecto de la rezaga con una consistencia plaacutestica sin derrames descontrolados trabajando con presiones EPB de 4 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 5 Fluidificacioacuten de la rezaga por presencia de flujos elevados de agua (arriba) y desborde de la banda transportadora (parte superior izquierda) con el consecuente derrame de rezaga en la parte inferior del escudo (parte inferior derecha)

Figura 6 Presiones de operacioacuten en la caacutemara de excavacioacuten (PT1 a PT6) y formacioacuten de un sello en el sinfiacuten Figura 9 Esquema de las campantildeas de reinyecciones para reducir los flujos de agua provenientes de la parte trasera del escudo

Figura 7 Esquema de acondicionamiento en combinacioacuten con la inyeccioacuten de aire comprimido en condiciones de elevadas presiones de agua

Figura 8 Extraccioacuten controlada de rezaga plaacutestica por el tornillo sinfiacuten con material acondicionado formando un sello en el sinfiacuten con una presioacuten EPB de 4 a 5 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 10 Intervencioacuten en la caacutemara excavacioacuten en condiciones atmosfeacutericas mediante inyecciones en el extradoacutes del escudo

d) Intervenciones en la rueda de corte con elevados flujos de agua en roca fracturada

En los tramos de roca con mayores iacutendices de meteorizacioacuten y fracturamiento y elevadas presiones y flujos de agua suele ser demasiado arriesgado y de hecho praacutecticamente imposible llevar a cabo intervenciones en la rueda de corte en condi-ciones hiperbaacutericas para la revisioacuten de herramientas Por lo tanto el acceso a la caacutemara de excavacioacuten soacutelo era posible en condiciones atmosfeacutericas En estas condiciones con elevados flujos de agua fluyendo hacia la caacutemara de excavacioacuten tanto desde el frente de excavacioacuten como desde la zona trasera del escudo el trabajo de revisioacuten y cambio de herramientas no solo es peligroso sino tambieacuten muy laborioso y lento

Dado que los flujos desde el frente soacutelo se pueden evitar mediante equipos de sondeo y preinyeccioacuten hacia adelante (cuya implementacioacuten no es viable en la cantidad necesaria en escudos EPB) soacutelo es posible reducir o eliminar los flujos de agua que provienen de la parte trasera del escudo En este caso para lograrlo se llevaron a cabo inyecciones combinadas de mortero mezclas de lodo-cemento y espumas de poliuretano a traveacutes de los anillos de dovelas a fin de bloquear el paso de agua (Figuras 9 y 10)

dovelas provoca deformaciones no deseadas del revestimiento de dovelas debido a la falta de confinamiento de los anillos

c) Elevados flujos de agua y fluidificacioacuten de la rezaga

En la excavacioacuten de tuacuteneles con maacutequinas EPB es importante tener bajo control la consistencia del material de rezaga En el caso del TIMT los elevados flujos de agua encontrados se mezclaban con la rezaga fluidificaacutendola en exceso Una rezaga demasiado liacutequida causa varios problemas como son

bull Imposibilidad de controlar las presiones EPB debido a que el material en la caacutemara de excavacioacuten es demasiado liacutequido para permitir una transmisioacuten de presiones al frente de excavacioacuten Sin un control activo de presiones EPB no es posible contrarrestar la presioacuten de agua actuante y ademaacutes existe el riesgo de sobreexcavacioacuten

bull Sin un control activo sobre la presioacuten del material de rezaga en la caacutemara de excavacioacuten se producen expulsiones descontroladas a presioacuten por el tornillo sinfiacuten que impiden un avance continuo del escudo que debe interrumpirse continuamente y ademaacutes provocan el desborde de ma-terial extraiacutedo en la banda transportadora El desborde de rezaga causa largos tiempos de parada para limpiar la zona inferior del escudo donde deben instalarse las dovelas debido a la acumulacioacuten de material

bull El transporte del material de rezaga hacia el vertedero se torna muy lento ya que los camiones no pueden llenarse

Durante la obra algunos tramos largos tuvieron que excavarse en estas difiacuteciles condiciones La Figura 5 ilustra fotografiacuteas de la fluidificacioacuten de la rezaga

Con objeto de reducir los flujos de agua del terreno hacia la caacutemara de excavacioacuten se llevaron a cabo las siguientes medidas

bull Aumento de la presioacuten en la caacutemara de excavacioacuten con la ayuda de aire comprimido con objeto de mantenerla por encima de la hidrostaacutetica Esto permitioacute avanzar el escudo con hasta 50 bar de presioacuten en la caacutemara de forma continua y sin interrupciones tal como muestran las lecturas de presiones en la Figura 6 (las liacuteneas PT1 a PT6

Acondicionamiento con espumas y suspensioacuten de bentonita en la rueda de corteInyecciones de suspensioacuten de bentonita en el tornillo sinfiacutenInyeccioacuten de poliacutemero a traveacutes del mamparo estancoInyeccioacuten de espumas en la caacutemara de excavacioacuten

Air

2

2

1

1

3

3

4

4

000

500

1000000

200

400

600

000

1000

2000

[rpm

]

[bar

] [bar]

[]

[bar]

1550

Revoluciones SinfinPT2 PT3 PT4 PT5 PT6PT1 Presioacuten Agua Terreno

1555 1600 1605 1610 1615 1620 1625

Maidl Tunnelconsultants GmbH amp Co KGLlenado CaacutemaraPresioacuten SinfinPT Atras Sinfin

1 2 3 4 5 6 987 161514131211

Reinjection of grout+

Polyiurethane foam injections

Injection of hardening mud+

Polyiurethane foam injectionsTestigo de inyeccioacuten

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Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

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La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

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Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

TEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Oficina centralAv Revolucioacuten 1884 Int 308 Col San Aacutengel Delegacioacuten Aacutelvaro Obregoacuten

Ciudad de Meacutexico CP 01000 email temocsatemocsacomTEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

3RD LATIN AMERICA URBAN RAIL EXPANSION SUMMIT

Medelliacuten ColombiaE-mail andresgglnoppenlatinamericacom

28 - 29

2ND NATIONAL CONGRESS ON UNDERGROUND WORKS CCROS 2019

San Joseacute Costa RicaSitio acroscrcomcongreso

Mayo 201903 ndash 09

WORLD TUNNEL CONGRESS 2019

Naacutepoles ItaliaSitio wwwwtc2019com

Junio 201903 - 05

UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

9TH NORDIC GROUTING SYMPOSIUM

Helsinki FinlandiaE-mail rilleraasakkarilfiSitio httpwwwrilfi

17 ndash 21

THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

Isla Jeju Corea del SurEmail infoasem19org infoanbre19org

octubre 201906 - 10

WORLD ROAD CONGRESS

Abu Dhabi Emiratos Aacuterabes UnidosSitio httpsdotabudhabiaepiarc

Noviembre 201917 - 20

XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

Cancuacuten MeacutexicoE-mail infopanamerican2019mexicocomSitio wwwpanamerican2019mexicocom

26 - 28

STUVA 2019

Frankfurt AlemaniaSitio wwwstuva-expocomen

diciembre 201904 ndash 05

ETS CONFERENCE AND EXHIBITION 2019

Luxor ndash Aswan Egipto

Mayo 202015 ndash 21

WORLD TUNNEL CONGRESS 2020

Kuala Lumpur MalasiaSitio wwwseacetus2017com4443welcome-to-malaysia

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Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

38 39

71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

100

80

60

40

20

0

08 12 16 2

Esta

do L

iacutemite

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

100

80

60

40

20

0

0 08060402 1

Esta

do L

iacutemite

Factor de Seguridad

P(Fslt1)=100

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

100

80

60

40

20

0

0 2 3 4 5

Esta

do L

iacutemite

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=000

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

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Historia

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araneses no titubean en pedir emotivamente la apertura de un paso practicable todo el antildeo El tuacutenel queremos el tuacutenel clamaban todos desde Tredograves hasta Pontaut El capellaacuten y poeta araneacutes Mossegraven Rafel Nart y el poliacutetico Eduardo Aunograves Peacuterez dedicaron un poema al tuacutenel manifestando la metaacutefora de una princesa encantada y un rey que la debiacutea desencantar

Condes de Saint Gironis y de ComingesQuisieron desposarlaSigue hermosa falaces le deciacuteanel curso de tus aguasastro de gloria alumbraraacute tu frentereina de la montantildeasy bella entre las bellas ricas floreshollaraacutes por alfombra de tus plantasNegoacutese la Princesa que se muerepor las brisas y caacutermenes de Espantildea

Esos ayes fatiacutedicos del vientoson tal vez los lamentos de las almasde pobres caminantes que perecen en los puertos de Vielha y de la Bonaigua

Si de Merliacuten el magocautiva ahora estaacutede Espantildea un rey famosola desencantaraacute

Y el muro de estos montes que van al firmamentoa contemplar soberbios de Dios el mismo asientoel maacutegico conjuro del rey perforaraacutey redimida entonces la gran tierra aranesadesde el balcoacuten sublime radiante la Princesalos caacutermenes de Espantildea por fin contemplaraacute

Sarraera Montardo y Furcanadagigantes de granito que vigilanlas fronteras sagradas de la patria

Subiendo por los montes soberanosen portentosa cuaacutedrigade invisibles caballos y velocescomo el viento veniacutea el Rey de EspantildeaSentildeor Rey los aranesesaunque humildes no son pariasa vuestros pies finojadaallaacute en el puerto de Vielhanecesito una ventanapara librarme del hambrey verme con mis hermanasRey Alfonso Rey Alfonsopor piedad esa ventanamirad el puerto de Vielhacon su corona de plataparece una flor de lisdel blasoacuten de vuestra casa

A la vez el Rey le responde

Princesa de este valle le deciacuteatendraacutes esa ventanaen el muro soberbio de tus montespara asomarte a Espantildea

Alfonso XIII puso su empentildeo en que la obra comenzara cuanto antes y el Directorio plasmoacute la idea con gran rapidez de tal suerte que en noviembre de 1925 fue adjudicada a la empresa de los hermanos Eduardo y Joseacute Segura con un presupuesto de 10693000 de pesetas y un compromiso de terminar la obra en 1930

Respecto a la adjudicacioacuten cabe destacar algunos aspectos importantes Cerca de la fecha de la celebracioacuten de la subasta ya se sospechaba que eacutesta seriacutea declarada desierta Los gran-des contratistas consideraban la obra muy difiacutecil o entendiacutean que el marco de beneficio que podriacutea reportar era insuficiente

Figura 1 El rey Alfonso XIII

Figura 2 Escenas de la visita del rey

El abogado y publicista Joseacute Bertrans Solsona en su libro Valle de Araacuten (Suiza Espantildeola) escrito en 1928 y conservado en el Musegraveu Etnologravegic dera Val drsquoAran narra con detalle muchos de los acontecimientos y vicisitudes que tuvieron lugar en torno al inicio de los trabajos de perforacioacuten del tuacutenel Respecto a la adjudicacioacuten de los trabajos de construccioacuten nos cuenta

() Nadie (los contratistas) pensaba en poner algo de su parte para secundar las nobles iniciativas y desve-los para dar realidad a lo que constituiacutea ya un anhelo nacional y prestigiosos araneses realizaban gestiones desesperadas para evitar el derrumbamiento de sus maacutes caras ilusiones porque si se declaraba desierta la subasta se aplazaba sine die la solucioacuten del problema

Cuenta Beltrans que el diputado provincial don Francisco Deoacute y Deoacute propuso a los hermanos Segura modestos contratistas si se comparan con las grandes sociedades dedicadas a esas industrias participar en la licitacioacuten Ellos despueacutes de pensarlo detenidamente consideraron factible la realizacioacuten del proyecto Aceptaron y finalmente el concurso les fue adjudicado como uacutenicos postores

No deja de resultar interesante el lenguaje de exaltacioacuten nacionalista utilizado por Beltrans quizaacutes impulsado entre otras cosas por el fervor ideoloacutegico de una Espantildea muy dividida poliacuteticamente Refirieacutendose a los contratistas Segura afirma

() despueacutes de meditar con gran detenimiento el pro y el contra que representaba la realizacioacuten del proyecto acaso superior a sus fuerzas inspirados por un opti-mismo que soacutelo puede engendrar el valor positivo de una raza que ha llegado a dominar el mundo con el desprecio maacutes absoluto de la resolucioacuten de los demaacutes firmaron el pliego de condiciones

Otro ejemplo curioso del muy personal trazo que el cronista da a su narracioacuten lo encontramos en el extracto del capiacutetulo en que describe la situacioacuten de los araneses los antildeos anteriores a la construccioacuten del tuacutenel

() Valedores que apoyaban sus justas pretensiones no faltaban a los sufridos araneses pero en aquellas eacutepocas Espantildea sufriacutea un tan gran desquiciamiento moral que ahogaba las justas necesidades con satisfacciones de insanos egoiacutesmos y bajas concupiscencias

El tuacutenel de Vielha ya para entonces llamado Tuacutenel Alfonso XIII tal como fue originalmente proyectado por la Jefatura de Ferrocarriles del Nordeste de Espantildea teniacutea un ancho a nivel de explanada de 390 metros y un gaacutelibo de 60 m dimensiones justas para el tren eleacutectrico de viacutea de un metro una longitud de 5240 m y una pendiente de cerca del 5 Teniacutea contemplado un apartadero de 250 metros a la mitad del tuacutenel para permitir el cruce de trenes

La perforacioacuten del tuacutenel comenzoacute en diciembre de 1926 paralelamente a la construccioacuten de la carretera de acceso de Vielha a la boca norte En aquel mismo antildeo se habiacutea decidi-do que el proyecto de ferrocarril por el valle de la Noguera Ribagorccedilana era inviable y que el problema de comunicacioacuten de la Val drsquoAran teniacutea que solucionarse con mayor rapidez El presupuesto fue asignado a carreteras a pesar de la inconfor-midad manifestada por los 18 alcaldes de la Val y de la peticioacuten hecha al rey de que ordenara devolver el citado presupuesto a ferrocarriles

1928 fue un antildeo importante para las obras del tuacutenel En primer lugar fue puesta en servicio la central del riacuteo Nere la

cual proporcionoacute energiacutea y luz a la construccioacuten Por otra parte en verano el ministro de gobernacioacuten General Martiacutenez Anido visitoacute las obras y decidioacute que el tuacutenel deberiacutea tener un ancho de calzada de siete metros con lo que quedoacute totalmente estable-cido que seriacutea destinado a carretera Probablemente la primera versioacuten del proyecto para carretera la del ingeniero Ramoacuten Martiacutenez de Velasco date de aquella eacutepoca Dicho proyecto fue reformado y convertido en definitivo por el ingeniero Felipe Cabredo Muro quien ademaacutes dirigioacute la obra hasta su final en 1948 junto con la importante ayuda y presencia fiacutesica en obras del ingeniero Juan Montantildeeacutes Pascual

Figura 3 Mapa de 1928 que ya incluye la ubicacioacuten del tuacutenel

Figura 4 Inicio de las obras en la boca norte

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Historia

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El clima social y poliacutetico de Espantildea a principios de la deacute-cada de los 30 no favorecioacute los trabajos de construccioacuten del tuacutenel En enero de 1933 ya instaurada la Segunda Repuacuteblica el Ministerio de Fomento suspendioacute los trabajos los cuales se retomaron en noviembre del mismo antildeo Maacutes tarde el comiteacute de trabajadores incautoacute las obras y poco despueacutes fue asesinado en Barcelona el contratista Joseacute Segura

Pasaron seis antildeos para que se reiniciaran los trabajos Esta vez ademaacutes de los obreros contratados se emplearon prisio-neros de la Guerra Civil En una entrevista para el perioacutedico

La Vanguardia el ingeniero Cabredo contaba

() Actualmente se cuenta con la colaboracioacuten de prisioneros de guerra facilitados por el Capitaacuten general de la Cuarta Regioacuten don Luis Orgaz que perciben el mismo jornal que los obreros libres El Estado se hace cargo del dinero que se distribuye dando una parte a la familia del prisionero y el resto en mejorar el trato de eacuteste

Fermiacuten Monge Busquet que para el antildeo 2000 teniacutea 84 antildeos y viviacutea en Aubert comenzoacute a trabajar en el tuacutenel de Vielha en 1931 con tan soacutelo 15 antildeos Eacutel cuenta que ldquoal principio abriacutea-mos el boquete a golpe de pico y maza ya que no habiacutea otras herramientas Yo era frenista es decir me ocupaba de sacar la piedra del tuacutenel con un convoy de 24 vagones que debiacutea ir fre-nando manualmente para que no cogiera velocidad y volcarardquo

La construccioacuten del tuacutenel de Vielha significoacute superar obstaacute-culos naturales mucho maacutes difiacuteciles y peligrosos que los que en un principio se habiacutea imaginado Ademaacutes de la dura excavacioacuten en caliza y granito se cruzaron tramos importantes de pizarra muy alterada y zonas de falla donde la roca estaba totalmente descompuesta En toda la longitud del tuacutenel el agua se filtraba en grandes torrentes y en una ocasioacuten los trabajadores del avance perforaron un manto freaacutetico lo cual causoacute un enorme caudal que se llevoacute consigo vagonetas herramientas vigas y todo lo que encontroacute a su paso Varios diacuteas despueacutes cuando se consiguioacute canalizar el agua por la galeriacutea de avance pasaba un caudal de 4000 litros por segundo En octubre de 1931 se produjo un gigantesco desprendimiento de arcillas barrosas que tuvo a los obreros trabajando en seis turnos diarios du-rante catorce meses para pasar la galeriacutea de avance un tramo de 200 metros soportando el terreno con elementos de gran resistencia

Antes de unir los dos frentes la galeriacutea de la boca norte alcanzoacute los 4500 metros de profundidad por lo que fue ne-cesario instalar potentes maacutequinas de extraccioacuten de aire a fin de que se pudiese trabajar dentro

En total se excavaron unos 350000 metros cuacutebicos de roca de revestimiento hecho de mamposteriacutea y hormigoacuten se cons-truyeron unos 125000 metros cuacutebicos se emplearon unas 200 toneladas de dinamita de alto rendimiento en ambas bocas se construyeron verdaderos pueblos para albergar a los obreros cuyo nuacutemero fluctuoacute entre 200 y 600 ademaacutes de sus familias

Figura 5 Traccioacuten animal al comienzo de las obras

Figura 6 Barrenadora empleada en la construccioacuten del tuacutenel

Figura 7 Primer coche que cruza el tuacutenel el del ingeniero Felipe Cabredo

Figura 8 Boca sur en los antildeos setenta

El 26 de enero de 1941 un diario de Barcelona publicaba la siguiente nota

En la tarde de ayer quedoacute totalmente perforado el tuacutenel que une el Valle de Aran con el resto de EspantildeaLeacuterida 25 (Exclusivo de Logon) ndash Esta tarde a las dos y quince minutos un poderoso barreno de dinamita ha hecho saltar el uacuteltimo diafragma rocoso que separaba a los obreros mineros que de una y otra parte trabajaban en la perforacioacuten del tuacutenel de Vielha

La coincidencia de los dos frentes de ataque habiacutea sido perfecta un diacutea antes se lanzoacute una sonda tubular que comproboacute la precisioacuten del trabajo que habiacutean realizado los ingenieros topoacutegrafos y a traveacutes de dicho tubo se establecioacute la primera conversacioacuten entre los trabajadores de ambos lados El viernes 25 hicieron explosioacuten los cartuchos que derribaron el delgado muro de granito en presencia del entonces ingeniero jefe de Obras Puacuteblicas de Leacuterida don Luis Saacutenchez Ocantildea el ingeniero director de las obras del tuacutenel don Felipe Cabredo Muro los contratistas y alto personal de las obras

() Espontaacuteneamente se ha proclamado la jornada de hoy diacutea de gran fiesta y araneses y ribagorzanos se han lanzado a las calles cubiertas por una importante capa de nieve y han organizado grandes comilonas conciertos vocales o instrumentales y otros festejos

Desde las montantildeas vinieron cortejos que precedidos por bandas de muacutesicos entraron al tuacutenel por ambas bocas se despacharon varios barriles de vino embuti-dos y demaacutes comestibles en medio de una gran alegriacuteaFermiacuten Monge recuerda ldquo() Yo debiacutea conducir los vagones que en esta ocasioacuten iban llenos de gente Pero ese diacutea me pusieron a repartir vino con un bocoy de 12 pellejos Todos veniacutean con cubos y vasijas para llevarse vino a casardquoFaltaron todaviacutea siete antildeos de trabajos de construccioacuten para que en 1948 pasaran los primeros vehiacuteculos La inauguracioacuten fue en el mes de mayo y a la celebracioacuten asistieron autoridades civiles y militares personal del Ministerio de Obras Puacuteblicas y el pueblo en general

El tuacutenel de Vielha-Alfonso XII no tuvo el aspecto que hoy en diacutea vemos hasta maacutes de 20 antildeos despueacutes luego de importantes trabajos de pavimentacioacuten impermeabilizacioacuten iluminacioacuten etceacutetera

Figura 9 Aspecto del interior del tuacutenel pocos antildeos despueacutes de su inauguracioacuten

Figura 10 Trabajos de impermeabilizacioacuten en los antildeos posteriores a la apertura

Un bocoy era un barril y un pellejo (de carboacuten) equivaliacutea a 60 litros

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Artiacuteculo

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Principales desafiacuteos en la excavacioacuten del bituacutenel para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Ing Jorge Antonio Pereyra Vargas Responsable de Ingenieriacutea

ICA ndash COTRISA

Ing Leonardo Guzmaacuten Leoacuten Director de Apoyo Teacutecnico en Puentes y Estructuras Especiales

Direccioacuten General de Carreteras SCT

El Tren Interurbano Meacutexico - Toluca seraacute un sistema de transporte moderno que conectaraacute de manera segura y eficiente el Valle de Toluca y la zona poniente de la Ciudad de Meacutexico atendiendo la problemaacutetica de conectividad y congestionamiento vial que se presenta entre estas dos zonas urbanas El recorrido de 58 km contaraacute con 6 estaciones dando servicio a 230 mil pasajeros por diacutea conectaacutendose con el sistema de transporte colectivo metro de la Ciudad de Meacutexico

El Tramo II de este proyecto se desarrolla en el poniente del Valle de Meacutexico en el liacutemite geograacutefico entre la alcaldiacutea Cuajimalpa de la Ciudad de Meacutexico y el municipio de Ocoyoacac en el Estado de Meacutexico para atravesar la Sierra de las Cruces se contempla la construccioacuten de un bituacutenel de 47 km de longitud a profundidades que van de los 15 a 136 m manteniendo en la mayor parte del recorrido una pendiente del 4 con un diaacutemetro de excavacioacuten de 856 m

Caracteriacutesticas de las maacutequinasPara la excavacioacuten de los tuacuteneles se uti-lizaron dos escudos de presioacuten de tierra convertibles (modo abierto ndash modo cerra-do) del fabricante alemaacuten Herrenknecht con las siguientes caracteriacutesticas

Diaacutemetro excavado 857 m

Longitud TBM 1200 m

Longitud Total con Tren de Servicio

13300 m

Peso total (TBM+Backup) 1500 Ton

Empuje maacuteximo 84235 kN

Potencia eleacutectricainstalada

5200 kW

Giro de la Rueda 0 a 42 rpm

Condiciones geoloacutegicas encontradas durante la construccioacutenLa geologiacutea de la regioacuten estaacute compuesta por derrames andesiacuteticos con diferentes tipos de alteracioacuten como cloritizacioacuten ar-gilitizacioacuten y oxidacioacuten brechas heterogeacute-neas tobas liacuteticas y de ceniza afectadas por muacuteltiples fallas geoloacutegicas y diversos sistemas de fracturamiento bajo el nivel freaacutetico se alcanzaron cargas hidrostaacuteticas de hasta 6 bares La disposicioacuten y propor-cioacuten de los materiales asiacute como sus nive-les de alteracioacuten se fueron afinando con la ampliacioacuten de la campantildea de exploracioacuten y en funcioacuten del registro realizado durante el seguimiento al proceso de la excavacioacuten y los frentes observados en las TBM Este seguimiento geoloacutegico tambieacuten permitioacute identificar sistemas de fracturamiento y fallas geoloacutegicas adicionales a las pro-yectadas inicialmente

Descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica

A continuacioacuten se presenta la descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica de los materiales observados durante la excavacioacuten de los tuacuteneles

Traquiandesita Roca de color gris os-curo de estructura compacta y textura microcristalina con tonalidades rosaacuteceas y rojizas constituidas por plagioclasa an-fiacuteboles y piroxenos embebidos en una matriz viacutetrea

Geoteacutecnicamente este material pre-senta en promedio para la roca intacta un peso volumeacutetrico de 2201 kgm3 un contenido de agua (w) de 166 una re-sistencia a la compresioacuten simple (RCS) 65 MPa un moacutedulo de deformabilidad (Et 50) de 13095 MPa y una resistencia

Figura 1 Alineamiento del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Figura 2 Ubicacioacuten del Bituacutenel

Figura 3 TBM iniciando excavacioacuten en Portal Oriente

Estado de Meacutexico

CDMX

Portal de entrada

A Meacutexico

A Toluca

Portal de salida

Eje de tuacutenel

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generalmente es moderado la estructura de la roca es continua en la mayor parte del macizo rocoso con una resistencia a la compresioacuten simple de 90 MPa una densidad seca de 206 kgm3 un valor de cohesioacuten igual al de la roca sana (07 MPa) y un aacutengulo de friccioacuten de 47deg Sin embargo se observaron frentes altamente meteorizados con maacutes de la mitad de roca que lo conforma desintegrada pero con-servando su estructura original este hecho repercute directamente en la resistencia a la compresioacuten simple descendiendo a 7 MPa En los casos maacutes extremos este material se encuentra en la transicioacuten de una roca blanda y un suelo duro variando asiacute la calidad del macizo de acuerdo a la clasificacioacuten GSI de buena a muy mala

La argilitizacioacuten es otra alteracioacuten que ha afectado los derrames andesiacuteticos los cuales suelen presentar una coloracioacuten amarillenta a crema y un fuerte contenido de arcilla que condicionan la resistencia de la roca intacta a un valor maacuteximo me-dido de 35 MPa un moacutedulo de elasticidad promedio de 7334 MPa (menor del resto de rocas andesiacuteticas) cohesioacuten de 08 MPa un aacutengulo de friccioacuten de 42deg y una calidad de roca de acuerdo al GSI de mala a buena

La intensidad del fracturamiento y sus caracteriacutesticas aun para el mismo tipo de roca andesiacutetica y un mismo frente fue heterogeacutenea algunos frentes tuvieron un fracturamiento ligero con un RQD bueno planos rugosos cerrados y en otros ca-sos presentaron una muy mala calidad un fracturamiento intenso planos de frac-tura lisos-ligeramente rugosos abiertos (hasta 5 cm) rellenos de arcilla blanda RQD lt25

Brechas Brecha andesiacutetica grisaacutecea de alta a baja consolidacioacuten con zona delez-nables en presencia de agua clasificada como una para-brecha con una propor-cioacuten de matriz del 70-60 integrada por arenas limosas con pocos finos de baja plasticidad o arena con grava en ambos casos contienen una gran cantidad de graacutenulos y guijarros (02-6 cm) y bloques andesiacuteticos de alta resistencia y de 25 cm hasta 20 metros de longitudBrecha andesiacutetica oxidada la matriz estaacute formada por material areno-arcilloso color rojizo que sostiene fragmentos andesiacuteti-cos equivalentes al 10-20 del total de material existente en el frente de estos el 85 corresponde a andesita oxidada porosa de baja dureza y alta meteoriza-cioacuten de un tamantildeo variable entre 3-40 cm con una densidad seca de 204 kgm3 y una absorcioacuten de 37 el resto (15) son guijarros y bloques (6-40 cm) andesiacuteticos de textura porfiacutedica color gris-verdoso de moderada a baja dureza y meteorizacioacuten

andesiacuteticas poacutemez y cristales maacuteficos Al desintegrarse el material presenta una granulometriacutea areno-limosa y areno-ar-cillosa de baja plasticidad con un liacutemite liacutequido entre 17-35 pero que en ocasiones ha alcanzado los 60Toba liacutetica de tonalidad rosaacutecea parda en ocasiones con manchas rojizas de alta compacidad integrada por partiacuteculas del tamantildeo de arenas limos y en menor pro-porcioacuten arcillas de baja plasticidad liacutemite liacutequido entre 19-29 contiene fragmentos de distintos tipos de andesita y tobas muy consolidadas menores a 15 cm equiva-lentes al 5-10 del material presente en el frente

Desarrollo de la excavacioacuten para dis-tintas condiciones y problemaacuteticasDurante la excavacioacuten de los tuacuteneles en ocasiones se observaron frentes integra-dos por una uacutenica litologiacutea homogeacutenea aunque con variacioacuten de resistencia grado de meteorizacioacuten y en las condiciones de las discontinuidades (causado por fallas locales) en otros casos se tuvieron fren-tes mixtos formados por dos o maacutes tipos de rocas que a lo largo de la excavacioacuten modificaron de manera gradual o suacutebita-mente su proporcioacuten y distribucioacuten Las combinaciones de materiales maacutes comu-nes observadas fueron andesita sana y andesita oxidada andesita sana con aumento progresivo del grado de meteo-rizacioacuten andesita muy alterada y brecha con bloques andesita oxidada y brecha andesiacutetica con bloques y brecha con len-tes tobaacuteceos

La heterogeneidad geoloacutegica-geo-teacutecnica de los materiales y su reacutegimen estructural combinado con la alta presioacuten hidrostaacutetica y flujos importantes de agua generaron condiciones inusuales para el uso de una TBM del tipo EPB

Inicio de excavacioacuten en modo abierto

Para el inicio de la excavacioacuten las TBM se configuraron para trabajar en modo abier-to o tipo roca descargando el material excavado de las palas a la tolva central en esta configuracioacuten el mamparo de la caacutemara se encuentra abierto y no es posi-ble presurizar la caacutemara de excavacioacuten Al avanzar y encontrar en el frente un material de brecha de baja resistencia no permitioacute guiar las maacutequinas a fin de seguir el trazo principalmente impidiendo mantener el ali-neamiento vertical y alcanzar la pendiente ascendente del 4 Lo anterior se deriva de la interaccioacuten de la TBM con el terreno respecto al sistema de fuerzas que actuacutean al momento de la excavacioacuten Cuando la TBM en modo abierto se encuentra en el frente con un suelo o una roca blanda el

a la tensioacuten directa de 350 MPa Refe-rente al macizo rocoso los paraacutemetros de resistencia son aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten variables entre 48-59deg y 12-20 [MPa] respectivamente y una resistencia a la compresioacuten simple de 124 MPa por su parte los paraacutemetros de deformabi-lidad estimados fueron moacutedulo de de-formabilidad (E) de 7500-10584 MPa y una relacioacuten de Poisson de 026 a 03 La clasificacioacuten geomecaacutenica GSI varioacute de buena a regular calidad Derrames andesiacuteticos Integrados por rocas andesiacuteticas con diferentes tipos de alteracioacuten amplia variabilidad en la inten-sidad de fracturamiento caracterizacioacuten de discontinuidades resistencia y grado de meteorizacioacuten En su estado maacutes sano presenta una coloracioacuten gris obscuro y ligera alteracioacuten

Para la roca intacta se obtuvo un peso especiacutefico entre 204-268 kgm3 una re-sistencia a la compresioacuten simple de hasta 140 MPa (roca muy dura) una media del moacutedulo de elasticidad de 16900 MPa y una calidad del macizo rocoso general-mente buena con valores del aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten del macizo de 07 MPa y 54deg

La andesita afectada por oxidacioacuten exhibe ligeras tonalidades rojizas las cua-les se intensifican a medida que eacutesta se incrementa el grado de meteorizacioacuten

Figura 4 Andesita sana en el frente de excavacioacuten

Figura 6 Frente de excavacioacuten que muestra la Andesita fracturada

Figura 5 Andesita oxidada en el frente de excavacioacuten

Brecha de bloques con diferentes grados de oxidacioacuten moderada consolidacioacuten grano-soportada con un porcentaje ro-ca-matriz de 80-20 sin embargo en algunas zonas el porcentaje de matriz aumenta a un 65 y el grado de conso-lidacioacuten disminuye La matriz estaacute forma-da por material areno-arcilloso con zonas donde se incrementa la arcilla color cafeacute rojizo los fragmentos de roca en su mayo-riacutea corresponden a andesita gris (60) de alta dureza (50-100 MPa) sub esfeacutericos tabulares con caras lisas muy oxidadas de bordes sub-redondeados a angulosos de 5 a 50 cm de lado largo el 40 son frag-mentos de andesita oxidada de moderada dureza (25-50 MPa) sub-esfeacutericos con bordes sub redondeados que alcanzan tamantildeos meacutetricos En una determinada seccioacuten a lo largo de la excavacioacuten de los tuacuteneles se observoacute una brecha con caracteriacutesticas similares pero soldada cuyos rasgos de la matriz son un aacutengulo de friccioacuten entre 35-45deg una cohesioacuten de 005-025 MPa densidad de 195 kgm3 y una resistencia a la compresioacuten simple en promedio de 0025 MPa con bloques de resistencia no mayor a 80 MPa

Tobas Toba de ceniza color gris claro a blanquizco con tonalidades verdosas en menor proporcioacuten de color crema y amarillo contiene escasos fragmentos generalmente menores a 5 cm de rocas

terreno no ofrece la resistencia necesaria para desarrollar la fuerza suficiente en los cilindros de empuje Adicionalmente en un frente despresurizado la fuerza de contacto de la rueda de corte se concentra en el tercio inferior y en este tipo de ma-teriales blandos la resultante de la fuerza de contacto que se genera en la rueda de corte es demasiado baja y junto con la fuerza de friccioacuten y la fuerza de empuje generan un sistema de fuerzas que pro-duce un momento en sentido contrario al que se requiere para el direccionamiento ascendente del escudo Ademaacutes en estos primeros metros de material blando se presentaron flujos de agua que no era posible controlar con un frente abierto

Para corregir esta situacioacuten se realizoacute el cambio de configuracioacuten de la TBM pasando de modo abierto a modo cerra-do (EPB) lo que adiciona al sistema de fuerzas la presioacuten de frente y eleva la resultante de la fuerza de contacto en la rueda de corte permitiendo incrementar la magnitud del empuje de los cilindros y redistribuir la fuerza de friccioacuten alrededor del escudo desarrollando un par que pro-duce un momento resultante en el senti-do adecuado para guiar verticalmente el escudo en acenso tal como se muestra en la figura 8

Excavacioacuten de roca con EPB

La operacioacuten de la TBM en modo EPB totalmente cerrado en roca por lo general resulta en bajos iacutendices de excavacioacuten alto desgaste de la herramienta y posibles dantildeos en la cabeza de corte En este caso una de las claves para un desempentildeo exi-toso de las TBM fue una seleccioacuten adecua-da del modo de operacioacuten del escudo y el ajuste de los paraacutemetros de excavacioacuten en tiempo real en el sitio de trabajo Tambieacuten fue muy importante mantener un control

preciso de los paraacutemetros de acondicio-namiento del terreno y la apertura cierre de las puertas de tornillo para no generar licuefaccioacuten y controlar la extraccioacuten de rezaga a traveacutes del transportador de tor-nillo evitando derrames

Durante el proceso de excavacioacuten es muy importante que el material no salga demasiado fluido a traveacutes de las compuertas del tornillo transportador para evitar derrames de material en el aacuterea

Figura 7 Frente de excavacioacuten de Brecha con bloques

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de alimentacioacuten de segmentos ya que esto implica peacuterdidas de tiempo para la limpieza y una disminucioacuten notoria en la produccioacuten diaria Ademaacutes una rezaga fluida impide generar un tapoacuten en el tornillo transportador que se requiere para controlar la presioacuten de confinamiento en la caacutemara de excavacioacuten La experiencia adquirida en el proyecto demostroacute que hasta una presioacuten de agua subterraacutenea de 50 bar en la corona la TBM pudo funcionar como un EBP regular al aumentar la presioacuten de soporte y mantenerla por encima de la presioacuten hidrostaacutetica del suelo tanto en avance como durante la parada

El acondicionamiento del material ex-cavado durante largos tramos con altas presiones de agua subterraacutenea se rea-lizoacute con eacutexito principalmente mediante la inyeccioacuten de espuma El poliacutemero se inyectoacute a traveacutes de las liacuteneas del mamparo cuando se produciacutea una rezaga muy flui-da y el control de las puertas del tornillo transportador no era suficiente para evitar derrames Ademaacutes la inyeccioacuten de ben-tonita en el tornillo transportador demos-troacute su efectividad para lubricar y evitar el bloqueo del tornillo transportador Cuando fue necesario se realizoacute una inyeccioacuten de espuma de poliuretano alrededor de los anillos seleccionados para detener la recoleccioacuten y el flujo de agua generado desde el tuacutenel a lo largo del escudo hasta la caacutemara de excavacioacuten

El control de los paraacutemetros y el se-guimiento visual del material excavado directamente en la cinta transportadora ambos en tiempo real fueron esenciales para evaluar la geologiacutea el tamantildeo de las rocas y bloques y asiacute poder ajustar los paraacutemetros de excavacioacuten clave tales como la penetracioacuten el nivel de llenado de la caacutemara de excavacioacuten la energiacutea especiacutefica y la fuerza de contacto en la rueda de corte torque y velocidad de ro-tacioacuten Este procedimiento hizo posible un desempentildeo exitoso de las TBM duran-te los tramos en roca bajo presiones de agua subterraacutenea superiores a 4 bares El control de los paraacutemetros ya mencio-nados tambieacuten fue decisivo para evitar la acumulacioacuten de bloques de roca y material en la parte frontal de la cabeza de corte y para proteger las herramientas de corte contra sobrecargas y bloqueos

Cruce de la zona de artesianismo

Uno de los tramos particulares atravesa-dos durante la construccioacuten del Bituacutenel fue la denominada zona de artesianismo com-puesta por brechas blandas altamente meteorizadas deleznables en presencia de agua con una carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave y flujos de agua de alrededor de 60 lps en una longitud de 200 m En la

Figura 8 Modelos de fuerzas de operacioacuten de las TBMacutes

Figura 9 Salida de material fluido del tornillo sin fin

Figura 10 Perfil geoloacutegico de la zona de artesianismo

Figura 11 Tuacutenel convencional seccioacuten transversal y longitudinal

figura 10 se muestra el perfil geoloacutegico que indica esta zona

Dada la carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave asociada con la permeabilidad y tipo de material se preveiacutea una condicioacuten de frente inestable con flujos de agua de 60 lps o superiores que no permitiriacutea rea-lizar el protocolo de inspeccioacuten y cambio de herramientas de corte en condiciones atmosfeacutericas por lo que como primera medida preventiva se determinoacute que antes de entrar a esta zona deberiacutea realizarse un

parada de mantenimiento y remplazar toda la herramienta de corte por piezas nuevas Adicionalmente se realizoacute la planeacioacuten y previsiones necesarias para que en caso de fuera imprescindible se contara con todos los elementos necesarios para eje-cutar intervenciones hiperbaacutericas y mitigar los altos riesgos que conllevan para el personal

Durante la excavacioacuten se realizoacute un seguimiento en tiempo real de los paraacute-metros de operacioacuten acondicionamiento

FSF

FCilindrosFCW

REFILL

NATURAL GROUND

MO

DO

ABI

ERTO

MO

DO

CER

RAD

O (E

PB)

Nomenclatura

FEPB =FCW =FSF =FCilindros =

Presioacuten de frente Fuerza de rueda de corteFuerza de friccioacuten del escudo Fuerza de empuje

CW

X1

X2

X3

SHIELD

FUP

FC

FS

FSEGMENT

FSF

FSF

FCilindrosFCW

FEPBREFILL

NATURAL GROUND

CW

X1

X2

X3

FUP

FC

FSF

FSEGMENT

SHIELD

118

370

+3099962

ETAPAS DE EXCAVACIOacuteNGENERAL

581

INVERT(DESTROZA)

FASE 4

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 3

TUacuteN

EL IZ

QU

IER

DO

PK 3

8+16

901

6

TUacuteN

EL D

EREC

HO

PK 3

8+17

141

0

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 2

MEDIASERCCIOacuteNSUPERIOR(AVANCE)

4

118

370

581

485

035

300

040

3rdquo

3rdquo

3rdquo

300

100

300

2 3

1987654321 987654321 987654321

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y material extraiacutedo asiacute como un control preciso de la apertura y cierre de la com-puerta del tornillo transportador para la descarga del material a alta presioacuten En algunos casos extremos donde la pre-sioacuten superoacute los 7 bares se conectoacute una liacutenea (o dos) directamente al mamparo para usarla como drenaje tambieacuten se implementaron drenajes inmediatamen-te detraacutes de la tuneladora en la parte superior y en los lados de los anillos a fin de reducir la presioacuten hasta niveles manejables entre 40 y 60 bares

Las medidas y controles implemen-tados permitieron excavar 172 avances equivalentes a 268 m (TBM S-948) por la viacutea derecha y 162 avances (243 m) que representan una longitud de 243 con la TBM S-949 por la viacutea izquierda y asiacute cruzar la zona del artesianismo En ninguacuten caso hubo necesidad de realizar paradas para implementar el protocolo de inspeccioacuten yo cambio de herramien-tas de corte en condiciones hiperbaacuteri-cas que hubieran incurrido en riesgos altos costos y tiempos de ejecucioacuten adicionales Es de resaltar que a pesar de tenerse una presioacuten hidraacuteulica por en-cima de los 6 bares y en ocasiones de 7 bares en la clave representando una de las peores condiciones del proyecto se logroacute mantener una tasa de produccioacuten de 1063 mdiacutea

Excavacioacuten de tuacuteneles convencionales

Ante la previsioacuten de algunas condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas que se consideroacute podriacutean ser adversas para la excavacioacuten de los tuacuteneles con las TBM (comprometiendo el plazo de ejecucioacuten y ante la condicioacuten geoloacutegica de una material de toba sin presencia de agua subterraacutenea observada durante la cons-truccioacuten del portal de Toluca) se decidioacute atacar un tramo de los tuacuteneles en modo convencional por el Portal Poniente En la figura 11 se muestra el esquema cons-tructivo y el sostenimiento implementado

El proceso de excavacioacuten del tuacutenel convencional inicioacute con la colocacioacuten de un pre- sostenimiento mediante enfilaje frontal formado por 32 tubos de 4rdquo de diaacutemetro y 12 m de longitud traslapados 3 m y apoyados sobre la pantalla de pilas Una vez concluidos los enfilajes se construyoacute una viga de atado de con-creto reforzado con objeto de distribuir las posibles cargas del terreno una vez iniciada la excavacioacuten Posteriormente

se inicioacute con la excavacioacuten de los tuacutene-les convencionales en tres etapas con avances de 1 m en una longitud de 9 m cubiertos por el enfilaje en cada avan-ce de excavacioacuten se colocaron marcos metaacutelicos y concreto lanzado con fibras de acero Una vez concluidos los ciclos de 9 m de excavacioacuten bajo el primer enfilaje colocoacute el segundo enfilaje y se repitieron los ciclos de avance

Durante el proceso de excavacioacuten se instalaron secciones de convergencia en el interior del tuacutenel a fin de monito-rear el comportamiento deformacional Asimismo durante este seguimiento se establecioacute un plan de actuacioacuten para garantizar que durante el proceso de construccioacuten de los tuacuteneles los maacuterge-nes de seguridad se mantuvieran dentro de los umbrales adecuados

Una vez que las maacutequinas tunelado-ras estaban superando las condiciones maacutes difiacuteciles y despueacutes de revisar su rendimiento y produccioacuten respecto al rendimiento de excavacioacuten del meacutetodo convencional se determinoacute suspender esta uacuteltima habieacutendose ejecutado uacutenica-

mente 27 m en cada uno de los tuacutenelesConcluidos los trabajos del tuacutenel

convencional y mecanizado se realizoacute el tratamiento a la transicioacuten entre am-bos revestimientos a fin de garantizar la unioacuten de dichas estructuras Estos tra-bajos consistieron en la colocacioacuten del sistema de impermeabilizacioacuten y concre-to lanzado en la zona de los hastiales y clave y en la zona de batea se realizoacute una inyeccioacuten de mortero

Salida de las TBM

Despueacutes de 19 meses de superar di-ferentes desafiacuteos las maacutequinas tunela-doras concluyeron su trabajo de forma exitosa incluyendo su salida por los tuacuteneles convencionales del Portal Po-niente como se muestra en las siguientes imaacutegenes

Microtuneleo con TBM Hincado de tuberiacutea (pipe Jacking)

Construccioacuten de tuacuteneles con dovelasRehabilitacioacuten de tuberiacuteas

Tablestacado metaacutelico Muro Milaacuten

(+52 55) 5207 3068 wwwbessaccommx

Tecnologiacutea de vanguardiaen obras subterraacuteneas

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

ANUNCIO_BESSAC_V2_printpdf 2 28617 1103 Pablo Miranda S Figura 12 Seguimiento y medicioacuten de seccioacuten de convergencia

Figura 14 Salida TBM S949 en viacutea izquierda

Figura 13 Salida TBM S948 en viacutea derecha

Instrumento NIVEL AVISO NIVEL DE ALARMANIVEL DE ALERTA

Dianas reflectantes ge 12 mm y lt 18 mm ge 18 mmlt 12 mm

V gt 10 mm diacutea

V = 5 - 10 mm diacutea

V = 1 - 5 mm diacutea

V = 05 - 1 mm diacutea

V = 005 - 05 mm diacutea

V lt 005 mm diacutea

Extremadamente Grande

Muy Grande

Grande - Media

Media - Pequentildea

Pequentildea

Despreciable

Refuerzo inmediato del sostenimiento

Si se mantiene durante dos diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Si se mantiene durante cuatro diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Ninguna

Ninguna

Ninguna

20

15

10

5

-5

-10

-15

-207818 10818 13818 16818 19818 22818 25818

Graacutefica de convergencias Tuacutenel convncional viacutea derecha (TBM S-948) Seccioacuten 36+17100

28818 31818 3918 6918 9918 12918 15918 18918 21918

1-35-14-23-53-42-3NIVEL DE ALERTA SUPERIORNIVEL DE ALERTA INFERIORNIVEL DE ALARMA SUPERIORNIVEL DE ALARMA INFERIOR

Con

verg

enci

a (m

m)

0

ActuacioacutenClase

PLAN DE ACTUACIOacuteN

Velocidad de Deformacioacuten

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Los tuacuteneles del TIMT excavados con maacutequinas tuneladoras tipo EPB enfrentaron una importante cantidad de riesgos que pusieron al liacutemite las capacidades de esta tecnologiacutea Las dificultades se relacionaron con aspectos geoloacutegicos geoteacutecnicos y geohidroloacutegicos principalmente por la presencia de medios heterogeacuteneos y cambiantes en combinacioacuten con elevados flujos de agua que alcanzaron presiones cercanas a los 7 bares El control y ajuste de la operacioacuten de los escudos a partir del seguimiento de las condiciones encontradas durante el avance permitioacute hacer frente de forma exitosa dichos riesgosComo complemento al artiacuteculo anterior en este artiacuteculo se presentan algunas de las situaciones criacuteticas por las que atravesoacute la excavacioacuten de los tuacuteneles del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Marc CoMuLadaMTC Maidl TunnelconsultantsGoethestr 74 Munich Germanymcomuladamaidl-tcde

Puntos clave

bull Durante la construccioacuten se presentaron cambios suacutebitos en las condiciones hidrogeoloacutegicas pasando de zonas im-permeables y secas a frentes con elevados flujos de agua

bull Se llegaron a presentar presiones de agua con maacuteximos de hasta 62 bar y en tramos largos con presiones de hasta 5 bar

Durante la exploracioacuten se perforaron 37 sondeos para ensayos de permeabilidad en los que se realizaron 158 ensayos ob-teniendo valores promedio comprendidos entre kf= 135x10-6 ms y kf = 995 x10-8 ms Estos valores en suelos representan permeabilidades medias a bajas No obstante en roca fractu-rada y en los tramos de macizo rocoso de muy mala calidad y frentes mixtos heterogeacuteneos que incluiacutean la presencia de suelos se registraron flujos muy elevados de agua que llegaron en algunos casos a valores comprendidos entre 2 a 5 m3min

Principales riesgos para la operacioacuten de los escudos EPB

Debido a condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas extremas en ocasiones se alcanzaron los liacutemites de aplicabilidad de los escudos EPB A continuacioacuten se explican los principales riesgos encontrados y la manera en que se les hizo frente Figura 1 Frente mixto con presencia de roca y suelos

Figura 2 Bloques sobresaliendo del frente de excavacioacuten

a) Sobrecarga y dantildeos en las herramientas de corte en frentes mixtos y con bloques de roca

Los discos instalados en la rueda de corte son los encargados de romper la roca que se encuentra en el frente mediante la presioacuten de contacto que produce el empuje de la tuneladora Cuanto mayor es la resistencia a compresioacuten y tensioacuten de la roca mayor es la fuerza de contacto necesaria para romperla

El riesgo de sobrecarga de los discos de corte ocurre es-pecialmente en frentes mixtos compuestos de suelos y roca (Figura 1) y tambieacuten ante la presencia de bloques que se forman en los frentes de roca fracturada (Figura 2)

La sobrecarga de los discos se produce por el hecho de que en frentes mixtos la fuerza de empuje no se distribuye uniformemente en todos los discos de la rueda de corte sino

Figura 3 Dantildeos tiacutepicos en los discos resultado de sobrecargas e impactos

que se concentra en los discos en contacto con la roca presente soacutelo en una parte del frente El mismo fenoacutemeno ocurre cuando existen bloques de roca que sobresalen en el frente

Ademaacutes de la sobrecarga de los discos de corte con la rotacioacuten de la rueda de corte la presencia de bloques o de zonas de materiales de resistencia distinta en el frente causa impactos en los discos que pueden producir su dantildeo yo rotura

En los tuacuteneles del TIMT a pesar de llevar un control sobre la fuerza de contacto transmitida a los discos de corte las condiciones cambiantes y heterogeacuteneas del frente produjeron numerosos dantildeos y bloqueos en ellos En estas condiciones los discos de corte afectados ya no pueden ejercer su funcioacuten y si no se lleva a cabo un cambio oportuno se produce un efecto en cadena que en pocos metros de excavacioacuten puede resultar en una cantidad muy elevada de elementos dantildeados o incluso en dantildeos en la estructura de acero de la rueda de corte

Las medidas adoptadas para minimizar estos riesgos fueron

bull Instalacioacuten de un detector de metales en la banda trans-portadora con el fin de identificar partes de discos de corte desprendidas por el dantildeo en los mismos

bull Control visual de la rezaga en la banda transportadora con objeto de identificar la presencia de mayor o menor porcentaje de roca y su calidad en base a la cantidad y tamantildeo de los fragmentos

bull Ajuste de los paraacutemetros de operacioacuten (penetracioacuten revo-luciones de giro de la rueda de corte y fuerza de contacto)

b) Fallas geoloacutegicas

Durante la excavacioacuten de los tuacuteneles se atravesaron muacuteltiples fallas geoloacutegicas caracterizadas por discontinuidades de varios centiacutemetros de abertura varias de las cuales se encontraron de forma inesperada (Figura 4) En estas condiciones los escudos no pueden trabajar en condiciones presurizadas Ello impide el adecuado acondicionamiento de la rezaga con espumas pues al inyectarlas se escapan por las discontinuidades y no se mezclan con la rezaga Ademaacutes por el mismo motivo la inyeccioacuten de mortero que se realiza en el extradoacutes de los anillos de dovelas no puede llevarse a cabo de forma eficaz Una inadecuada inyeccioacuten de mortero en el extradoacutes de las

Figura 4 Discontinuidad encontrada en el TIMT Izquierda vista en direccioacuten contraria al avance de la tuneladora derecha vista del frente de excavacioacuten

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Artiacuteculo

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muestran las presiones en distintos niveles de la caacutemara de excavacioacuten) La consistencia de la rezaga se consiguioacute controlar de tal forma que se formoacute un sello en el tornillo sinfiacuten que permitiacutea controlar las presiones en la caacutemara de excavacioacuten sin peacuterdidas de presioacuten

bull Acondicionamiento del terreno mediante la inyeccioacuten combinada de espumas poliacutemeros y suspensiones de bentonita (esquema en la Figura 7) La Figura 8 muestra el aspecto de la rezaga con una consistencia plaacutestica sin derrames descontrolados trabajando con presiones EPB de 4 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 5 Fluidificacioacuten de la rezaga por presencia de flujos elevados de agua (arriba) y desborde de la banda transportadora (parte superior izquierda) con el consecuente derrame de rezaga en la parte inferior del escudo (parte inferior derecha)

Figura 6 Presiones de operacioacuten en la caacutemara de excavacioacuten (PT1 a PT6) y formacioacuten de un sello en el sinfiacuten Figura 9 Esquema de las campantildeas de reinyecciones para reducir los flujos de agua provenientes de la parte trasera del escudo

Figura 7 Esquema de acondicionamiento en combinacioacuten con la inyeccioacuten de aire comprimido en condiciones de elevadas presiones de agua

Figura 8 Extraccioacuten controlada de rezaga plaacutestica por el tornillo sinfiacuten con material acondicionado formando un sello en el sinfiacuten con una presioacuten EPB de 4 a 5 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 10 Intervencioacuten en la caacutemara excavacioacuten en condiciones atmosfeacutericas mediante inyecciones en el extradoacutes del escudo

d) Intervenciones en la rueda de corte con elevados flujos de agua en roca fracturada

En los tramos de roca con mayores iacutendices de meteorizacioacuten y fracturamiento y elevadas presiones y flujos de agua suele ser demasiado arriesgado y de hecho praacutecticamente imposible llevar a cabo intervenciones en la rueda de corte en condi-ciones hiperbaacutericas para la revisioacuten de herramientas Por lo tanto el acceso a la caacutemara de excavacioacuten soacutelo era posible en condiciones atmosfeacutericas En estas condiciones con elevados flujos de agua fluyendo hacia la caacutemara de excavacioacuten tanto desde el frente de excavacioacuten como desde la zona trasera del escudo el trabajo de revisioacuten y cambio de herramientas no solo es peligroso sino tambieacuten muy laborioso y lento

Dado que los flujos desde el frente soacutelo se pueden evitar mediante equipos de sondeo y preinyeccioacuten hacia adelante (cuya implementacioacuten no es viable en la cantidad necesaria en escudos EPB) soacutelo es posible reducir o eliminar los flujos de agua que provienen de la parte trasera del escudo En este caso para lograrlo se llevaron a cabo inyecciones combinadas de mortero mezclas de lodo-cemento y espumas de poliuretano a traveacutes de los anillos de dovelas a fin de bloquear el paso de agua (Figuras 9 y 10)

dovelas provoca deformaciones no deseadas del revestimiento de dovelas debido a la falta de confinamiento de los anillos

c) Elevados flujos de agua y fluidificacioacuten de la rezaga

En la excavacioacuten de tuacuteneles con maacutequinas EPB es importante tener bajo control la consistencia del material de rezaga En el caso del TIMT los elevados flujos de agua encontrados se mezclaban con la rezaga fluidificaacutendola en exceso Una rezaga demasiado liacutequida causa varios problemas como son

bull Imposibilidad de controlar las presiones EPB debido a que el material en la caacutemara de excavacioacuten es demasiado liacutequido para permitir una transmisioacuten de presiones al frente de excavacioacuten Sin un control activo de presiones EPB no es posible contrarrestar la presioacuten de agua actuante y ademaacutes existe el riesgo de sobreexcavacioacuten

bull Sin un control activo sobre la presioacuten del material de rezaga en la caacutemara de excavacioacuten se producen expulsiones descontroladas a presioacuten por el tornillo sinfiacuten que impiden un avance continuo del escudo que debe interrumpirse continuamente y ademaacutes provocan el desborde de ma-terial extraiacutedo en la banda transportadora El desborde de rezaga causa largos tiempos de parada para limpiar la zona inferior del escudo donde deben instalarse las dovelas debido a la acumulacioacuten de material

bull El transporte del material de rezaga hacia el vertedero se torna muy lento ya que los camiones no pueden llenarse

Durante la obra algunos tramos largos tuvieron que excavarse en estas difiacuteciles condiciones La Figura 5 ilustra fotografiacuteas de la fluidificacioacuten de la rezaga

Con objeto de reducir los flujos de agua del terreno hacia la caacutemara de excavacioacuten se llevaron a cabo las siguientes medidas

bull Aumento de la presioacuten en la caacutemara de excavacioacuten con la ayuda de aire comprimido con objeto de mantenerla por encima de la hidrostaacutetica Esto permitioacute avanzar el escudo con hasta 50 bar de presioacuten en la caacutemara de forma continua y sin interrupciones tal como muestran las lecturas de presiones en la Figura 6 (las liacuteneas PT1 a PT6

Acondicionamiento con espumas y suspensioacuten de bentonita en la rueda de corteInyecciones de suspensioacuten de bentonita en el tornillo sinfiacutenInyeccioacuten de poliacutemero a traveacutes del mamparo estancoInyeccioacuten de espumas en la caacutemara de excavacioacuten

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Revoluciones SinfinPT2 PT3 PT4 PT5 PT6PT1 Presioacuten Agua Terreno

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Maidl Tunnelconsultants GmbH amp Co KGLlenado CaacutemaraPresioacuten SinfinPT Atras Sinfin

1 2 3 4 5 6 987 161514131211

Reinjection of grout+

Polyiurethane foam injections

Injection of hardening mud+

Polyiurethane foam injectionsTestigo de inyeccioacuten

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Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

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Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

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Junio 201903 - 05

UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

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Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

34 35

Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

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71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

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40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

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Historia

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El clima social y poliacutetico de Espantildea a principios de la deacute-cada de los 30 no favorecioacute los trabajos de construccioacuten del tuacutenel En enero de 1933 ya instaurada la Segunda Repuacuteblica el Ministerio de Fomento suspendioacute los trabajos los cuales se retomaron en noviembre del mismo antildeo Maacutes tarde el comiteacute de trabajadores incautoacute las obras y poco despueacutes fue asesinado en Barcelona el contratista Joseacute Segura

Pasaron seis antildeos para que se reiniciaran los trabajos Esta vez ademaacutes de los obreros contratados se emplearon prisio-neros de la Guerra Civil En una entrevista para el perioacutedico

La Vanguardia el ingeniero Cabredo contaba

() Actualmente se cuenta con la colaboracioacuten de prisioneros de guerra facilitados por el Capitaacuten general de la Cuarta Regioacuten don Luis Orgaz que perciben el mismo jornal que los obreros libres El Estado se hace cargo del dinero que se distribuye dando una parte a la familia del prisionero y el resto en mejorar el trato de eacuteste

Fermiacuten Monge Busquet que para el antildeo 2000 teniacutea 84 antildeos y viviacutea en Aubert comenzoacute a trabajar en el tuacutenel de Vielha en 1931 con tan soacutelo 15 antildeos Eacutel cuenta que ldquoal principio abriacutea-mos el boquete a golpe de pico y maza ya que no habiacutea otras herramientas Yo era frenista es decir me ocupaba de sacar la piedra del tuacutenel con un convoy de 24 vagones que debiacutea ir fre-nando manualmente para que no cogiera velocidad y volcarardquo

La construccioacuten del tuacutenel de Vielha significoacute superar obstaacute-culos naturales mucho maacutes difiacuteciles y peligrosos que los que en un principio se habiacutea imaginado Ademaacutes de la dura excavacioacuten en caliza y granito se cruzaron tramos importantes de pizarra muy alterada y zonas de falla donde la roca estaba totalmente descompuesta En toda la longitud del tuacutenel el agua se filtraba en grandes torrentes y en una ocasioacuten los trabajadores del avance perforaron un manto freaacutetico lo cual causoacute un enorme caudal que se llevoacute consigo vagonetas herramientas vigas y todo lo que encontroacute a su paso Varios diacuteas despueacutes cuando se consiguioacute canalizar el agua por la galeriacutea de avance pasaba un caudal de 4000 litros por segundo En octubre de 1931 se produjo un gigantesco desprendimiento de arcillas barrosas que tuvo a los obreros trabajando en seis turnos diarios du-rante catorce meses para pasar la galeriacutea de avance un tramo de 200 metros soportando el terreno con elementos de gran resistencia

Antes de unir los dos frentes la galeriacutea de la boca norte alcanzoacute los 4500 metros de profundidad por lo que fue ne-cesario instalar potentes maacutequinas de extraccioacuten de aire a fin de que se pudiese trabajar dentro

En total se excavaron unos 350000 metros cuacutebicos de roca de revestimiento hecho de mamposteriacutea y hormigoacuten se cons-truyeron unos 125000 metros cuacutebicos se emplearon unas 200 toneladas de dinamita de alto rendimiento en ambas bocas se construyeron verdaderos pueblos para albergar a los obreros cuyo nuacutemero fluctuoacute entre 200 y 600 ademaacutes de sus familias

Figura 5 Traccioacuten animal al comienzo de las obras

Figura 6 Barrenadora empleada en la construccioacuten del tuacutenel

Figura 7 Primer coche que cruza el tuacutenel el del ingeniero Felipe Cabredo

Figura 8 Boca sur en los antildeos setenta

El 26 de enero de 1941 un diario de Barcelona publicaba la siguiente nota

En la tarde de ayer quedoacute totalmente perforado el tuacutenel que une el Valle de Aran con el resto de EspantildeaLeacuterida 25 (Exclusivo de Logon) ndash Esta tarde a las dos y quince minutos un poderoso barreno de dinamita ha hecho saltar el uacuteltimo diafragma rocoso que separaba a los obreros mineros que de una y otra parte trabajaban en la perforacioacuten del tuacutenel de Vielha

La coincidencia de los dos frentes de ataque habiacutea sido perfecta un diacutea antes se lanzoacute una sonda tubular que comproboacute la precisioacuten del trabajo que habiacutean realizado los ingenieros topoacutegrafos y a traveacutes de dicho tubo se establecioacute la primera conversacioacuten entre los trabajadores de ambos lados El viernes 25 hicieron explosioacuten los cartuchos que derribaron el delgado muro de granito en presencia del entonces ingeniero jefe de Obras Puacuteblicas de Leacuterida don Luis Saacutenchez Ocantildea el ingeniero director de las obras del tuacutenel don Felipe Cabredo Muro los contratistas y alto personal de las obras

() Espontaacuteneamente se ha proclamado la jornada de hoy diacutea de gran fiesta y araneses y ribagorzanos se han lanzado a las calles cubiertas por una importante capa de nieve y han organizado grandes comilonas conciertos vocales o instrumentales y otros festejos

Desde las montantildeas vinieron cortejos que precedidos por bandas de muacutesicos entraron al tuacutenel por ambas bocas se despacharon varios barriles de vino embuti-dos y demaacutes comestibles en medio de una gran alegriacuteaFermiacuten Monge recuerda ldquo() Yo debiacutea conducir los vagones que en esta ocasioacuten iban llenos de gente Pero ese diacutea me pusieron a repartir vino con un bocoy de 12 pellejos Todos veniacutean con cubos y vasijas para llevarse vino a casardquoFaltaron todaviacutea siete antildeos de trabajos de construccioacuten para que en 1948 pasaran los primeros vehiacuteculos La inauguracioacuten fue en el mes de mayo y a la celebracioacuten asistieron autoridades civiles y militares personal del Ministerio de Obras Puacuteblicas y el pueblo en general

El tuacutenel de Vielha-Alfonso XII no tuvo el aspecto que hoy en diacutea vemos hasta maacutes de 20 antildeos despueacutes luego de importantes trabajos de pavimentacioacuten impermeabilizacioacuten iluminacioacuten etceacutetera

Figura 9 Aspecto del interior del tuacutenel pocos antildeos despueacutes de su inauguracioacuten

Figura 10 Trabajos de impermeabilizacioacuten en los antildeos posteriores a la apertura

Un bocoy era un barril y un pellejo (de carboacuten) equivaliacutea a 60 litros

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Principales desafiacuteos en la excavacioacuten del bituacutenel para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Ing Jorge Antonio Pereyra Vargas Responsable de Ingenieriacutea

ICA ndash COTRISA

Ing Leonardo Guzmaacuten Leoacuten Director de Apoyo Teacutecnico en Puentes y Estructuras Especiales

Direccioacuten General de Carreteras SCT

El Tren Interurbano Meacutexico - Toluca seraacute un sistema de transporte moderno que conectaraacute de manera segura y eficiente el Valle de Toluca y la zona poniente de la Ciudad de Meacutexico atendiendo la problemaacutetica de conectividad y congestionamiento vial que se presenta entre estas dos zonas urbanas El recorrido de 58 km contaraacute con 6 estaciones dando servicio a 230 mil pasajeros por diacutea conectaacutendose con el sistema de transporte colectivo metro de la Ciudad de Meacutexico

El Tramo II de este proyecto se desarrolla en el poniente del Valle de Meacutexico en el liacutemite geograacutefico entre la alcaldiacutea Cuajimalpa de la Ciudad de Meacutexico y el municipio de Ocoyoacac en el Estado de Meacutexico para atravesar la Sierra de las Cruces se contempla la construccioacuten de un bituacutenel de 47 km de longitud a profundidades que van de los 15 a 136 m manteniendo en la mayor parte del recorrido una pendiente del 4 con un diaacutemetro de excavacioacuten de 856 m

Caracteriacutesticas de las maacutequinasPara la excavacioacuten de los tuacuteneles se uti-lizaron dos escudos de presioacuten de tierra convertibles (modo abierto ndash modo cerra-do) del fabricante alemaacuten Herrenknecht con las siguientes caracteriacutesticas

Diaacutemetro excavado 857 m

Longitud TBM 1200 m

Longitud Total con Tren de Servicio

13300 m

Peso total (TBM+Backup) 1500 Ton

Empuje maacuteximo 84235 kN

Potencia eleacutectricainstalada

5200 kW

Giro de la Rueda 0 a 42 rpm

Condiciones geoloacutegicas encontradas durante la construccioacutenLa geologiacutea de la regioacuten estaacute compuesta por derrames andesiacuteticos con diferentes tipos de alteracioacuten como cloritizacioacuten ar-gilitizacioacuten y oxidacioacuten brechas heterogeacute-neas tobas liacuteticas y de ceniza afectadas por muacuteltiples fallas geoloacutegicas y diversos sistemas de fracturamiento bajo el nivel freaacutetico se alcanzaron cargas hidrostaacuteticas de hasta 6 bares La disposicioacuten y propor-cioacuten de los materiales asiacute como sus nive-les de alteracioacuten se fueron afinando con la ampliacioacuten de la campantildea de exploracioacuten y en funcioacuten del registro realizado durante el seguimiento al proceso de la excavacioacuten y los frentes observados en las TBM Este seguimiento geoloacutegico tambieacuten permitioacute identificar sistemas de fracturamiento y fallas geoloacutegicas adicionales a las pro-yectadas inicialmente

Descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica

A continuacioacuten se presenta la descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica de los materiales observados durante la excavacioacuten de los tuacuteneles

Traquiandesita Roca de color gris os-curo de estructura compacta y textura microcristalina con tonalidades rosaacuteceas y rojizas constituidas por plagioclasa an-fiacuteboles y piroxenos embebidos en una matriz viacutetrea

Geoteacutecnicamente este material pre-senta en promedio para la roca intacta un peso volumeacutetrico de 2201 kgm3 un contenido de agua (w) de 166 una re-sistencia a la compresioacuten simple (RCS) 65 MPa un moacutedulo de deformabilidad (Et 50) de 13095 MPa y una resistencia

Figura 1 Alineamiento del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Figura 2 Ubicacioacuten del Bituacutenel

Figura 3 TBM iniciando excavacioacuten en Portal Oriente

Estado de Meacutexico

CDMX

Portal de entrada

A Meacutexico

A Toluca

Portal de salida

Eje de tuacutenel

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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generalmente es moderado la estructura de la roca es continua en la mayor parte del macizo rocoso con una resistencia a la compresioacuten simple de 90 MPa una densidad seca de 206 kgm3 un valor de cohesioacuten igual al de la roca sana (07 MPa) y un aacutengulo de friccioacuten de 47deg Sin embargo se observaron frentes altamente meteorizados con maacutes de la mitad de roca que lo conforma desintegrada pero con-servando su estructura original este hecho repercute directamente en la resistencia a la compresioacuten simple descendiendo a 7 MPa En los casos maacutes extremos este material se encuentra en la transicioacuten de una roca blanda y un suelo duro variando asiacute la calidad del macizo de acuerdo a la clasificacioacuten GSI de buena a muy mala

La argilitizacioacuten es otra alteracioacuten que ha afectado los derrames andesiacuteticos los cuales suelen presentar una coloracioacuten amarillenta a crema y un fuerte contenido de arcilla que condicionan la resistencia de la roca intacta a un valor maacuteximo me-dido de 35 MPa un moacutedulo de elasticidad promedio de 7334 MPa (menor del resto de rocas andesiacuteticas) cohesioacuten de 08 MPa un aacutengulo de friccioacuten de 42deg y una calidad de roca de acuerdo al GSI de mala a buena

La intensidad del fracturamiento y sus caracteriacutesticas aun para el mismo tipo de roca andesiacutetica y un mismo frente fue heterogeacutenea algunos frentes tuvieron un fracturamiento ligero con un RQD bueno planos rugosos cerrados y en otros ca-sos presentaron una muy mala calidad un fracturamiento intenso planos de frac-tura lisos-ligeramente rugosos abiertos (hasta 5 cm) rellenos de arcilla blanda RQD lt25

Brechas Brecha andesiacutetica grisaacutecea de alta a baja consolidacioacuten con zona delez-nables en presencia de agua clasificada como una para-brecha con una propor-cioacuten de matriz del 70-60 integrada por arenas limosas con pocos finos de baja plasticidad o arena con grava en ambos casos contienen una gran cantidad de graacutenulos y guijarros (02-6 cm) y bloques andesiacuteticos de alta resistencia y de 25 cm hasta 20 metros de longitudBrecha andesiacutetica oxidada la matriz estaacute formada por material areno-arcilloso color rojizo que sostiene fragmentos andesiacuteti-cos equivalentes al 10-20 del total de material existente en el frente de estos el 85 corresponde a andesita oxidada porosa de baja dureza y alta meteoriza-cioacuten de un tamantildeo variable entre 3-40 cm con una densidad seca de 204 kgm3 y una absorcioacuten de 37 el resto (15) son guijarros y bloques (6-40 cm) andesiacuteticos de textura porfiacutedica color gris-verdoso de moderada a baja dureza y meteorizacioacuten

andesiacuteticas poacutemez y cristales maacuteficos Al desintegrarse el material presenta una granulometriacutea areno-limosa y areno-ar-cillosa de baja plasticidad con un liacutemite liacutequido entre 17-35 pero que en ocasiones ha alcanzado los 60Toba liacutetica de tonalidad rosaacutecea parda en ocasiones con manchas rojizas de alta compacidad integrada por partiacuteculas del tamantildeo de arenas limos y en menor pro-porcioacuten arcillas de baja plasticidad liacutemite liacutequido entre 19-29 contiene fragmentos de distintos tipos de andesita y tobas muy consolidadas menores a 15 cm equiva-lentes al 5-10 del material presente en el frente

Desarrollo de la excavacioacuten para dis-tintas condiciones y problemaacuteticasDurante la excavacioacuten de los tuacuteneles en ocasiones se observaron frentes integra-dos por una uacutenica litologiacutea homogeacutenea aunque con variacioacuten de resistencia grado de meteorizacioacuten y en las condiciones de las discontinuidades (causado por fallas locales) en otros casos se tuvieron fren-tes mixtos formados por dos o maacutes tipos de rocas que a lo largo de la excavacioacuten modificaron de manera gradual o suacutebita-mente su proporcioacuten y distribucioacuten Las combinaciones de materiales maacutes comu-nes observadas fueron andesita sana y andesita oxidada andesita sana con aumento progresivo del grado de meteo-rizacioacuten andesita muy alterada y brecha con bloques andesita oxidada y brecha andesiacutetica con bloques y brecha con len-tes tobaacuteceos

La heterogeneidad geoloacutegica-geo-teacutecnica de los materiales y su reacutegimen estructural combinado con la alta presioacuten hidrostaacutetica y flujos importantes de agua generaron condiciones inusuales para el uso de una TBM del tipo EPB

Inicio de excavacioacuten en modo abierto

Para el inicio de la excavacioacuten las TBM se configuraron para trabajar en modo abier-to o tipo roca descargando el material excavado de las palas a la tolva central en esta configuracioacuten el mamparo de la caacutemara se encuentra abierto y no es posi-ble presurizar la caacutemara de excavacioacuten Al avanzar y encontrar en el frente un material de brecha de baja resistencia no permitioacute guiar las maacutequinas a fin de seguir el trazo principalmente impidiendo mantener el ali-neamiento vertical y alcanzar la pendiente ascendente del 4 Lo anterior se deriva de la interaccioacuten de la TBM con el terreno respecto al sistema de fuerzas que actuacutean al momento de la excavacioacuten Cuando la TBM en modo abierto se encuentra en el frente con un suelo o una roca blanda el

a la tensioacuten directa de 350 MPa Refe-rente al macizo rocoso los paraacutemetros de resistencia son aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten variables entre 48-59deg y 12-20 [MPa] respectivamente y una resistencia a la compresioacuten simple de 124 MPa por su parte los paraacutemetros de deformabi-lidad estimados fueron moacutedulo de de-formabilidad (E) de 7500-10584 MPa y una relacioacuten de Poisson de 026 a 03 La clasificacioacuten geomecaacutenica GSI varioacute de buena a regular calidad Derrames andesiacuteticos Integrados por rocas andesiacuteticas con diferentes tipos de alteracioacuten amplia variabilidad en la inten-sidad de fracturamiento caracterizacioacuten de discontinuidades resistencia y grado de meteorizacioacuten En su estado maacutes sano presenta una coloracioacuten gris obscuro y ligera alteracioacuten

Para la roca intacta se obtuvo un peso especiacutefico entre 204-268 kgm3 una re-sistencia a la compresioacuten simple de hasta 140 MPa (roca muy dura) una media del moacutedulo de elasticidad de 16900 MPa y una calidad del macizo rocoso general-mente buena con valores del aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten del macizo de 07 MPa y 54deg

La andesita afectada por oxidacioacuten exhibe ligeras tonalidades rojizas las cua-les se intensifican a medida que eacutesta se incrementa el grado de meteorizacioacuten

Figura 4 Andesita sana en el frente de excavacioacuten

Figura 6 Frente de excavacioacuten que muestra la Andesita fracturada

Figura 5 Andesita oxidada en el frente de excavacioacuten

Brecha de bloques con diferentes grados de oxidacioacuten moderada consolidacioacuten grano-soportada con un porcentaje ro-ca-matriz de 80-20 sin embargo en algunas zonas el porcentaje de matriz aumenta a un 65 y el grado de conso-lidacioacuten disminuye La matriz estaacute forma-da por material areno-arcilloso con zonas donde se incrementa la arcilla color cafeacute rojizo los fragmentos de roca en su mayo-riacutea corresponden a andesita gris (60) de alta dureza (50-100 MPa) sub esfeacutericos tabulares con caras lisas muy oxidadas de bordes sub-redondeados a angulosos de 5 a 50 cm de lado largo el 40 son frag-mentos de andesita oxidada de moderada dureza (25-50 MPa) sub-esfeacutericos con bordes sub redondeados que alcanzan tamantildeos meacutetricos En una determinada seccioacuten a lo largo de la excavacioacuten de los tuacuteneles se observoacute una brecha con caracteriacutesticas similares pero soldada cuyos rasgos de la matriz son un aacutengulo de friccioacuten entre 35-45deg una cohesioacuten de 005-025 MPa densidad de 195 kgm3 y una resistencia a la compresioacuten simple en promedio de 0025 MPa con bloques de resistencia no mayor a 80 MPa

Tobas Toba de ceniza color gris claro a blanquizco con tonalidades verdosas en menor proporcioacuten de color crema y amarillo contiene escasos fragmentos generalmente menores a 5 cm de rocas

terreno no ofrece la resistencia necesaria para desarrollar la fuerza suficiente en los cilindros de empuje Adicionalmente en un frente despresurizado la fuerza de contacto de la rueda de corte se concentra en el tercio inferior y en este tipo de ma-teriales blandos la resultante de la fuerza de contacto que se genera en la rueda de corte es demasiado baja y junto con la fuerza de friccioacuten y la fuerza de empuje generan un sistema de fuerzas que pro-duce un momento en sentido contrario al que se requiere para el direccionamiento ascendente del escudo Ademaacutes en estos primeros metros de material blando se presentaron flujos de agua que no era posible controlar con un frente abierto

Para corregir esta situacioacuten se realizoacute el cambio de configuracioacuten de la TBM pasando de modo abierto a modo cerra-do (EPB) lo que adiciona al sistema de fuerzas la presioacuten de frente y eleva la resultante de la fuerza de contacto en la rueda de corte permitiendo incrementar la magnitud del empuje de los cilindros y redistribuir la fuerza de friccioacuten alrededor del escudo desarrollando un par que pro-duce un momento resultante en el senti-do adecuado para guiar verticalmente el escudo en acenso tal como se muestra en la figura 8

Excavacioacuten de roca con EPB

La operacioacuten de la TBM en modo EPB totalmente cerrado en roca por lo general resulta en bajos iacutendices de excavacioacuten alto desgaste de la herramienta y posibles dantildeos en la cabeza de corte En este caso una de las claves para un desempentildeo exi-toso de las TBM fue una seleccioacuten adecua-da del modo de operacioacuten del escudo y el ajuste de los paraacutemetros de excavacioacuten en tiempo real en el sitio de trabajo Tambieacuten fue muy importante mantener un control

preciso de los paraacutemetros de acondicio-namiento del terreno y la apertura cierre de las puertas de tornillo para no generar licuefaccioacuten y controlar la extraccioacuten de rezaga a traveacutes del transportador de tor-nillo evitando derrames

Durante el proceso de excavacioacuten es muy importante que el material no salga demasiado fluido a traveacutes de las compuertas del tornillo transportador para evitar derrames de material en el aacuterea

Figura 7 Frente de excavacioacuten de Brecha con bloques

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de alimentacioacuten de segmentos ya que esto implica peacuterdidas de tiempo para la limpieza y una disminucioacuten notoria en la produccioacuten diaria Ademaacutes una rezaga fluida impide generar un tapoacuten en el tornillo transportador que se requiere para controlar la presioacuten de confinamiento en la caacutemara de excavacioacuten La experiencia adquirida en el proyecto demostroacute que hasta una presioacuten de agua subterraacutenea de 50 bar en la corona la TBM pudo funcionar como un EBP regular al aumentar la presioacuten de soporte y mantenerla por encima de la presioacuten hidrostaacutetica del suelo tanto en avance como durante la parada

El acondicionamiento del material ex-cavado durante largos tramos con altas presiones de agua subterraacutenea se rea-lizoacute con eacutexito principalmente mediante la inyeccioacuten de espuma El poliacutemero se inyectoacute a traveacutes de las liacuteneas del mamparo cuando se produciacutea una rezaga muy flui-da y el control de las puertas del tornillo transportador no era suficiente para evitar derrames Ademaacutes la inyeccioacuten de ben-tonita en el tornillo transportador demos-troacute su efectividad para lubricar y evitar el bloqueo del tornillo transportador Cuando fue necesario se realizoacute una inyeccioacuten de espuma de poliuretano alrededor de los anillos seleccionados para detener la recoleccioacuten y el flujo de agua generado desde el tuacutenel a lo largo del escudo hasta la caacutemara de excavacioacuten

El control de los paraacutemetros y el se-guimiento visual del material excavado directamente en la cinta transportadora ambos en tiempo real fueron esenciales para evaluar la geologiacutea el tamantildeo de las rocas y bloques y asiacute poder ajustar los paraacutemetros de excavacioacuten clave tales como la penetracioacuten el nivel de llenado de la caacutemara de excavacioacuten la energiacutea especiacutefica y la fuerza de contacto en la rueda de corte torque y velocidad de ro-tacioacuten Este procedimiento hizo posible un desempentildeo exitoso de las TBM duran-te los tramos en roca bajo presiones de agua subterraacutenea superiores a 4 bares El control de los paraacutemetros ya mencio-nados tambieacuten fue decisivo para evitar la acumulacioacuten de bloques de roca y material en la parte frontal de la cabeza de corte y para proteger las herramientas de corte contra sobrecargas y bloqueos

Cruce de la zona de artesianismo

Uno de los tramos particulares atravesa-dos durante la construccioacuten del Bituacutenel fue la denominada zona de artesianismo com-puesta por brechas blandas altamente meteorizadas deleznables en presencia de agua con una carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave y flujos de agua de alrededor de 60 lps en una longitud de 200 m En la

Figura 8 Modelos de fuerzas de operacioacuten de las TBMacutes

Figura 9 Salida de material fluido del tornillo sin fin

Figura 10 Perfil geoloacutegico de la zona de artesianismo

Figura 11 Tuacutenel convencional seccioacuten transversal y longitudinal

figura 10 se muestra el perfil geoloacutegico que indica esta zona

Dada la carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave asociada con la permeabilidad y tipo de material se preveiacutea una condicioacuten de frente inestable con flujos de agua de 60 lps o superiores que no permitiriacutea rea-lizar el protocolo de inspeccioacuten y cambio de herramientas de corte en condiciones atmosfeacutericas por lo que como primera medida preventiva se determinoacute que antes de entrar a esta zona deberiacutea realizarse un

parada de mantenimiento y remplazar toda la herramienta de corte por piezas nuevas Adicionalmente se realizoacute la planeacioacuten y previsiones necesarias para que en caso de fuera imprescindible se contara con todos los elementos necesarios para eje-cutar intervenciones hiperbaacutericas y mitigar los altos riesgos que conllevan para el personal

Durante la excavacioacuten se realizoacute un seguimiento en tiempo real de los paraacute-metros de operacioacuten acondicionamiento

FSF

FCilindrosFCW

REFILL

NATURAL GROUND

MO

DO

ABI

ERTO

MO

DO

CER

RAD

O (E

PB)

Nomenclatura

FEPB =FCW =FSF =FCilindros =

Presioacuten de frente Fuerza de rueda de corteFuerza de friccioacuten del escudo Fuerza de empuje

CW

X1

X2

X3

SHIELD

FUP

FC

FS

FSEGMENT

FSF

FSF

FCilindrosFCW

FEPBREFILL

NATURAL GROUND

CW

X1

X2

X3

FUP

FC

FSF

FSEGMENT

SHIELD

118

370

+3099962

ETAPAS DE EXCAVACIOacuteNGENERAL

581

INVERT(DESTROZA)

FASE 4

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 3

TUacuteN

EL IZ

QU

IER

DO

PK 3

8+16

901

6

TUacuteN

EL D

EREC

HO

PK 3

8+17

141

0

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 2

MEDIASERCCIOacuteNSUPERIOR(AVANCE)

4

118

370

581

485

035

300

040

3rdquo

3rdquo

3rdquo

300

100

300

2 3

1987654321 987654321 987654321

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y material extraiacutedo asiacute como un control preciso de la apertura y cierre de la com-puerta del tornillo transportador para la descarga del material a alta presioacuten En algunos casos extremos donde la pre-sioacuten superoacute los 7 bares se conectoacute una liacutenea (o dos) directamente al mamparo para usarla como drenaje tambieacuten se implementaron drenajes inmediatamen-te detraacutes de la tuneladora en la parte superior y en los lados de los anillos a fin de reducir la presioacuten hasta niveles manejables entre 40 y 60 bares

Las medidas y controles implemen-tados permitieron excavar 172 avances equivalentes a 268 m (TBM S-948) por la viacutea derecha y 162 avances (243 m) que representan una longitud de 243 con la TBM S-949 por la viacutea izquierda y asiacute cruzar la zona del artesianismo En ninguacuten caso hubo necesidad de realizar paradas para implementar el protocolo de inspeccioacuten yo cambio de herramien-tas de corte en condiciones hiperbaacuteri-cas que hubieran incurrido en riesgos altos costos y tiempos de ejecucioacuten adicionales Es de resaltar que a pesar de tenerse una presioacuten hidraacuteulica por en-cima de los 6 bares y en ocasiones de 7 bares en la clave representando una de las peores condiciones del proyecto se logroacute mantener una tasa de produccioacuten de 1063 mdiacutea

Excavacioacuten de tuacuteneles convencionales

Ante la previsioacuten de algunas condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas que se consideroacute podriacutean ser adversas para la excavacioacuten de los tuacuteneles con las TBM (comprometiendo el plazo de ejecucioacuten y ante la condicioacuten geoloacutegica de una material de toba sin presencia de agua subterraacutenea observada durante la cons-truccioacuten del portal de Toluca) se decidioacute atacar un tramo de los tuacuteneles en modo convencional por el Portal Poniente En la figura 11 se muestra el esquema cons-tructivo y el sostenimiento implementado

El proceso de excavacioacuten del tuacutenel convencional inicioacute con la colocacioacuten de un pre- sostenimiento mediante enfilaje frontal formado por 32 tubos de 4rdquo de diaacutemetro y 12 m de longitud traslapados 3 m y apoyados sobre la pantalla de pilas Una vez concluidos los enfilajes se construyoacute una viga de atado de con-creto reforzado con objeto de distribuir las posibles cargas del terreno una vez iniciada la excavacioacuten Posteriormente

se inicioacute con la excavacioacuten de los tuacutene-les convencionales en tres etapas con avances de 1 m en una longitud de 9 m cubiertos por el enfilaje en cada avan-ce de excavacioacuten se colocaron marcos metaacutelicos y concreto lanzado con fibras de acero Una vez concluidos los ciclos de 9 m de excavacioacuten bajo el primer enfilaje colocoacute el segundo enfilaje y se repitieron los ciclos de avance

Durante el proceso de excavacioacuten se instalaron secciones de convergencia en el interior del tuacutenel a fin de monito-rear el comportamiento deformacional Asimismo durante este seguimiento se establecioacute un plan de actuacioacuten para garantizar que durante el proceso de construccioacuten de los tuacuteneles los maacuterge-nes de seguridad se mantuvieran dentro de los umbrales adecuados

Una vez que las maacutequinas tunelado-ras estaban superando las condiciones maacutes difiacuteciles y despueacutes de revisar su rendimiento y produccioacuten respecto al rendimiento de excavacioacuten del meacutetodo convencional se determinoacute suspender esta uacuteltima habieacutendose ejecutado uacutenica-

mente 27 m en cada uno de los tuacutenelesConcluidos los trabajos del tuacutenel

convencional y mecanizado se realizoacute el tratamiento a la transicioacuten entre am-bos revestimientos a fin de garantizar la unioacuten de dichas estructuras Estos tra-bajos consistieron en la colocacioacuten del sistema de impermeabilizacioacuten y concre-to lanzado en la zona de los hastiales y clave y en la zona de batea se realizoacute una inyeccioacuten de mortero

Salida de las TBM

Despueacutes de 19 meses de superar di-ferentes desafiacuteos las maacutequinas tunela-doras concluyeron su trabajo de forma exitosa incluyendo su salida por los tuacuteneles convencionales del Portal Po-niente como se muestra en las siguientes imaacutegenes

Microtuneleo con TBM Hincado de tuberiacutea (pipe Jacking)

Construccioacuten de tuacuteneles con dovelasRehabilitacioacuten de tuberiacuteas

Tablestacado metaacutelico Muro Milaacuten

(+52 55) 5207 3068 wwwbessaccommx

Tecnologiacutea de vanguardiaen obras subterraacuteneas

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

ANUNCIO_BESSAC_V2_printpdf 2 28617 1103 Pablo Miranda S Figura 12 Seguimiento y medicioacuten de seccioacuten de convergencia

Figura 14 Salida TBM S949 en viacutea izquierda

Figura 13 Salida TBM S948 en viacutea derecha

Instrumento NIVEL AVISO NIVEL DE ALARMANIVEL DE ALERTA

Dianas reflectantes ge 12 mm y lt 18 mm ge 18 mmlt 12 mm

V gt 10 mm diacutea

V = 5 - 10 mm diacutea

V = 1 - 5 mm diacutea

V = 05 - 1 mm diacutea

V = 005 - 05 mm diacutea

V lt 005 mm diacutea

Extremadamente Grande

Muy Grande

Grande - Media

Media - Pequentildea

Pequentildea

Despreciable

Refuerzo inmediato del sostenimiento

Si se mantiene durante dos diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Si se mantiene durante cuatro diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Ninguna

Ninguna

Ninguna

20

15

10

5

-5

-10

-15

-207818 10818 13818 16818 19818 22818 25818

Graacutefica de convergencias Tuacutenel convncional viacutea derecha (TBM S-948) Seccioacuten 36+17100

28818 31818 3918 6918 9918 12918 15918 18918 21918

1-35-14-23-53-42-3NIVEL DE ALERTA SUPERIORNIVEL DE ALERTA INFERIORNIVEL DE ALARMA SUPERIORNIVEL DE ALARMA INFERIOR

Con

verg

enci

a (m

m)

0

ActuacioacutenClase

PLAN DE ACTUACIOacuteN

Velocidad de Deformacioacuten

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Los tuacuteneles del TIMT excavados con maacutequinas tuneladoras tipo EPB enfrentaron una importante cantidad de riesgos que pusieron al liacutemite las capacidades de esta tecnologiacutea Las dificultades se relacionaron con aspectos geoloacutegicos geoteacutecnicos y geohidroloacutegicos principalmente por la presencia de medios heterogeacuteneos y cambiantes en combinacioacuten con elevados flujos de agua que alcanzaron presiones cercanas a los 7 bares El control y ajuste de la operacioacuten de los escudos a partir del seguimiento de las condiciones encontradas durante el avance permitioacute hacer frente de forma exitosa dichos riesgosComo complemento al artiacuteculo anterior en este artiacuteculo se presentan algunas de las situaciones criacuteticas por las que atravesoacute la excavacioacuten de los tuacuteneles del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Marc CoMuLadaMTC Maidl TunnelconsultantsGoethestr 74 Munich Germanymcomuladamaidl-tcde

Puntos clave

bull Durante la construccioacuten se presentaron cambios suacutebitos en las condiciones hidrogeoloacutegicas pasando de zonas im-permeables y secas a frentes con elevados flujos de agua

bull Se llegaron a presentar presiones de agua con maacuteximos de hasta 62 bar y en tramos largos con presiones de hasta 5 bar

Durante la exploracioacuten se perforaron 37 sondeos para ensayos de permeabilidad en los que se realizaron 158 ensayos ob-teniendo valores promedio comprendidos entre kf= 135x10-6 ms y kf = 995 x10-8 ms Estos valores en suelos representan permeabilidades medias a bajas No obstante en roca fractu-rada y en los tramos de macizo rocoso de muy mala calidad y frentes mixtos heterogeacuteneos que incluiacutean la presencia de suelos se registraron flujos muy elevados de agua que llegaron en algunos casos a valores comprendidos entre 2 a 5 m3min

Principales riesgos para la operacioacuten de los escudos EPB

Debido a condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas extremas en ocasiones se alcanzaron los liacutemites de aplicabilidad de los escudos EPB A continuacioacuten se explican los principales riesgos encontrados y la manera en que se les hizo frente Figura 1 Frente mixto con presencia de roca y suelos

Figura 2 Bloques sobresaliendo del frente de excavacioacuten

a) Sobrecarga y dantildeos en las herramientas de corte en frentes mixtos y con bloques de roca

Los discos instalados en la rueda de corte son los encargados de romper la roca que se encuentra en el frente mediante la presioacuten de contacto que produce el empuje de la tuneladora Cuanto mayor es la resistencia a compresioacuten y tensioacuten de la roca mayor es la fuerza de contacto necesaria para romperla

El riesgo de sobrecarga de los discos de corte ocurre es-pecialmente en frentes mixtos compuestos de suelos y roca (Figura 1) y tambieacuten ante la presencia de bloques que se forman en los frentes de roca fracturada (Figura 2)

La sobrecarga de los discos se produce por el hecho de que en frentes mixtos la fuerza de empuje no se distribuye uniformemente en todos los discos de la rueda de corte sino

Figura 3 Dantildeos tiacutepicos en los discos resultado de sobrecargas e impactos

que se concentra en los discos en contacto con la roca presente soacutelo en una parte del frente El mismo fenoacutemeno ocurre cuando existen bloques de roca que sobresalen en el frente

Ademaacutes de la sobrecarga de los discos de corte con la rotacioacuten de la rueda de corte la presencia de bloques o de zonas de materiales de resistencia distinta en el frente causa impactos en los discos que pueden producir su dantildeo yo rotura

En los tuacuteneles del TIMT a pesar de llevar un control sobre la fuerza de contacto transmitida a los discos de corte las condiciones cambiantes y heterogeacuteneas del frente produjeron numerosos dantildeos y bloqueos en ellos En estas condiciones los discos de corte afectados ya no pueden ejercer su funcioacuten y si no se lleva a cabo un cambio oportuno se produce un efecto en cadena que en pocos metros de excavacioacuten puede resultar en una cantidad muy elevada de elementos dantildeados o incluso en dantildeos en la estructura de acero de la rueda de corte

Las medidas adoptadas para minimizar estos riesgos fueron

bull Instalacioacuten de un detector de metales en la banda trans-portadora con el fin de identificar partes de discos de corte desprendidas por el dantildeo en los mismos

bull Control visual de la rezaga en la banda transportadora con objeto de identificar la presencia de mayor o menor porcentaje de roca y su calidad en base a la cantidad y tamantildeo de los fragmentos

bull Ajuste de los paraacutemetros de operacioacuten (penetracioacuten revo-luciones de giro de la rueda de corte y fuerza de contacto)

b) Fallas geoloacutegicas

Durante la excavacioacuten de los tuacuteneles se atravesaron muacuteltiples fallas geoloacutegicas caracterizadas por discontinuidades de varios centiacutemetros de abertura varias de las cuales se encontraron de forma inesperada (Figura 4) En estas condiciones los escudos no pueden trabajar en condiciones presurizadas Ello impide el adecuado acondicionamiento de la rezaga con espumas pues al inyectarlas se escapan por las discontinuidades y no se mezclan con la rezaga Ademaacutes por el mismo motivo la inyeccioacuten de mortero que se realiza en el extradoacutes de los anillos de dovelas no puede llevarse a cabo de forma eficaz Una inadecuada inyeccioacuten de mortero en el extradoacutes de las

Figura 4 Discontinuidad encontrada en el TIMT Izquierda vista en direccioacuten contraria al avance de la tuneladora derecha vista del frente de excavacioacuten

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Artiacuteculo

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muestran las presiones en distintos niveles de la caacutemara de excavacioacuten) La consistencia de la rezaga se consiguioacute controlar de tal forma que se formoacute un sello en el tornillo sinfiacuten que permitiacutea controlar las presiones en la caacutemara de excavacioacuten sin peacuterdidas de presioacuten

bull Acondicionamiento del terreno mediante la inyeccioacuten combinada de espumas poliacutemeros y suspensiones de bentonita (esquema en la Figura 7) La Figura 8 muestra el aspecto de la rezaga con una consistencia plaacutestica sin derrames descontrolados trabajando con presiones EPB de 4 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 5 Fluidificacioacuten de la rezaga por presencia de flujos elevados de agua (arriba) y desborde de la banda transportadora (parte superior izquierda) con el consecuente derrame de rezaga en la parte inferior del escudo (parte inferior derecha)

Figura 6 Presiones de operacioacuten en la caacutemara de excavacioacuten (PT1 a PT6) y formacioacuten de un sello en el sinfiacuten Figura 9 Esquema de las campantildeas de reinyecciones para reducir los flujos de agua provenientes de la parte trasera del escudo

Figura 7 Esquema de acondicionamiento en combinacioacuten con la inyeccioacuten de aire comprimido en condiciones de elevadas presiones de agua

Figura 8 Extraccioacuten controlada de rezaga plaacutestica por el tornillo sinfiacuten con material acondicionado formando un sello en el sinfiacuten con una presioacuten EPB de 4 a 5 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 10 Intervencioacuten en la caacutemara excavacioacuten en condiciones atmosfeacutericas mediante inyecciones en el extradoacutes del escudo

d) Intervenciones en la rueda de corte con elevados flujos de agua en roca fracturada

En los tramos de roca con mayores iacutendices de meteorizacioacuten y fracturamiento y elevadas presiones y flujos de agua suele ser demasiado arriesgado y de hecho praacutecticamente imposible llevar a cabo intervenciones en la rueda de corte en condi-ciones hiperbaacutericas para la revisioacuten de herramientas Por lo tanto el acceso a la caacutemara de excavacioacuten soacutelo era posible en condiciones atmosfeacutericas En estas condiciones con elevados flujos de agua fluyendo hacia la caacutemara de excavacioacuten tanto desde el frente de excavacioacuten como desde la zona trasera del escudo el trabajo de revisioacuten y cambio de herramientas no solo es peligroso sino tambieacuten muy laborioso y lento

Dado que los flujos desde el frente soacutelo se pueden evitar mediante equipos de sondeo y preinyeccioacuten hacia adelante (cuya implementacioacuten no es viable en la cantidad necesaria en escudos EPB) soacutelo es posible reducir o eliminar los flujos de agua que provienen de la parte trasera del escudo En este caso para lograrlo se llevaron a cabo inyecciones combinadas de mortero mezclas de lodo-cemento y espumas de poliuretano a traveacutes de los anillos de dovelas a fin de bloquear el paso de agua (Figuras 9 y 10)

dovelas provoca deformaciones no deseadas del revestimiento de dovelas debido a la falta de confinamiento de los anillos

c) Elevados flujos de agua y fluidificacioacuten de la rezaga

En la excavacioacuten de tuacuteneles con maacutequinas EPB es importante tener bajo control la consistencia del material de rezaga En el caso del TIMT los elevados flujos de agua encontrados se mezclaban con la rezaga fluidificaacutendola en exceso Una rezaga demasiado liacutequida causa varios problemas como son

bull Imposibilidad de controlar las presiones EPB debido a que el material en la caacutemara de excavacioacuten es demasiado liacutequido para permitir una transmisioacuten de presiones al frente de excavacioacuten Sin un control activo de presiones EPB no es posible contrarrestar la presioacuten de agua actuante y ademaacutes existe el riesgo de sobreexcavacioacuten

bull Sin un control activo sobre la presioacuten del material de rezaga en la caacutemara de excavacioacuten se producen expulsiones descontroladas a presioacuten por el tornillo sinfiacuten que impiden un avance continuo del escudo que debe interrumpirse continuamente y ademaacutes provocan el desborde de ma-terial extraiacutedo en la banda transportadora El desborde de rezaga causa largos tiempos de parada para limpiar la zona inferior del escudo donde deben instalarse las dovelas debido a la acumulacioacuten de material

bull El transporte del material de rezaga hacia el vertedero se torna muy lento ya que los camiones no pueden llenarse

Durante la obra algunos tramos largos tuvieron que excavarse en estas difiacuteciles condiciones La Figura 5 ilustra fotografiacuteas de la fluidificacioacuten de la rezaga

Con objeto de reducir los flujos de agua del terreno hacia la caacutemara de excavacioacuten se llevaron a cabo las siguientes medidas

bull Aumento de la presioacuten en la caacutemara de excavacioacuten con la ayuda de aire comprimido con objeto de mantenerla por encima de la hidrostaacutetica Esto permitioacute avanzar el escudo con hasta 50 bar de presioacuten en la caacutemara de forma continua y sin interrupciones tal como muestran las lecturas de presiones en la Figura 6 (las liacuteneas PT1 a PT6

Acondicionamiento con espumas y suspensioacuten de bentonita en la rueda de corteInyecciones de suspensioacuten de bentonita en el tornillo sinfiacutenInyeccioacuten de poliacutemero a traveacutes del mamparo estancoInyeccioacuten de espumas en la caacutemara de excavacioacuten

Air

2

2

1

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3

3

4

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Revoluciones SinfinPT2 PT3 PT4 PT5 PT6PT1 Presioacuten Agua Terreno

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Maidl Tunnelconsultants GmbH amp Co KGLlenado CaacutemaraPresioacuten SinfinPT Atras Sinfin

1 2 3 4 5 6 987 161514131211

Reinjection of grout+

Polyiurethane foam injections

Injection of hardening mud+

Polyiurethane foam injectionsTestigo de inyeccioacuten

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Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

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La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

TEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Oficina centralAv Revolucioacuten 1884 Int 308 Col San Aacutengel Delegacioacuten Aacutelvaro Obregoacuten

Ciudad de Meacutexico CP 01000 email temocsatemocsacomTEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

3RD LATIN AMERICA URBAN RAIL EXPANSION SUMMIT

Medelliacuten ColombiaE-mail andresgglnoppenlatinamericacom

28 - 29

2ND NATIONAL CONGRESS ON UNDERGROUND WORKS CCROS 2019

San Joseacute Costa RicaSitio acroscrcomcongreso

Mayo 201903 ndash 09

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UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

9TH NORDIC GROUTING SYMPOSIUM

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17 ndash 21

THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

Isla Jeju Corea del SurEmail infoasem19org infoanbre19org

octubre 201906 - 10

WORLD ROAD CONGRESS

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Noviembre 201917 - 20

XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

Cancuacuten MeacutexicoE-mail infopanamerican2019mexicocomSitio wwwpanamerican2019mexicocom

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STUVA 2019

Frankfurt AlemaniaSitio wwwstuva-expocomen

diciembre 201904 ndash 05

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Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

34 35

Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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36 37

Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

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71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

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40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Principales desafiacuteos en la excavacioacuten del bituacutenel para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Ing Jorge Antonio Pereyra Vargas Responsable de Ingenieriacutea

ICA ndash COTRISA

Ing Leonardo Guzmaacuten Leoacuten Director de Apoyo Teacutecnico en Puentes y Estructuras Especiales

Direccioacuten General de Carreteras SCT

El Tren Interurbano Meacutexico - Toluca seraacute un sistema de transporte moderno que conectaraacute de manera segura y eficiente el Valle de Toluca y la zona poniente de la Ciudad de Meacutexico atendiendo la problemaacutetica de conectividad y congestionamiento vial que se presenta entre estas dos zonas urbanas El recorrido de 58 km contaraacute con 6 estaciones dando servicio a 230 mil pasajeros por diacutea conectaacutendose con el sistema de transporte colectivo metro de la Ciudad de Meacutexico

El Tramo II de este proyecto se desarrolla en el poniente del Valle de Meacutexico en el liacutemite geograacutefico entre la alcaldiacutea Cuajimalpa de la Ciudad de Meacutexico y el municipio de Ocoyoacac en el Estado de Meacutexico para atravesar la Sierra de las Cruces se contempla la construccioacuten de un bituacutenel de 47 km de longitud a profundidades que van de los 15 a 136 m manteniendo en la mayor parte del recorrido una pendiente del 4 con un diaacutemetro de excavacioacuten de 856 m

Caracteriacutesticas de las maacutequinasPara la excavacioacuten de los tuacuteneles se uti-lizaron dos escudos de presioacuten de tierra convertibles (modo abierto ndash modo cerra-do) del fabricante alemaacuten Herrenknecht con las siguientes caracteriacutesticas

Diaacutemetro excavado 857 m

Longitud TBM 1200 m

Longitud Total con Tren de Servicio

13300 m

Peso total (TBM+Backup) 1500 Ton

Empuje maacuteximo 84235 kN

Potencia eleacutectricainstalada

5200 kW

Giro de la Rueda 0 a 42 rpm

Condiciones geoloacutegicas encontradas durante la construccioacutenLa geologiacutea de la regioacuten estaacute compuesta por derrames andesiacuteticos con diferentes tipos de alteracioacuten como cloritizacioacuten ar-gilitizacioacuten y oxidacioacuten brechas heterogeacute-neas tobas liacuteticas y de ceniza afectadas por muacuteltiples fallas geoloacutegicas y diversos sistemas de fracturamiento bajo el nivel freaacutetico se alcanzaron cargas hidrostaacuteticas de hasta 6 bares La disposicioacuten y propor-cioacuten de los materiales asiacute como sus nive-les de alteracioacuten se fueron afinando con la ampliacioacuten de la campantildea de exploracioacuten y en funcioacuten del registro realizado durante el seguimiento al proceso de la excavacioacuten y los frentes observados en las TBM Este seguimiento geoloacutegico tambieacuten permitioacute identificar sistemas de fracturamiento y fallas geoloacutegicas adicionales a las pro-yectadas inicialmente

Descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica

A continuacioacuten se presenta la descripcioacuten litoloacutegica y geoteacutecnica de los materiales observados durante la excavacioacuten de los tuacuteneles

Traquiandesita Roca de color gris os-curo de estructura compacta y textura microcristalina con tonalidades rosaacuteceas y rojizas constituidas por plagioclasa an-fiacuteboles y piroxenos embebidos en una matriz viacutetrea

Geoteacutecnicamente este material pre-senta en promedio para la roca intacta un peso volumeacutetrico de 2201 kgm3 un contenido de agua (w) de 166 una re-sistencia a la compresioacuten simple (RCS) 65 MPa un moacutedulo de deformabilidad (Et 50) de 13095 MPa y una resistencia

Figura 1 Alineamiento del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Figura 2 Ubicacioacuten del Bituacutenel

Figura 3 TBM iniciando excavacioacuten en Portal Oriente

Estado de Meacutexico

CDMX

Portal de entrada

A Meacutexico

A Toluca

Portal de salida

Eje de tuacutenel

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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generalmente es moderado la estructura de la roca es continua en la mayor parte del macizo rocoso con una resistencia a la compresioacuten simple de 90 MPa una densidad seca de 206 kgm3 un valor de cohesioacuten igual al de la roca sana (07 MPa) y un aacutengulo de friccioacuten de 47deg Sin embargo se observaron frentes altamente meteorizados con maacutes de la mitad de roca que lo conforma desintegrada pero con-servando su estructura original este hecho repercute directamente en la resistencia a la compresioacuten simple descendiendo a 7 MPa En los casos maacutes extremos este material se encuentra en la transicioacuten de una roca blanda y un suelo duro variando asiacute la calidad del macizo de acuerdo a la clasificacioacuten GSI de buena a muy mala

La argilitizacioacuten es otra alteracioacuten que ha afectado los derrames andesiacuteticos los cuales suelen presentar una coloracioacuten amarillenta a crema y un fuerte contenido de arcilla que condicionan la resistencia de la roca intacta a un valor maacuteximo me-dido de 35 MPa un moacutedulo de elasticidad promedio de 7334 MPa (menor del resto de rocas andesiacuteticas) cohesioacuten de 08 MPa un aacutengulo de friccioacuten de 42deg y una calidad de roca de acuerdo al GSI de mala a buena

La intensidad del fracturamiento y sus caracteriacutesticas aun para el mismo tipo de roca andesiacutetica y un mismo frente fue heterogeacutenea algunos frentes tuvieron un fracturamiento ligero con un RQD bueno planos rugosos cerrados y en otros ca-sos presentaron una muy mala calidad un fracturamiento intenso planos de frac-tura lisos-ligeramente rugosos abiertos (hasta 5 cm) rellenos de arcilla blanda RQD lt25

Brechas Brecha andesiacutetica grisaacutecea de alta a baja consolidacioacuten con zona delez-nables en presencia de agua clasificada como una para-brecha con una propor-cioacuten de matriz del 70-60 integrada por arenas limosas con pocos finos de baja plasticidad o arena con grava en ambos casos contienen una gran cantidad de graacutenulos y guijarros (02-6 cm) y bloques andesiacuteticos de alta resistencia y de 25 cm hasta 20 metros de longitudBrecha andesiacutetica oxidada la matriz estaacute formada por material areno-arcilloso color rojizo que sostiene fragmentos andesiacuteti-cos equivalentes al 10-20 del total de material existente en el frente de estos el 85 corresponde a andesita oxidada porosa de baja dureza y alta meteoriza-cioacuten de un tamantildeo variable entre 3-40 cm con una densidad seca de 204 kgm3 y una absorcioacuten de 37 el resto (15) son guijarros y bloques (6-40 cm) andesiacuteticos de textura porfiacutedica color gris-verdoso de moderada a baja dureza y meteorizacioacuten

andesiacuteticas poacutemez y cristales maacuteficos Al desintegrarse el material presenta una granulometriacutea areno-limosa y areno-ar-cillosa de baja plasticidad con un liacutemite liacutequido entre 17-35 pero que en ocasiones ha alcanzado los 60Toba liacutetica de tonalidad rosaacutecea parda en ocasiones con manchas rojizas de alta compacidad integrada por partiacuteculas del tamantildeo de arenas limos y en menor pro-porcioacuten arcillas de baja plasticidad liacutemite liacutequido entre 19-29 contiene fragmentos de distintos tipos de andesita y tobas muy consolidadas menores a 15 cm equiva-lentes al 5-10 del material presente en el frente

Desarrollo de la excavacioacuten para dis-tintas condiciones y problemaacuteticasDurante la excavacioacuten de los tuacuteneles en ocasiones se observaron frentes integra-dos por una uacutenica litologiacutea homogeacutenea aunque con variacioacuten de resistencia grado de meteorizacioacuten y en las condiciones de las discontinuidades (causado por fallas locales) en otros casos se tuvieron fren-tes mixtos formados por dos o maacutes tipos de rocas que a lo largo de la excavacioacuten modificaron de manera gradual o suacutebita-mente su proporcioacuten y distribucioacuten Las combinaciones de materiales maacutes comu-nes observadas fueron andesita sana y andesita oxidada andesita sana con aumento progresivo del grado de meteo-rizacioacuten andesita muy alterada y brecha con bloques andesita oxidada y brecha andesiacutetica con bloques y brecha con len-tes tobaacuteceos

La heterogeneidad geoloacutegica-geo-teacutecnica de los materiales y su reacutegimen estructural combinado con la alta presioacuten hidrostaacutetica y flujos importantes de agua generaron condiciones inusuales para el uso de una TBM del tipo EPB

Inicio de excavacioacuten en modo abierto

Para el inicio de la excavacioacuten las TBM se configuraron para trabajar en modo abier-to o tipo roca descargando el material excavado de las palas a la tolva central en esta configuracioacuten el mamparo de la caacutemara se encuentra abierto y no es posi-ble presurizar la caacutemara de excavacioacuten Al avanzar y encontrar en el frente un material de brecha de baja resistencia no permitioacute guiar las maacutequinas a fin de seguir el trazo principalmente impidiendo mantener el ali-neamiento vertical y alcanzar la pendiente ascendente del 4 Lo anterior se deriva de la interaccioacuten de la TBM con el terreno respecto al sistema de fuerzas que actuacutean al momento de la excavacioacuten Cuando la TBM en modo abierto se encuentra en el frente con un suelo o una roca blanda el

a la tensioacuten directa de 350 MPa Refe-rente al macizo rocoso los paraacutemetros de resistencia son aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten variables entre 48-59deg y 12-20 [MPa] respectivamente y una resistencia a la compresioacuten simple de 124 MPa por su parte los paraacutemetros de deformabi-lidad estimados fueron moacutedulo de de-formabilidad (E) de 7500-10584 MPa y una relacioacuten de Poisson de 026 a 03 La clasificacioacuten geomecaacutenica GSI varioacute de buena a regular calidad Derrames andesiacuteticos Integrados por rocas andesiacuteticas con diferentes tipos de alteracioacuten amplia variabilidad en la inten-sidad de fracturamiento caracterizacioacuten de discontinuidades resistencia y grado de meteorizacioacuten En su estado maacutes sano presenta una coloracioacuten gris obscuro y ligera alteracioacuten

Para la roca intacta se obtuvo un peso especiacutefico entre 204-268 kgm3 una re-sistencia a la compresioacuten simple de hasta 140 MPa (roca muy dura) una media del moacutedulo de elasticidad de 16900 MPa y una calidad del macizo rocoso general-mente buena con valores del aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten del macizo de 07 MPa y 54deg

La andesita afectada por oxidacioacuten exhibe ligeras tonalidades rojizas las cua-les se intensifican a medida que eacutesta se incrementa el grado de meteorizacioacuten

Figura 4 Andesita sana en el frente de excavacioacuten

Figura 6 Frente de excavacioacuten que muestra la Andesita fracturada

Figura 5 Andesita oxidada en el frente de excavacioacuten

Brecha de bloques con diferentes grados de oxidacioacuten moderada consolidacioacuten grano-soportada con un porcentaje ro-ca-matriz de 80-20 sin embargo en algunas zonas el porcentaje de matriz aumenta a un 65 y el grado de conso-lidacioacuten disminuye La matriz estaacute forma-da por material areno-arcilloso con zonas donde se incrementa la arcilla color cafeacute rojizo los fragmentos de roca en su mayo-riacutea corresponden a andesita gris (60) de alta dureza (50-100 MPa) sub esfeacutericos tabulares con caras lisas muy oxidadas de bordes sub-redondeados a angulosos de 5 a 50 cm de lado largo el 40 son frag-mentos de andesita oxidada de moderada dureza (25-50 MPa) sub-esfeacutericos con bordes sub redondeados que alcanzan tamantildeos meacutetricos En una determinada seccioacuten a lo largo de la excavacioacuten de los tuacuteneles se observoacute una brecha con caracteriacutesticas similares pero soldada cuyos rasgos de la matriz son un aacutengulo de friccioacuten entre 35-45deg una cohesioacuten de 005-025 MPa densidad de 195 kgm3 y una resistencia a la compresioacuten simple en promedio de 0025 MPa con bloques de resistencia no mayor a 80 MPa

Tobas Toba de ceniza color gris claro a blanquizco con tonalidades verdosas en menor proporcioacuten de color crema y amarillo contiene escasos fragmentos generalmente menores a 5 cm de rocas

terreno no ofrece la resistencia necesaria para desarrollar la fuerza suficiente en los cilindros de empuje Adicionalmente en un frente despresurizado la fuerza de contacto de la rueda de corte se concentra en el tercio inferior y en este tipo de ma-teriales blandos la resultante de la fuerza de contacto que se genera en la rueda de corte es demasiado baja y junto con la fuerza de friccioacuten y la fuerza de empuje generan un sistema de fuerzas que pro-duce un momento en sentido contrario al que se requiere para el direccionamiento ascendente del escudo Ademaacutes en estos primeros metros de material blando se presentaron flujos de agua que no era posible controlar con un frente abierto

Para corregir esta situacioacuten se realizoacute el cambio de configuracioacuten de la TBM pasando de modo abierto a modo cerra-do (EPB) lo que adiciona al sistema de fuerzas la presioacuten de frente y eleva la resultante de la fuerza de contacto en la rueda de corte permitiendo incrementar la magnitud del empuje de los cilindros y redistribuir la fuerza de friccioacuten alrededor del escudo desarrollando un par que pro-duce un momento resultante en el senti-do adecuado para guiar verticalmente el escudo en acenso tal como se muestra en la figura 8

Excavacioacuten de roca con EPB

La operacioacuten de la TBM en modo EPB totalmente cerrado en roca por lo general resulta en bajos iacutendices de excavacioacuten alto desgaste de la herramienta y posibles dantildeos en la cabeza de corte En este caso una de las claves para un desempentildeo exi-toso de las TBM fue una seleccioacuten adecua-da del modo de operacioacuten del escudo y el ajuste de los paraacutemetros de excavacioacuten en tiempo real en el sitio de trabajo Tambieacuten fue muy importante mantener un control

preciso de los paraacutemetros de acondicio-namiento del terreno y la apertura cierre de las puertas de tornillo para no generar licuefaccioacuten y controlar la extraccioacuten de rezaga a traveacutes del transportador de tor-nillo evitando derrames

Durante el proceso de excavacioacuten es muy importante que el material no salga demasiado fluido a traveacutes de las compuertas del tornillo transportador para evitar derrames de material en el aacuterea

Figura 7 Frente de excavacioacuten de Brecha con bloques

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de alimentacioacuten de segmentos ya que esto implica peacuterdidas de tiempo para la limpieza y una disminucioacuten notoria en la produccioacuten diaria Ademaacutes una rezaga fluida impide generar un tapoacuten en el tornillo transportador que se requiere para controlar la presioacuten de confinamiento en la caacutemara de excavacioacuten La experiencia adquirida en el proyecto demostroacute que hasta una presioacuten de agua subterraacutenea de 50 bar en la corona la TBM pudo funcionar como un EBP regular al aumentar la presioacuten de soporte y mantenerla por encima de la presioacuten hidrostaacutetica del suelo tanto en avance como durante la parada

El acondicionamiento del material ex-cavado durante largos tramos con altas presiones de agua subterraacutenea se rea-lizoacute con eacutexito principalmente mediante la inyeccioacuten de espuma El poliacutemero se inyectoacute a traveacutes de las liacuteneas del mamparo cuando se produciacutea una rezaga muy flui-da y el control de las puertas del tornillo transportador no era suficiente para evitar derrames Ademaacutes la inyeccioacuten de ben-tonita en el tornillo transportador demos-troacute su efectividad para lubricar y evitar el bloqueo del tornillo transportador Cuando fue necesario se realizoacute una inyeccioacuten de espuma de poliuretano alrededor de los anillos seleccionados para detener la recoleccioacuten y el flujo de agua generado desde el tuacutenel a lo largo del escudo hasta la caacutemara de excavacioacuten

El control de los paraacutemetros y el se-guimiento visual del material excavado directamente en la cinta transportadora ambos en tiempo real fueron esenciales para evaluar la geologiacutea el tamantildeo de las rocas y bloques y asiacute poder ajustar los paraacutemetros de excavacioacuten clave tales como la penetracioacuten el nivel de llenado de la caacutemara de excavacioacuten la energiacutea especiacutefica y la fuerza de contacto en la rueda de corte torque y velocidad de ro-tacioacuten Este procedimiento hizo posible un desempentildeo exitoso de las TBM duran-te los tramos en roca bajo presiones de agua subterraacutenea superiores a 4 bares El control de los paraacutemetros ya mencio-nados tambieacuten fue decisivo para evitar la acumulacioacuten de bloques de roca y material en la parte frontal de la cabeza de corte y para proteger las herramientas de corte contra sobrecargas y bloqueos

Cruce de la zona de artesianismo

Uno de los tramos particulares atravesa-dos durante la construccioacuten del Bituacutenel fue la denominada zona de artesianismo com-puesta por brechas blandas altamente meteorizadas deleznables en presencia de agua con una carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave y flujos de agua de alrededor de 60 lps en una longitud de 200 m En la

Figura 8 Modelos de fuerzas de operacioacuten de las TBMacutes

Figura 9 Salida de material fluido del tornillo sin fin

Figura 10 Perfil geoloacutegico de la zona de artesianismo

Figura 11 Tuacutenel convencional seccioacuten transversal y longitudinal

figura 10 se muestra el perfil geoloacutegico que indica esta zona

Dada la carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave asociada con la permeabilidad y tipo de material se preveiacutea una condicioacuten de frente inestable con flujos de agua de 60 lps o superiores que no permitiriacutea rea-lizar el protocolo de inspeccioacuten y cambio de herramientas de corte en condiciones atmosfeacutericas por lo que como primera medida preventiva se determinoacute que antes de entrar a esta zona deberiacutea realizarse un

parada de mantenimiento y remplazar toda la herramienta de corte por piezas nuevas Adicionalmente se realizoacute la planeacioacuten y previsiones necesarias para que en caso de fuera imprescindible se contara con todos los elementos necesarios para eje-cutar intervenciones hiperbaacutericas y mitigar los altos riesgos que conllevan para el personal

Durante la excavacioacuten se realizoacute un seguimiento en tiempo real de los paraacute-metros de operacioacuten acondicionamiento

FSF

FCilindrosFCW

REFILL

NATURAL GROUND

MO

DO

ABI

ERTO

MO

DO

CER

RAD

O (E

PB)

Nomenclatura

FEPB =FCW =FSF =FCilindros =

Presioacuten de frente Fuerza de rueda de corteFuerza de friccioacuten del escudo Fuerza de empuje

CW

X1

X2

X3

SHIELD

FUP

FC

FS

FSEGMENT

FSF

FSF

FCilindrosFCW

FEPBREFILL

NATURAL GROUND

CW

X1

X2

X3

FUP

FC

FSF

FSEGMENT

SHIELD

118

370

+3099962

ETAPAS DE EXCAVACIOacuteNGENERAL

581

INVERT(DESTROZA)

FASE 4

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 3

TUacuteN

EL IZ

QU

IER

DO

PK 3

8+16

901

6

TUacuteN

EL D

EREC

HO

PK 3

8+17

141

0

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 2

MEDIASERCCIOacuteNSUPERIOR(AVANCE)

4

118

370

581

485

035

300

040

3rdquo

3rdquo

3rdquo

300

100

300

2 3

1987654321 987654321 987654321

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Artiacuteculo

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y material extraiacutedo asiacute como un control preciso de la apertura y cierre de la com-puerta del tornillo transportador para la descarga del material a alta presioacuten En algunos casos extremos donde la pre-sioacuten superoacute los 7 bares se conectoacute una liacutenea (o dos) directamente al mamparo para usarla como drenaje tambieacuten se implementaron drenajes inmediatamen-te detraacutes de la tuneladora en la parte superior y en los lados de los anillos a fin de reducir la presioacuten hasta niveles manejables entre 40 y 60 bares

Las medidas y controles implemen-tados permitieron excavar 172 avances equivalentes a 268 m (TBM S-948) por la viacutea derecha y 162 avances (243 m) que representan una longitud de 243 con la TBM S-949 por la viacutea izquierda y asiacute cruzar la zona del artesianismo En ninguacuten caso hubo necesidad de realizar paradas para implementar el protocolo de inspeccioacuten yo cambio de herramien-tas de corte en condiciones hiperbaacuteri-cas que hubieran incurrido en riesgos altos costos y tiempos de ejecucioacuten adicionales Es de resaltar que a pesar de tenerse una presioacuten hidraacuteulica por en-cima de los 6 bares y en ocasiones de 7 bares en la clave representando una de las peores condiciones del proyecto se logroacute mantener una tasa de produccioacuten de 1063 mdiacutea

Excavacioacuten de tuacuteneles convencionales

Ante la previsioacuten de algunas condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas que se consideroacute podriacutean ser adversas para la excavacioacuten de los tuacuteneles con las TBM (comprometiendo el plazo de ejecucioacuten y ante la condicioacuten geoloacutegica de una material de toba sin presencia de agua subterraacutenea observada durante la cons-truccioacuten del portal de Toluca) se decidioacute atacar un tramo de los tuacuteneles en modo convencional por el Portal Poniente En la figura 11 se muestra el esquema cons-tructivo y el sostenimiento implementado

El proceso de excavacioacuten del tuacutenel convencional inicioacute con la colocacioacuten de un pre- sostenimiento mediante enfilaje frontal formado por 32 tubos de 4rdquo de diaacutemetro y 12 m de longitud traslapados 3 m y apoyados sobre la pantalla de pilas Una vez concluidos los enfilajes se construyoacute una viga de atado de con-creto reforzado con objeto de distribuir las posibles cargas del terreno una vez iniciada la excavacioacuten Posteriormente

se inicioacute con la excavacioacuten de los tuacutene-les convencionales en tres etapas con avances de 1 m en una longitud de 9 m cubiertos por el enfilaje en cada avan-ce de excavacioacuten se colocaron marcos metaacutelicos y concreto lanzado con fibras de acero Una vez concluidos los ciclos de 9 m de excavacioacuten bajo el primer enfilaje colocoacute el segundo enfilaje y se repitieron los ciclos de avance

Durante el proceso de excavacioacuten se instalaron secciones de convergencia en el interior del tuacutenel a fin de monito-rear el comportamiento deformacional Asimismo durante este seguimiento se establecioacute un plan de actuacioacuten para garantizar que durante el proceso de construccioacuten de los tuacuteneles los maacuterge-nes de seguridad se mantuvieran dentro de los umbrales adecuados

Una vez que las maacutequinas tunelado-ras estaban superando las condiciones maacutes difiacuteciles y despueacutes de revisar su rendimiento y produccioacuten respecto al rendimiento de excavacioacuten del meacutetodo convencional se determinoacute suspender esta uacuteltima habieacutendose ejecutado uacutenica-

mente 27 m en cada uno de los tuacutenelesConcluidos los trabajos del tuacutenel

convencional y mecanizado se realizoacute el tratamiento a la transicioacuten entre am-bos revestimientos a fin de garantizar la unioacuten de dichas estructuras Estos tra-bajos consistieron en la colocacioacuten del sistema de impermeabilizacioacuten y concre-to lanzado en la zona de los hastiales y clave y en la zona de batea se realizoacute una inyeccioacuten de mortero

Salida de las TBM

Despueacutes de 19 meses de superar di-ferentes desafiacuteos las maacutequinas tunela-doras concluyeron su trabajo de forma exitosa incluyendo su salida por los tuacuteneles convencionales del Portal Po-niente como se muestra en las siguientes imaacutegenes

Microtuneleo con TBM Hincado de tuberiacutea (pipe Jacking)

Construccioacuten de tuacuteneles con dovelasRehabilitacioacuten de tuberiacuteas

Tablestacado metaacutelico Muro Milaacuten

(+52 55) 5207 3068 wwwbessaccommx

Tecnologiacutea de vanguardiaen obras subterraacuteneas

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

ANUNCIO_BESSAC_V2_printpdf 2 28617 1103 Pablo Miranda S Figura 12 Seguimiento y medicioacuten de seccioacuten de convergencia

Figura 14 Salida TBM S949 en viacutea izquierda

Figura 13 Salida TBM S948 en viacutea derecha

Instrumento NIVEL AVISO NIVEL DE ALARMANIVEL DE ALERTA

Dianas reflectantes ge 12 mm y lt 18 mm ge 18 mmlt 12 mm

V gt 10 mm diacutea

V = 5 - 10 mm diacutea

V = 1 - 5 mm diacutea

V = 05 - 1 mm diacutea

V = 005 - 05 mm diacutea

V lt 005 mm diacutea

Extremadamente Grande

Muy Grande

Grande - Media

Media - Pequentildea

Pequentildea

Despreciable

Refuerzo inmediato del sostenimiento

Si se mantiene durante dos diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Si se mantiene durante cuatro diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Ninguna

Ninguna

Ninguna

20

15

10

5

-5

-10

-15

-207818 10818 13818 16818 19818 22818 25818

Graacutefica de convergencias Tuacutenel convncional viacutea derecha (TBM S-948) Seccioacuten 36+17100

28818 31818 3918 6918 9918 12918 15918 18918 21918

1-35-14-23-53-42-3NIVEL DE ALERTA SUPERIORNIVEL DE ALERTA INFERIORNIVEL DE ALARMA SUPERIORNIVEL DE ALARMA INFERIOR

Con

verg

enci

a (m

m)

0

ActuacioacutenClase

PLAN DE ACTUACIOacuteN

Velocidad de Deformacioacuten

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Artiacuteculo

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Los tuacuteneles del TIMT excavados con maacutequinas tuneladoras tipo EPB enfrentaron una importante cantidad de riesgos que pusieron al liacutemite las capacidades de esta tecnologiacutea Las dificultades se relacionaron con aspectos geoloacutegicos geoteacutecnicos y geohidroloacutegicos principalmente por la presencia de medios heterogeacuteneos y cambiantes en combinacioacuten con elevados flujos de agua que alcanzaron presiones cercanas a los 7 bares El control y ajuste de la operacioacuten de los escudos a partir del seguimiento de las condiciones encontradas durante el avance permitioacute hacer frente de forma exitosa dichos riesgosComo complemento al artiacuteculo anterior en este artiacuteculo se presentan algunas de las situaciones criacuteticas por las que atravesoacute la excavacioacuten de los tuacuteneles del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Marc CoMuLadaMTC Maidl TunnelconsultantsGoethestr 74 Munich Germanymcomuladamaidl-tcde

Puntos clave

bull Durante la construccioacuten se presentaron cambios suacutebitos en las condiciones hidrogeoloacutegicas pasando de zonas im-permeables y secas a frentes con elevados flujos de agua

bull Se llegaron a presentar presiones de agua con maacuteximos de hasta 62 bar y en tramos largos con presiones de hasta 5 bar

Durante la exploracioacuten se perforaron 37 sondeos para ensayos de permeabilidad en los que se realizaron 158 ensayos ob-teniendo valores promedio comprendidos entre kf= 135x10-6 ms y kf = 995 x10-8 ms Estos valores en suelos representan permeabilidades medias a bajas No obstante en roca fractu-rada y en los tramos de macizo rocoso de muy mala calidad y frentes mixtos heterogeacuteneos que incluiacutean la presencia de suelos se registraron flujos muy elevados de agua que llegaron en algunos casos a valores comprendidos entre 2 a 5 m3min

Principales riesgos para la operacioacuten de los escudos EPB

Debido a condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas extremas en ocasiones se alcanzaron los liacutemites de aplicabilidad de los escudos EPB A continuacioacuten se explican los principales riesgos encontrados y la manera en que se les hizo frente Figura 1 Frente mixto con presencia de roca y suelos

Figura 2 Bloques sobresaliendo del frente de excavacioacuten

a) Sobrecarga y dantildeos en las herramientas de corte en frentes mixtos y con bloques de roca

Los discos instalados en la rueda de corte son los encargados de romper la roca que se encuentra en el frente mediante la presioacuten de contacto que produce el empuje de la tuneladora Cuanto mayor es la resistencia a compresioacuten y tensioacuten de la roca mayor es la fuerza de contacto necesaria para romperla

El riesgo de sobrecarga de los discos de corte ocurre es-pecialmente en frentes mixtos compuestos de suelos y roca (Figura 1) y tambieacuten ante la presencia de bloques que se forman en los frentes de roca fracturada (Figura 2)

La sobrecarga de los discos se produce por el hecho de que en frentes mixtos la fuerza de empuje no se distribuye uniformemente en todos los discos de la rueda de corte sino

Figura 3 Dantildeos tiacutepicos en los discos resultado de sobrecargas e impactos

que se concentra en los discos en contacto con la roca presente soacutelo en una parte del frente El mismo fenoacutemeno ocurre cuando existen bloques de roca que sobresalen en el frente

Ademaacutes de la sobrecarga de los discos de corte con la rotacioacuten de la rueda de corte la presencia de bloques o de zonas de materiales de resistencia distinta en el frente causa impactos en los discos que pueden producir su dantildeo yo rotura

En los tuacuteneles del TIMT a pesar de llevar un control sobre la fuerza de contacto transmitida a los discos de corte las condiciones cambiantes y heterogeacuteneas del frente produjeron numerosos dantildeos y bloqueos en ellos En estas condiciones los discos de corte afectados ya no pueden ejercer su funcioacuten y si no se lleva a cabo un cambio oportuno se produce un efecto en cadena que en pocos metros de excavacioacuten puede resultar en una cantidad muy elevada de elementos dantildeados o incluso en dantildeos en la estructura de acero de la rueda de corte

Las medidas adoptadas para minimizar estos riesgos fueron

bull Instalacioacuten de un detector de metales en la banda trans-portadora con el fin de identificar partes de discos de corte desprendidas por el dantildeo en los mismos

bull Control visual de la rezaga en la banda transportadora con objeto de identificar la presencia de mayor o menor porcentaje de roca y su calidad en base a la cantidad y tamantildeo de los fragmentos

bull Ajuste de los paraacutemetros de operacioacuten (penetracioacuten revo-luciones de giro de la rueda de corte y fuerza de contacto)

b) Fallas geoloacutegicas

Durante la excavacioacuten de los tuacuteneles se atravesaron muacuteltiples fallas geoloacutegicas caracterizadas por discontinuidades de varios centiacutemetros de abertura varias de las cuales se encontraron de forma inesperada (Figura 4) En estas condiciones los escudos no pueden trabajar en condiciones presurizadas Ello impide el adecuado acondicionamiento de la rezaga con espumas pues al inyectarlas se escapan por las discontinuidades y no se mezclan con la rezaga Ademaacutes por el mismo motivo la inyeccioacuten de mortero que se realiza en el extradoacutes de los anillos de dovelas no puede llevarse a cabo de forma eficaz Una inadecuada inyeccioacuten de mortero en el extradoacutes de las

Figura 4 Discontinuidad encontrada en el TIMT Izquierda vista en direccioacuten contraria al avance de la tuneladora derecha vista del frente de excavacioacuten

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Artiacuteculo

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muestran las presiones en distintos niveles de la caacutemara de excavacioacuten) La consistencia de la rezaga se consiguioacute controlar de tal forma que se formoacute un sello en el tornillo sinfiacuten que permitiacutea controlar las presiones en la caacutemara de excavacioacuten sin peacuterdidas de presioacuten

bull Acondicionamiento del terreno mediante la inyeccioacuten combinada de espumas poliacutemeros y suspensiones de bentonita (esquema en la Figura 7) La Figura 8 muestra el aspecto de la rezaga con una consistencia plaacutestica sin derrames descontrolados trabajando con presiones EPB de 4 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 5 Fluidificacioacuten de la rezaga por presencia de flujos elevados de agua (arriba) y desborde de la banda transportadora (parte superior izquierda) con el consecuente derrame de rezaga en la parte inferior del escudo (parte inferior derecha)

Figura 6 Presiones de operacioacuten en la caacutemara de excavacioacuten (PT1 a PT6) y formacioacuten de un sello en el sinfiacuten Figura 9 Esquema de las campantildeas de reinyecciones para reducir los flujos de agua provenientes de la parte trasera del escudo

Figura 7 Esquema de acondicionamiento en combinacioacuten con la inyeccioacuten de aire comprimido en condiciones de elevadas presiones de agua

Figura 8 Extraccioacuten controlada de rezaga plaacutestica por el tornillo sinfiacuten con material acondicionado formando un sello en el sinfiacuten con una presioacuten EPB de 4 a 5 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 10 Intervencioacuten en la caacutemara excavacioacuten en condiciones atmosfeacutericas mediante inyecciones en el extradoacutes del escudo

d) Intervenciones en la rueda de corte con elevados flujos de agua en roca fracturada

En los tramos de roca con mayores iacutendices de meteorizacioacuten y fracturamiento y elevadas presiones y flujos de agua suele ser demasiado arriesgado y de hecho praacutecticamente imposible llevar a cabo intervenciones en la rueda de corte en condi-ciones hiperbaacutericas para la revisioacuten de herramientas Por lo tanto el acceso a la caacutemara de excavacioacuten soacutelo era posible en condiciones atmosfeacutericas En estas condiciones con elevados flujos de agua fluyendo hacia la caacutemara de excavacioacuten tanto desde el frente de excavacioacuten como desde la zona trasera del escudo el trabajo de revisioacuten y cambio de herramientas no solo es peligroso sino tambieacuten muy laborioso y lento

Dado que los flujos desde el frente soacutelo se pueden evitar mediante equipos de sondeo y preinyeccioacuten hacia adelante (cuya implementacioacuten no es viable en la cantidad necesaria en escudos EPB) soacutelo es posible reducir o eliminar los flujos de agua que provienen de la parte trasera del escudo En este caso para lograrlo se llevaron a cabo inyecciones combinadas de mortero mezclas de lodo-cemento y espumas de poliuretano a traveacutes de los anillos de dovelas a fin de bloquear el paso de agua (Figuras 9 y 10)

dovelas provoca deformaciones no deseadas del revestimiento de dovelas debido a la falta de confinamiento de los anillos

c) Elevados flujos de agua y fluidificacioacuten de la rezaga

En la excavacioacuten de tuacuteneles con maacutequinas EPB es importante tener bajo control la consistencia del material de rezaga En el caso del TIMT los elevados flujos de agua encontrados se mezclaban con la rezaga fluidificaacutendola en exceso Una rezaga demasiado liacutequida causa varios problemas como son

bull Imposibilidad de controlar las presiones EPB debido a que el material en la caacutemara de excavacioacuten es demasiado liacutequido para permitir una transmisioacuten de presiones al frente de excavacioacuten Sin un control activo de presiones EPB no es posible contrarrestar la presioacuten de agua actuante y ademaacutes existe el riesgo de sobreexcavacioacuten

bull Sin un control activo sobre la presioacuten del material de rezaga en la caacutemara de excavacioacuten se producen expulsiones descontroladas a presioacuten por el tornillo sinfiacuten que impiden un avance continuo del escudo que debe interrumpirse continuamente y ademaacutes provocan el desborde de ma-terial extraiacutedo en la banda transportadora El desborde de rezaga causa largos tiempos de parada para limpiar la zona inferior del escudo donde deben instalarse las dovelas debido a la acumulacioacuten de material

bull El transporte del material de rezaga hacia el vertedero se torna muy lento ya que los camiones no pueden llenarse

Durante la obra algunos tramos largos tuvieron que excavarse en estas difiacuteciles condiciones La Figura 5 ilustra fotografiacuteas de la fluidificacioacuten de la rezaga

Con objeto de reducir los flujos de agua del terreno hacia la caacutemara de excavacioacuten se llevaron a cabo las siguientes medidas

bull Aumento de la presioacuten en la caacutemara de excavacioacuten con la ayuda de aire comprimido con objeto de mantenerla por encima de la hidrostaacutetica Esto permitioacute avanzar el escudo con hasta 50 bar de presioacuten en la caacutemara de forma continua y sin interrupciones tal como muestran las lecturas de presiones en la Figura 6 (las liacuteneas PT1 a PT6

Acondicionamiento con espumas y suspensioacuten de bentonita en la rueda de corteInyecciones de suspensioacuten de bentonita en el tornillo sinfiacutenInyeccioacuten de poliacutemero a traveacutes del mamparo estancoInyeccioacuten de espumas en la caacutemara de excavacioacuten

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Revoluciones SinfinPT2 PT3 PT4 PT5 PT6PT1 Presioacuten Agua Terreno

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Maidl Tunnelconsultants GmbH amp Co KGLlenado CaacutemaraPresioacuten SinfinPT Atras Sinfin

1 2 3 4 5 6 987 161514131211

Reinjection of grout+

Polyiurethane foam injections

Injection of hardening mud+

Polyiurethane foam injectionsTestigo de inyeccioacuten

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Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

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Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

3RD LATIN AMERICA URBAN RAIL EXPANSION SUMMIT

Medelliacuten ColombiaE-mail andresgglnoppenlatinamericacom

28 - 29

2ND NATIONAL CONGRESS ON UNDERGROUND WORKS CCROS 2019

San Joseacute Costa RicaSitio acroscrcomcongreso

Mayo 201903 ndash 09

WORLD TUNNEL CONGRESS 2019

Naacutepoles ItaliaSitio wwwwtc2019com

Junio 201903 - 05

UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

9TH NORDIC GROUTING SYMPOSIUM

Helsinki FinlandiaE-mail rilleraasakkarilfiSitio httpwwwrilfi

17 ndash 21

THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

Isla Jeju Corea del SurEmail infoasem19org infoanbre19org

octubre 201906 - 10

WORLD ROAD CONGRESS

Abu Dhabi Emiratos Aacuterabes UnidosSitio httpsdotabudhabiaepiarc

Noviembre 201917 - 20

XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

Cancuacuten MeacutexicoE-mail infopanamerican2019mexicocomSitio wwwpanamerican2019mexicocom

26 - 28

STUVA 2019

Frankfurt AlemaniaSitio wwwstuva-expocomen

diciembre 201904 ndash 05

ETS CONFERENCE AND EXHIBITION 2019

Luxor ndash Aswan Egipto

Mayo 202015 ndash 21

WORLD TUNNEL CONGRESS 2020

Kuala Lumpur MalasiaSitio wwwseacetus2017com4443welcome-to-malaysia

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

34 35

Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

36 37

Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

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38 39

71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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generalmente es moderado la estructura de la roca es continua en la mayor parte del macizo rocoso con una resistencia a la compresioacuten simple de 90 MPa una densidad seca de 206 kgm3 un valor de cohesioacuten igual al de la roca sana (07 MPa) y un aacutengulo de friccioacuten de 47deg Sin embargo se observaron frentes altamente meteorizados con maacutes de la mitad de roca que lo conforma desintegrada pero con-servando su estructura original este hecho repercute directamente en la resistencia a la compresioacuten simple descendiendo a 7 MPa En los casos maacutes extremos este material se encuentra en la transicioacuten de una roca blanda y un suelo duro variando asiacute la calidad del macizo de acuerdo a la clasificacioacuten GSI de buena a muy mala

La argilitizacioacuten es otra alteracioacuten que ha afectado los derrames andesiacuteticos los cuales suelen presentar una coloracioacuten amarillenta a crema y un fuerte contenido de arcilla que condicionan la resistencia de la roca intacta a un valor maacuteximo me-dido de 35 MPa un moacutedulo de elasticidad promedio de 7334 MPa (menor del resto de rocas andesiacuteticas) cohesioacuten de 08 MPa un aacutengulo de friccioacuten de 42deg y una calidad de roca de acuerdo al GSI de mala a buena

La intensidad del fracturamiento y sus caracteriacutesticas aun para el mismo tipo de roca andesiacutetica y un mismo frente fue heterogeacutenea algunos frentes tuvieron un fracturamiento ligero con un RQD bueno planos rugosos cerrados y en otros ca-sos presentaron una muy mala calidad un fracturamiento intenso planos de frac-tura lisos-ligeramente rugosos abiertos (hasta 5 cm) rellenos de arcilla blanda RQD lt25

Brechas Brecha andesiacutetica grisaacutecea de alta a baja consolidacioacuten con zona delez-nables en presencia de agua clasificada como una para-brecha con una propor-cioacuten de matriz del 70-60 integrada por arenas limosas con pocos finos de baja plasticidad o arena con grava en ambos casos contienen una gran cantidad de graacutenulos y guijarros (02-6 cm) y bloques andesiacuteticos de alta resistencia y de 25 cm hasta 20 metros de longitudBrecha andesiacutetica oxidada la matriz estaacute formada por material areno-arcilloso color rojizo que sostiene fragmentos andesiacuteti-cos equivalentes al 10-20 del total de material existente en el frente de estos el 85 corresponde a andesita oxidada porosa de baja dureza y alta meteoriza-cioacuten de un tamantildeo variable entre 3-40 cm con una densidad seca de 204 kgm3 y una absorcioacuten de 37 el resto (15) son guijarros y bloques (6-40 cm) andesiacuteticos de textura porfiacutedica color gris-verdoso de moderada a baja dureza y meteorizacioacuten

andesiacuteticas poacutemez y cristales maacuteficos Al desintegrarse el material presenta una granulometriacutea areno-limosa y areno-ar-cillosa de baja plasticidad con un liacutemite liacutequido entre 17-35 pero que en ocasiones ha alcanzado los 60Toba liacutetica de tonalidad rosaacutecea parda en ocasiones con manchas rojizas de alta compacidad integrada por partiacuteculas del tamantildeo de arenas limos y en menor pro-porcioacuten arcillas de baja plasticidad liacutemite liacutequido entre 19-29 contiene fragmentos de distintos tipos de andesita y tobas muy consolidadas menores a 15 cm equiva-lentes al 5-10 del material presente en el frente

Desarrollo de la excavacioacuten para dis-tintas condiciones y problemaacuteticasDurante la excavacioacuten de los tuacuteneles en ocasiones se observaron frentes integra-dos por una uacutenica litologiacutea homogeacutenea aunque con variacioacuten de resistencia grado de meteorizacioacuten y en las condiciones de las discontinuidades (causado por fallas locales) en otros casos se tuvieron fren-tes mixtos formados por dos o maacutes tipos de rocas que a lo largo de la excavacioacuten modificaron de manera gradual o suacutebita-mente su proporcioacuten y distribucioacuten Las combinaciones de materiales maacutes comu-nes observadas fueron andesita sana y andesita oxidada andesita sana con aumento progresivo del grado de meteo-rizacioacuten andesita muy alterada y brecha con bloques andesita oxidada y brecha andesiacutetica con bloques y brecha con len-tes tobaacuteceos

La heterogeneidad geoloacutegica-geo-teacutecnica de los materiales y su reacutegimen estructural combinado con la alta presioacuten hidrostaacutetica y flujos importantes de agua generaron condiciones inusuales para el uso de una TBM del tipo EPB

Inicio de excavacioacuten en modo abierto

Para el inicio de la excavacioacuten las TBM se configuraron para trabajar en modo abier-to o tipo roca descargando el material excavado de las palas a la tolva central en esta configuracioacuten el mamparo de la caacutemara se encuentra abierto y no es posi-ble presurizar la caacutemara de excavacioacuten Al avanzar y encontrar en el frente un material de brecha de baja resistencia no permitioacute guiar las maacutequinas a fin de seguir el trazo principalmente impidiendo mantener el ali-neamiento vertical y alcanzar la pendiente ascendente del 4 Lo anterior se deriva de la interaccioacuten de la TBM con el terreno respecto al sistema de fuerzas que actuacutean al momento de la excavacioacuten Cuando la TBM en modo abierto se encuentra en el frente con un suelo o una roca blanda el

a la tensioacuten directa de 350 MPa Refe-rente al macizo rocoso los paraacutemetros de resistencia son aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten variables entre 48-59deg y 12-20 [MPa] respectivamente y una resistencia a la compresioacuten simple de 124 MPa por su parte los paraacutemetros de deformabi-lidad estimados fueron moacutedulo de de-formabilidad (E) de 7500-10584 MPa y una relacioacuten de Poisson de 026 a 03 La clasificacioacuten geomecaacutenica GSI varioacute de buena a regular calidad Derrames andesiacuteticos Integrados por rocas andesiacuteticas con diferentes tipos de alteracioacuten amplia variabilidad en la inten-sidad de fracturamiento caracterizacioacuten de discontinuidades resistencia y grado de meteorizacioacuten En su estado maacutes sano presenta una coloracioacuten gris obscuro y ligera alteracioacuten

Para la roca intacta se obtuvo un peso especiacutefico entre 204-268 kgm3 una re-sistencia a la compresioacuten simple de hasta 140 MPa (roca muy dura) una media del moacutedulo de elasticidad de 16900 MPa y una calidad del macizo rocoso general-mente buena con valores del aacutengulo de friccioacuten y cohesioacuten del macizo de 07 MPa y 54deg

La andesita afectada por oxidacioacuten exhibe ligeras tonalidades rojizas las cua-les se intensifican a medida que eacutesta se incrementa el grado de meteorizacioacuten

Figura 4 Andesita sana en el frente de excavacioacuten

Figura 6 Frente de excavacioacuten que muestra la Andesita fracturada

Figura 5 Andesita oxidada en el frente de excavacioacuten

Brecha de bloques con diferentes grados de oxidacioacuten moderada consolidacioacuten grano-soportada con un porcentaje ro-ca-matriz de 80-20 sin embargo en algunas zonas el porcentaje de matriz aumenta a un 65 y el grado de conso-lidacioacuten disminuye La matriz estaacute forma-da por material areno-arcilloso con zonas donde se incrementa la arcilla color cafeacute rojizo los fragmentos de roca en su mayo-riacutea corresponden a andesita gris (60) de alta dureza (50-100 MPa) sub esfeacutericos tabulares con caras lisas muy oxidadas de bordes sub-redondeados a angulosos de 5 a 50 cm de lado largo el 40 son frag-mentos de andesita oxidada de moderada dureza (25-50 MPa) sub-esfeacutericos con bordes sub redondeados que alcanzan tamantildeos meacutetricos En una determinada seccioacuten a lo largo de la excavacioacuten de los tuacuteneles se observoacute una brecha con caracteriacutesticas similares pero soldada cuyos rasgos de la matriz son un aacutengulo de friccioacuten entre 35-45deg una cohesioacuten de 005-025 MPa densidad de 195 kgm3 y una resistencia a la compresioacuten simple en promedio de 0025 MPa con bloques de resistencia no mayor a 80 MPa

Tobas Toba de ceniza color gris claro a blanquizco con tonalidades verdosas en menor proporcioacuten de color crema y amarillo contiene escasos fragmentos generalmente menores a 5 cm de rocas

terreno no ofrece la resistencia necesaria para desarrollar la fuerza suficiente en los cilindros de empuje Adicionalmente en un frente despresurizado la fuerza de contacto de la rueda de corte se concentra en el tercio inferior y en este tipo de ma-teriales blandos la resultante de la fuerza de contacto que se genera en la rueda de corte es demasiado baja y junto con la fuerza de friccioacuten y la fuerza de empuje generan un sistema de fuerzas que pro-duce un momento en sentido contrario al que se requiere para el direccionamiento ascendente del escudo Ademaacutes en estos primeros metros de material blando se presentaron flujos de agua que no era posible controlar con un frente abierto

Para corregir esta situacioacuten se realizoacute el cambio de configuracioacuten de la TBM pasando de modo abierto a modo cerra-do (EPB) lo que adiciona al sistema de fuerzas la presioacuten de frente y eleva la resultante de la fuerza de contacto en la rueda de corte permitiendo incrementar la magnitud del empuje de los cilindros y redistribuir la fuerza de friccioacuten alrededor del escudo desarrollando un par que pro-duce un momento resultante en el senti-do adecuado para guiar verticalmente el escudo en acenso tal como se muestra en la figura 8

Excavacioacuten de roca con EPB

La operacioacuten de la TBM en modo EPB totalmente cerrado en roca por lo general resulta en bajos iacutendices de excavacioacuten alto desgaste de la herramienta y posibles dantildeos en la cabeza de corte En este caso una de las claves para un desempentildeo exi-toso de las TBM fue una seleccioacuten adecua-da del modo de operacioacuten del escudo y el ajuste de los paraacutemetros de excavacioacuten en tiempo real en el sitio de trabajo Tambieacuten fue muy importante mantener un control

preciso de los paraacutemetros de acondicio-namiento del terreno y la apertura cierre de las puertas de tornillo para no generar licuefaccioacuten y controlar la extraccioacuten de rezaga a traveacutes del transportador de tor-nillo evitando derrames

Durante el proceso de excavacioacuten es muy importante que el material no salga demasiado fluido a traveacutes de las compuertas del tornillo transportador para evitar derrames de material en el aacuterea

Figura 7 Frente de excavacioacuten de Brecha con bloques

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

14 15

de alimentacioacuten de segmentos ya que esto implica peacuterdidas de tiempo para la limpieza y una disminucioacuten notoria en la produccioacuten diaria Ademaacutes una rezaga fluida impide generar un tapoacuten en el tornillo transportador que se requiere para controlar la presioacuten de confinamiento en la caacutemara de excavacioacuten La experiencia adquirida en el proyecto demostroacute que hasta una presioacuten de agua subterraacutenea de 50 bar en la corona la TBM pudo funcionar como un EBP regular al aumentar la presioacuten de soporte y mantenerla por encima de la presioacuten hidrostaacutetica del suelo tanto en avance como durante la parada

El acondicionamiento del material ex-cavado durante largos tramos con altas presiones de agua subterraacutenea se rea-lizoacute con eacutexito principalmente mediante la inyeccioacuten de espuma El poliacutemero se inyectoacute a traveacutes de las liacuteneas del mamparo cuando se produciacutea una rezaga muy flui-da y el control de las puertas del tornillo transportador no era suficiente para evitar derrames Ademaacutes la inyeccioacuten de ben-tonita en el tornillo transportador demos-troacute su efectividad para lubricar y evitar el bloqueo del tornillo transportador Cuando fue necesario se realizoacute una inyeccioacuten de espuma de poliuretano alrededor de los anillos seleccionados para detener la recoleccioacuten y el flujo de agua generado desde el tuacutenel a lo largo del escudo hasta la caacutemara de excavacioacuten

El control de los paraacutemetros y el se-guimiento visual del material excavado directamente en la cinta transportadora ambos en tiempo real fueron esenciales para evaluar la geologiacutea el tamantildeo de las rocas y bloques y asiacute poder ajustar los paraacutemetros de excavacioacuten clave tales como la penetracioacuten el nivel de llenado de la caacutemara de excavacioacuten la energiacutea especiacutefica y la fuerza de contacto en la rueda de corte torque y velocidad de ro-tacioacuten Este procedimiento hizo posible un desempentildeo exitoso de las TBM duran-te los tramos en roca bajo presiones de agua subterraacutenea superiores a 4 bares El control de los paraacutemetros ya mencio-nados tambieacuten fue decisivo para evitar la acumulacioacuten de bloques de roca y material en la parte frontal de la cabeza de corte y para proteger las herramientas de corte contra sobrecargas y bloqueos

Cruce de la zona de artesianismo

Uno de los tramos particulares atravesa-dos durante la construccioacuten del Bituacutenel fue la denominada zona de artesianismo com-puesta por brechas blandas altamente meteorizadas deleznables en presencia de agua con una carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave y flujos de agua de alrededor de 60 lps en una longitud de 200 m En la

Figura 8 Modelos de fuerzas de operacioacuten de las TBMacutes

Figura 9 Salida de material fluido del tornillo sin fin

Figura 10 Perfil geoloacutegico de la zona de artesianismo

Figura 11 Tuacutenel convencional seccioacuten transversal y longitudinal

figura 10 se muestra el perfil geoloacutegico que indica esta zona

Dada la carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave asociada con la permeabilidad y tipo de material se preveiacutea una condicioacuten de frente inestable con flujos de agua de 60 lps o superiores que no permitiriacutea rea-lizar el protocolo de inspeccioacuten y cambio de herramientas de corte en condiciones atmosfeacutericas por lo que como primera medida preventiva se determinoacute que antes de entrar a esta zona deberiacutea realizarse un

parada de mantenimiento y remplazar toda la herramienta de corte por piezas nuevas Adicionalmente se realizoacute la planeacioacuten y previsiones necesarias para que en caso de fuera imprescindible se contara con todos los elementos necesarios para eje-cutar intervenciones hiperbaacutericas y mitigar los altos riesgos que conllevan para el personal

Durante la excavacioacuten se realizoacute un seguimiento en tiempo real de los paraacute-metros de operacioacuten acondicionamiento

FSF

FCilindrosFCW

REFILL

NATURAL GROUND

MO

DO

ABI

ERTO

MO

DO

CER

RAD

O (E

PB)

Nomenclatura

FEPB =FCW =FSF =FCilindros =

Presioacuten de frente Fuerza de rueda de corteFuerza de friccioacuten del escudo Fuerza de empuje

CW

X1

X2

X3

SHIELD

FUP

FC

FS

FSEGMENT

FSF

FSF

FCilindrosFCW

FEPBREFILL

NATURAL GROUND

CW

X1

X2

X3

FUP

FC

FSF

FSEGMENT

SHIELD

118

370

+3099962

ETAPAS DE EXCAVACIOacuteNGENERAL

581

INVERT(DESTROZA)

FASE 4

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 3

TUacuteN

EL IZ

QU

IER

DO

PK 3

8+16

901

6

TUacuteN

EL D

EREC

HO

PK 3

8+17

141

0

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 2

MEDIASERCCIOacuteNSUPERIOR(AVANCE)

4

118

370

581

485

035

300

040

3rdquo

3rdquo

3rdquo

300

100

300

2 3

1987654321 987654321 987654321

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Artiacuteculo

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y material extraiacutedo asiacute como un control preciso de la apertura y cierre de la com-puerta del tornillo transportador para la descarga del material a alta presioacuten En algunos casos extremos donde la pre-sioacuten superoacute los 7 bares se conectoacute una liacutenea (o dos) directamente al mamparo para usarla como drenaje tambieacuten se implementaron drenajes inmediatamen-te detraacutes de la tuneladora en la parte superior y en los lados de los anillos a fin de reducir la presioacuten hasta niveles manejables entre 40 y 60 bares

Las medidas y controles implemen-tados permitieron excavar 172 avances equivalentes a 268 m (TBM S-948) por la viacutea derecha y 162 avances (243 m) que representan una longitud de 243 con la TBM S-949 por la viacutea izquierda y asiacute cruzar la zona del artesianismo En ninguacuten caso hubo necesidad de realizar paradas para implementar el protocolo de inspeccioacuten yo cambio de herramien-tas de corte en condiciones hiperbaacuteri-cas que hubieran incurrido en riesgos altos costos y tiempos de ejecucioacuten adicionales Es de resaltar que a pesar de tenerse una presioacuten hidraacuteulica por en-cima de los 6 bares y en ocasiones de 7 bares en la clave representando una de las peores condiciones del proyecto se logroacute mantener una tasa de produccioacuten de 1063 mdiacutea

Excavacioacuten de tuacuteneles convencionales

Ante la previsioacuten de algunas condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas que se consideroacute podriacutean ser adversas para la excavacioacuten de los tuacuteneles con las TBM (comprometiendo el plazo de ejecucioacuten y ante la condicioacuten geoloacutegica de una material de toba sin presencia de agua subterraacutenea observada durante la cons-truccioacuten del portal de Toluca) se decidioacute atacar un tramo de los tuacuteneles en modo convencional por el Portal Poniente En la figura 11 se muestra el esquema cons-tructivo y el sostenimiento implementado

El proceso de excavacioacuten del tuacutenel convencional inicioacute con la colocacioacuten de un pre- sostenimiento mediante enfilaje frontal formado por 32 tubos de 4rdquo de diaacutemetro y 12 m de longitud traslapados 3 m y apoyados sobre la pantalla de pilas Una vez concluidos los enfilajes se construyoacute una viga de atado de con-creto reforzado con objeto de distribuir las posibles cargas del terreno una vez iniciada la excavacioacuten Posteriormente

se inicioacute con la excavacioacuten de los tuacutene-les convencionales en tres etapas con avances de 1 m en una longitud de 9 m cubiertos por el enfilaje en cada avan-ce de excavacioacuten se colocaron marcos metaacutelicos y concreto lanzado con fibras de acero Una vez concluidos los ciclos de 9 m de excavacioacuten bajo el primer enfilaje colocoacute el segundo enfilaje y se repitieron los ciclos de avance

Durante el proceso de excavacioacuten se instalaron secciones de convergencia en el interior del tuacutenel a fin de monito-rear el comportamiento deformacional Asimismo durante este seguimiento se establecioacute un plan de actuacioacuten para garantizar que durante el proceso de construccioacuten de los tuacuteneles los maacuterge-nes de seguridad se mantuvieran dentro de los umbrales adecuados

Una vez que las maacutequinas tunelado-ras estaban superando las condiciones maacutes difiacuteciles y despueacutes de revisar su rendimiento y produccioacuten respecto al rendimiento de excavacioacuten del meacutetodo convencional se determinoacute suspender esta uacuteltima habieacutendose ejecutado uacutenica-

mente 27 m en cada uno de los tuacutenelesConcluidos los trabajos del tuacutenel

convencional y mecanizado se realizoacute el tratamiento a la transicioacuten entre am-bos revestimientos a fin de garantizar la unioacuten de dichas estructuras Estos tra-bajos consistieron en la colocacioacuten del sistema de impermeabilizacioacuten y concre-to lanzado en la zona de los hastiales y clave y en la zona de batea se realizoacute una inyeccioacuten de mortero

Salida de las TBM

Despueacutes de 19 meses de superar di-ferentes desafiacuteos las maacutequinas tunela-doras concluyeron su trabajo de forma exitosa incluyendo su salida por los tuacuteneles convencionales del Portal Po-niente como se muestra en las siguientes imaacutegenes

Microtuneleo con TBM Hincado de tuberiacutea (pipe Jacking)

Construccioacuten de tuacuteneles con dovelasRehabilitacioacuten de tuberiacuteas

Tablestacado metaacutelico Muro Milaacuten

(+52 55) 5207 3068 wwwbessaccommx

Tecnologiacutea de vanguardiaen obras subterraacuteneas

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

ANUNCIO_BESSAC_V2_printpdf 2 28617 1103 Pablo Miranda S Figura 12 Seguimiento y medicioacuten de seccioacuten de convergencia

Figura 14 Salida TBM S949 en viacutea izquierda

Figura 13 Salida TBM S948 en viacutea derecha

Instrumento NIVEL AVISO NIVEL DE ALARMANIVEL DE ALERTA

Dianas reflectantes ge 12 mm y lt 18 mm ge 18 mmlt 12 mm

V gt 10 mm diacutea

V = 5 - 10 mm diacutea

V = 1 - 5 mm diacutea

V = 05 - 1 mm diacutea

V = 005 - 05 mm diacutea

V lt 005 mm diacutea

Extremadamente Grande

Muy Grande

Grande - Media

Media - Pequentildea

Pequentildea

Despreciable

Refuerzo inmediato del sostenimiento

Si se mantiene durante dos diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Si se mantiene durante cuatro diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Ninguna

Ninguna

Ninguna

20

15

10

5

-5

-10

-15

-207818 10818 13818 16818 19818 22818 25818

Graacutefica de convergencias Tuacutenel convncional viacutea derecha (TBM S-948) Seccioacuten 36+17100

28818 31818 3918 6918 9918 12918 15918 18918 21918

1-35-14-23-53-42-3NIVEL DE ALERTA SUPERIORNIVEL DE ALERTA INFERIORNIVEL DE ALARMA SUPERIORNIVEL DE ALARMA INFERIOR

Con

verg

enci

a (m

m)

0

ActuacioacutenClase

PLAN DE ACTUACIOacuteN

Velocidad de Deformacioacuten

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Artiacuteculo

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Los tuacuteneles del TIMT excavados con maacutequinas tuneladoras tipo EPB enfrentaron una importante cantidad de riesgos que pusieron al liacutemite las capacidades de esta tecnologiacutea Las dificultades se relacionaron con aspectos geoloacutegicos geoteacutecnicos y geohidroloacutegicos principalmente por la presencia de medios heterogeacuteneos y cambiantes en combinacioacuten con elevados flujos de agua que alcanzaron presiones cercanas a los 7 bares El control y ajuste de la operacioacuten de los escudos a partir del seguimiento de las condiciones encontradas durante el avance permitioacute hacer frente de forma exitosa dichos riesgosComo complemento al artiacuteculo anterior en este artiacuteculo se presentan algunas de las situaciones criacuteticas por las que atravesoacute la excavacioacuten de los tuacuteneles del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Marc CoMuLadaMTC Maidl TunnelconsultantsGoethestr 74 Munich Germanymcomuladamaidl-tcde

Puntos clave

bull Durante la construccioacuten se presentaron cambios suacutebitos en las condiciones hidrogeoloacutegicas pasando de zonas im-permeables y secas a frentes con elevados flujos de agua

bull Se llegaron a presentar presiones de agua con maacuteximos de hasta 62 bar y en tramos largos con presiones de hasta 5 bar

Durante la exploracioacuten se perforaron 37 sondeos para ensayos de permeabilidad en los que se realizaron 158 ensayos ob-teniendo valores promedio comprendidos entre kf= 135x10-6 ms y kf = 995 x10-8 ms Estos valores en suelos representan permeabilidades medias a bajas No obstante en roca fractu-rada y en los tramos de macizo rocoso de muy mala calidad y frentes mixtos heterogeacuteneos que incluiacutean la presencia de suelos se registraron flujos muy elevados de agua que llegaron en algunos casos a valores comprendidos entre 2 a 5 m3min

Principales riesgos para la operacioacuten de los escudos EPB

Debido a condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas extremas en ocasiones se alcanzaron los liacutemites de aplicabilidad de los escudos EPB A continuacioacuten se explican los principales riesgos encontrados y la manera en que se les hizo frente Figura 1 Frente mixto con presencia de roca y suelos

Figura 2 Bloques sobresaliendo del frente de excavacioacuten

a) Sobrecarga y dantildeos en las herramientas de corte en frentes mixtos y con bloques de roca

Los discos instalados en la rueda de corte son los encargados de romper la roca que se encuentra en el frente mediante la presioacuten de contacto que produce el empuje de la tuneladora Cuanto mayor es la resistencia a compresioacuten y tensioacuten de la roca mayor es la fuerza de contacto necesaria para romperla

El riesgo de sobrecarga de los discos de corte ocurre es-pecialmente en frentes mixtos compuestos de suelos y roca (Figura 1) y tambieacuten ante la presencia de bloques que se forman en los frentes de roca fracturada (Figura 2)

La sobrecarga de los discos se produce por el hecho de que en frentes mixtos la fuerza de empuje no se distribuye uniformemente en todos los discos de la rueda de corte sino

Figura 3 Dantildeos tiacutepicos en los discos resultado de sobrecargas e impactos

que se concentra en los discos en contacto con la roca presente soacutelo en una parte del frente El mismo fenoacutemeno ocurre cuando existen bloques de roca que sobresalen en el frente

Ademaacutes de la sobrecarga de los discos de corte con la rotacioacuten de la rueda de corte la presencia de bloques o de zonas de materiales de resistencia distinta en el frente causa impactos en los discos que pueden producir su dantildeo yo rotura

En los tuacuteneles del TIMT a pesar de llevar un control sobre la fuerza de contacto transmitida a los discos de corte las condiciones cambiantes y heterogeacuteneas del frente produjeron numerosos dantildeos y bloqueos en ellos En estas condiciones los discos de corte afectados ya no pueden ejercer su funcioacuten y si no se lleva a cabo un cambio oportuno se produce un efecto en cadena que en pocos metros de excavacioacuten puede resultar en una cantidad muy elevada de elementos dantildeados o incluso en dantildeos en la estructura de acero de la rueda de corte

Las medidas adoptadas para minimizar estos riesgos fueron

bull Instalacioacuten de un detector de metales en la banda trans-portadora con el fin de identificar partes de discos de corte desprendidas por el dantildeo en los mismos

bull Control visual de la rezaga en la banda transportadora con objeto de identificar la presencia de mayor o menor porcentaje de roca y su calidad en base a la cantidad y tamantildeo de los fragmentos

bull Ajuste de los paraacutemetros de operacioacuten (penetracioacuten revo-luciones de giro de la rueda de corte y fuerza de contacto)

b) Fallas geoloacutegicas

Durante la excavacioacuten de los tuacuteneles se atravesaron muacuteltiples fallas geoloacutegicas caracterizadas por discontinuidades de varios centiacutemetros de abertura varias de las cuales se encontraron de forma inesperada (Figura 4) En estas condiciones los escudos no pueden trabajar en condiciones presurizadas Ello impide el adecuado acondicionamiento de la rezaga con espumas pues al inyectarlas se escapan por las discontinuidades y no se mezclan con la rezaga Ademaacutes por el mismo motivo la inyeccioacuten de mortero que se realiza en el extradoacutes de los anillos de dovelas no puede llevarse a cabo de forma eficaz Una inadecuada inyeccioacuten de mortero en el extradoacutes de las

Figura 4 Discontinuidad encontrada en el TIMT Izquierda vista en direccioacuten contraria al avance de la tuneladora derecha vista del frente de excavacioacuten

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Artiacuteculo

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muestran las presiones en distintos niveles de la caacutemara de excavacioacuten) La consistencia de la rezaga se consiguioacute controlar de tal forma que se formoacute un sello en el tornillo sinfiacuten que permitiacutea controlar las presiones en la caacutemara de excavacioacuten sin peacuterdidas de presioacuten

bull Acondicionamiento del terreno mediante la inyeccioacuten combinada de espumas poliacutemeros y suspensiones de bentonita (esquema en la Figura 7) La Figura 8 muestra el aspecto de la rezaga con una consistencia plaacutestica sin derrames descontrolados trabajando con presiones EPB de 4 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 5 Fluidificacioacuten de la rezaga por presencia de flujos elevados de agua (arriba) y desborde de la banda transportadora (parte superior izquierda) con el consecuente derrame de rezaga en la parte inferior del escudo (parte inferior derecha)

Figura 6 Presiones de operacioacuten en la caacutemara de excavacioacuten (PT1 a PT6) y formacioacuten de un sello en el sinfiacuten Figura 9 Esquema de las campantildeas de reinyecciones para reducir los flujos de agua provenientes de la parte trasera del escudo

Figura 7 Esquema de acondicionamiento en combinacioacuten con la inyeccioacuten de aire comprimido en condiciones de elevadas presiones de agua

Figura 8 Extraccioacuten controlada de rezaga plaacutestica por el tornillo sinfiacuten con material acondicionado formando un sello en el sinfiacuten con una presioacuten EPB de 4 a 5 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 10 Intervencioacuten en la caacutemara excavacioacuten en condiciones atmosfeacutericas mediante inyecciones en el extradoacutes del escudo

d) Intervenciones en la rueda de corte con elevados flujos de agua en roca fracturada

En los tramos de roca con mayores iacutendices de meteorizacioacuten y fracturamiento y elevadas presiones y flujos de agua suele ser demasiado arriesgado y de hecho praacutecticamente imposible llevar a cabo intervenciones en la rueda de corte en condi-ciones hiperbaacutericas para la revisioacuten de herramientas Por lo tanto el acceso a la caacutemara de excavacioacuten soacutelo era posible en condiciones atmosfeacutericas En estas condiciones con elevados flujos de agua fluyendo hacia la caacutemara de excavacioacuten tanto desde el frente de excavacioacuten como desde la zona trasera del escudo el trabajo de revisioacuten y cambio de herramientas no solo es peligroso sino tambieacuten muy laborioso y lento

Dado que los flujos desde el frente soacutelo se pueden evitar mediante equipos de sondeo y preinyeccioacuten hacia adelante (cuya implementacioacuten no es viable en la cantidad necesaria en escudos EPB) soacutelo es posible reducir o eliminar los flujos de agua que provienen de la parte trasera del escudo En este caso para lograrlo se llevaron a cabo inyecciones combinadas de mortero mezclas de lodo-cemento y espumas de poliuretano a traveacutes de los anillos de dovelas a fin de bloquear el paso de agua (Figuras 9 y 10)

dovelas provoca deformaciones no deseadas del revestimiento de dovelas debido a la falta de confinamiento de los anillos

c) Elevados flujos de agua y fluidificacioacuten de la rezaga

En la excavacioacuten de tuacuteneles con maacutequinas EPB es importante tener bajo control la consistencia del material de rezaga En el caso del TIMT los elevados flujos de agua encontrados se mezclaban con la rezaga fluidificaacutendola en exceso Una rezaga demasiado liacutequida causa varios problemas como son

bull Imposibilidad de controlar las presiones EPB debido a que el material en la caacutemara de excavacioacuten es demasiado liacutequido para permitir una transmisioacuten de presiones al frente de excavacioacuten Sin un control activo de presiones EPB no es posible contrarrestar la presioacuten de agua actuante y ademaacutes existe el riesgo de sobreexcavacioacuten

bull Sin un control activo sobre la presioacuten del material de rezaga en la caacutemara de excavacioacuten se producen expulsiones descontroladas a presioacuten por el tornillo sinfiacuten que impiden un avance continuo del escudo que debe interrumpirse continuamente y ademaacutes provocan el desborde de ma-terial extraiacutedo en la banda transportadora El desborde de rezaga causa largos tiempos de parada para limpiar la zona inferior del escudo donde deben instalarse las dovelas debido a la acumulacioacuten de material

bull El transporte del material de rezaga hacia el vertedero se torna muy lento ya que los camiones no pueden llenarse

Durante la obra algunos tramos largos tuvieron que excavarse en estas difiacuteciles condiciones La Figura 5 ilustra fotografiacuteas de la fluidificacioacuten de la rezaga

Con objeto de reducir los flujos de agua del terreno hacia la caacutemara de excavacioacuten se llevaron a cabo las siguientes medidas

bull Aumento de la presioacuten en la caacutemara de excavacioacuten con la ayuda de aire comprimido con objeto de mantenerla por encima de la hidrostaacutetica Esto permitioacute avanzar el escudo con hasta 50 bar de presioacuten en la caacutemara de forma continua y sin interrupciones tal como muestran las lecturas de presiones en la Figura 6 (las liacuteneas PT1 a PT6

Acondicionamiento con espumas y suspensioacuten de bentonita en la rueda de corteInyecciones de suspensioacuten de bentonita en el tornillo sinfiacutenInyeccioacuten de poliacutemero a traveacutes del mamparo estancoInyeccioacuten de espumas en la caacutemara de excavacioacuten

Air

2

2

1

1

3

3

4

4

000

500

1000000

200

400

600

000

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2000

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Revoluciones SinfinPT2 PT3 PT4 PT5 PT6PT1 Presioacuten Agua Terreno

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Maidl Tunnelconsultants GmbH amp Co KGLlenado CaacutemaraPresioacuten SinfinPT Atras Sinfin

1 2 3 4 5 6 987 161514131211

Reinjection of grout+

Polyiurethane foam injections

Injection of hardening mud+

Polyiurethane foam injectionsTestigo de inyeccioacuten

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Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

24 25

La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

TEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Oficina centralAv Revolucioacuten 1884 Int 308 Col San Aacutengel Delegacioacuten Aacutelvaro Obregoacuten

Ciudad de Meacutexico CP 01000 email temocsatemocsacomTEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

3RD LATIN AMERICA URBAN RAIL EXPANSION SUMMIT

Medelliacuten ColombiaE-mail andresgglnoppenlatinamericacom

28 - 29

2ND NATIONAL CONGRESS ON UNDERGROUND WORKS CCROS 2019

San Joseacute Costa RicaSitio acroscrcomcongreso

Mayo 201903 ndash 09

WORLD TUNNEL CONGRESS 2019

Naacutepoles ItaliaSitio wwwwtc2019com

Junio 201903 - 05

UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

9TH NORDIC GROUTING SYMPOSIUM

Helsinki FinlandiaE-mail rilleraasakkarilfiSitio httpwwwrilfi

17 ndash 21

THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

Isla Jeju Corea del SurEmail infoasem19org infoanbre19org

octubre 201906 - 10

WORLD ROAD CONGRESS

Abu Dhabi Emiratos Aacuterabes UnidosSitio httpsdotabudhabiaepiarc

Noviembre 201917 - 20

XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

Cancuacuten MeacutexicoE-mail infopanamerican2019mexicocomSitio wwwpanamerican2019mexicocom

26 - 28

STUVA 2019

Frankfurt AlemaniaSitio wwwstuva-expocomen

diciembre 201904 ndash 05

ETS CONFERENCE AND EXHIBITION 2019

Luxor ndash Aswan Egipto

Mayo 202015 ndash 21

WORLD TUNNEL CONGRESS 2020

Kuala Lumpur MalasiaSitio wwwseacetus2017com4443welcome-to-malaysia

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

36 37

Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

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38 39

71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

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40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

100

80

60

40

20

0

08 12 16 2

Esta

do L

iacutemite

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

100

80

60

40

20

0

0 08060402 1

Esta

do L

iacutemite

Factor de Seguridad

P(Fslt1)=100

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

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ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

14 15

de alimentacioacuten de segmentos ya que esto implica peacuterdidas de tiempo para la limpieza y una disminucioacuten notoria en la produccioacuten diaria Ademaacutes una rezaga fluida impide generar un tapoacuten en el tornillo transportador que se requiere para controlar la presioacuten de confinamiento en la caacutemara de excavacioacuten La experiencia adquirida en el proyecto demostroacute que hasta una presioacuten de agua subterraacutenea de 50 bar en la corona la TBM pudo funcionar como un EBP regular al aumentar la presioacuten de soporte y mantenerla por encima de la presioacuten hidrostaacutetica del suelo tanto en avance como durante la parada

El acondicionamiento del material ex-cavado durante largos tramos con altas presiones de agua subterraacutenea se rea-lizoacute con eacutexito principalmente mediante la inyeccioacuten de espuma El poliacutemero se inyectoacute a traveacutes de las liacuteneas del mamparo cuando se produciacutea una rezaga muy flui-da y el control de las puertas del tornillo transportador no era suficiente para evitar derrames Ademaacutes la inyeccioacuten de ben-tonita en el tornillo transportador demos-troacute su efectividad para lubricar y evitar el bloqueo del tornillo transportador Cuando fue necesario se realizoacute una inyeccioacuten de espuma de poliuretano alrededor de los anillos seleccionados para detener la recoleccioacuten y el flujo de agua generado desde el tuacutenel a lo largo del escudo hasta la caacutemara de excavacioacuten

El control de los paraacutemetros y el se-guimiento visual del material excavado directamente en la cinta transportadora ambos en tiempo real fueron esenciales para evaluar la geologiacutea el tamantildeo de las rocas y bloques y asiacute poder ajustar los paraacutemetros de excavacioacuten clave tales como la penetracioacuten el nivel de llenado de la caacutemara de excavacioacuten la energiacutea especiacutefica y la fuerza de contacto en la rueda de corte torque y velocidad de ro-tacioacuten Este procedimiento hizo posible un desempentildeo exitoso de las TBM duran-te los tramos en roca bajo presiones de agua subterraacutenea superiores a 4 bares El control de los paraacutemetros ya mencio-nados tambieacuten fue decisivo para evitar la acumulacioacuten de bloques de roca y material en la parte frontal de la cabeza de corte y para proteger las herramientas de corte contra sobrecargas y bloqueos

Cruce de la zona de artesianismo

Uno de los tramos particulares atravesa-dos durante la construccioacuten del Bituacutenel fue la denominada zona de artesianismo com-puesta por brechas blandas altamente meteorizadas deleznables en presencia de agua con una carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave y flujos de agua de alrededor de 60 lps en una longitud de 200 m En la

Figura 8 Modelos de fuerzas de operacioacuten de las TBMacutes

Figura 9 Salida de material fluido del tornillo sin fin

Figura 10 Perfil geoloacutegico de la zona de artesianismo

Figura 11 Tuacutenel convencional seccioacuten transversal y longitudinal

figura 10 se muestra el perfil geoloacutegico que indica esta zona

Dada la carga hidraacuteulica de 6 bares en la clave asociada con la permeabilidad y tipo de material se preveiacutea una condicioacuten de frente inestable con flujos de agua de 60 lps o superiores que no permitiriacutea rea-lizar el protocolo de inspeccioacuten y cambio de herramientas de corte en condiciones atmosfeacutericas por lo que como primera medida preventiva se determinoacute que antes de entrar a esta zona deberiacutea realizarse un

parada de mantenimiento y remplazar toda la herramienta de corte por piezas nuevas Adicionalmente se realizoacute la planeacioacuten y previsiones necesarias para que en caso de fuera imprescindible se contara con todos los elementos necesarios para eje-cutar intervenciones hiperbaacutericas y mitigar los altos riesgos que conllevan para el personal

Durante la excavacioacuten se realizoacute un seguimiento en tiempo real de los paraacute-metros de operacioacuten acondicionamiento

FSF

FCilindrosFCW

REFILL

NATURAL GROUND

MO

DO

ABI

ERTO

MO

DO

CER

RAD

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PB)

Nomenclatura

FEPB =FCW =FSF =FCilindros =

Presioacuten de frente Fuerza de rueda de corteFuerza de friccioacuten del escudo Fuerza de empuje

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X2

X3

SHIELD

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FSEGMENT

FSF

FSF

FCilindrosFCW

FEPBREFILL

NATURAL GROUND

CW

X1

X2

X3

FUP

FC

FSF

FSEGMENT

SHIELD

118

370

+3099962

ETAPAS DE EXCAVACIOacuteNGENERAL

581

INVERT(DESTROZA)

FASE 4

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 3

TUacuteN

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PK 3

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TUacuteN

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PK 3

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141

0

BANQUEO(DESTROZA)

FASE 2

MEDIASERCCIOacuteNSUPERIOR(AVANCE)

4

118

370

581

485

035

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300

100

300

2 3

1987654321 987654321 987654321

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

17

Artiacuteculo

16

y material extraiacutedo asiacute como un control preciso de la apertura y cierre de la com-puerta del tornillo transportador para la descarga del material a alta presioacuten En algunos casos extremos donde la pre-sioacuten superoacute los 7 bares se conectoacute una liacutenea (o dos) directamente al mamparo para usarla como drenaje tambieacuten se implementaron drenajes inmediatamen-te detraacutes de la tuneladora en la parte superior y en los lados de los anillos a fin de reducir la presioacuten hasta niveles manejables entre 40 y 60 bares

Las medidas y controles implemen-tados permitieron excavar 172 avances equivalentes a 268 m (TBM S-948) por la viacutea derecha y 162 avances (243 m) que representan una longitud de 243 con la TBM S-949 por la viacutea izquierda y asiacute cruzar la zona del artesianismo En ninguacuten caso hubo necesidad de realizar paradas para implementar el protocolo de inspeccioacuten yo cambio de herramien-tas de corte en condiciones hiperbaacuteri-cas que hubieran incurrido en riesgos altos costos y tiempos de ejecucioacuten adicionales Es de resaltar que a pesar de tenerse una presioacuten hidraacuteulica por en-cima de los 6 bares y en ocasiones de 7 bares en la clave representando una de las peores condiciones del proyecto se logroacute mantener una tasa de produccioacuten de 1063 mdiacutea

Excavacioacuten de tuacuteneles convencionales

Ante la previsioacuten de algunas condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas que se consideroacute podriacutean ser adversas para la excavacioacuten de los tuacuteneles con las TBM (comprometiendo el plazo de ejecucioacuten y ante la condicioacuten geoloacutegica de una material de toba sin presencia de agua subterraacutenea observada durante la cons-truccioacuten del portal de Toluca) se decidioacute atacar un tramo de los tuacuteneles en modo convencional por el Portal Poniente En la figura 11 se muestra el esquema cons-tructivo y el sostenimiento implementado

El proceso de excavacioacuten del tuacutenel convencional inicioacute con la colocacioacuten de un pre- sostenimiento mediante enfilaje frontal formado por 32 tubos de 4rdquo de diaacutemetro y 12 m de longitud traslapados 3 m y apoyados sobre la pantalla de pilas Una vez concluidos los enfilajes se construyoacute una viga de atado de con-creto reforzado con objeto de distribuir las posibles cargas del terreno una vez iniciada la excavacioacuten Posteriormente

se inicioacute con la excavacioacuten de los tuacutene-les convencionales en tres etapas con avances de 1 m en una longitud de 9 m cubiertos por el enfilaje en cada avan-ce de excavacioacuten se colocaron marcos metaacutelicos y concreto lanzado con fibras de acero Una vez concluidos los ciclos de 9 m de excavacioacuten bajo el primer enfilaje colocoacute el segundo enfilaje y se repitieron los ciclos de avance

Durante el proceso de excavacioacuten se instalaron secciones de convergencia en el interior del tuacutenel a fin de monito-rear el comportamiento deformacional Asimismo durante este seguimiento se establecioacute un plan de actuacioacuten para garantizar que durante el proceso de construccioacuten de los tuacuteneles los maacuterge-nes de seguridad se mantuvieran dentro de los umbrales adecuados

Una vez que las maacutequinas tunelado-ras estaban superando las condiciones maacutes difiacuteciles y despueacutes de revisar su rendimiento y produccioacuten respecto al rendimiento de excavacioacuten del meacutetodo convencional se determinoacute suspender esta uacuteltima habieacutendose ejecutado uacutenica-

mente 27 m en cada uno de los tuacutenelesConcluidos los trabajos del tuacutenel

convencional y mecanizado se realizoacute el tratamiento a la transicioacuten entre am-bos revestimientos a fin de garantizar la unioacuten de dichas estructuras Estos tra-bajos consistieron en la colocacioacuten del sistema de impermeabilizacioacuten y concre-to lanzado en la zona de los hastiales y clave y en la zona de batea se realizoacute una inyeccioacuten de mortero

Salida de las TBM

Despueacutes de 19 meses de superar di-ferentes desafiacuteos las maacutequinas tunela-doras concluyeron su trabajo de forma exitosa incluyendo su salida por los tuacuteneles convencionales del Portal Po-niente como se muestra en las siguientes imaacutegenes

Microtuneleo con TBM Hincado de tuberiacutea (pipe Jacking)

Construccioacuten de tuacuteneles con dovelasRehabilitacioacuten de tuberiacuteas

Tablestacado metaacutelico Muro Milaacuten

(+52 55) 5207 3068 wwwbessaccommx

Tecnologiacutea de vanguardiaen obras subterraacuteneas

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ANUNCIO_BESSAC_V2_printpdf 2 28617 1103 Pablo Miranda S Figura 12 Seguimiento y medicioacuten de seccioacuten de convergencia

Figura 14 Salida TBM S949 en viacutea izquierda

Figura 13 Salida TBM S948 en viacutea derecha

Instrumento NIVEL AVISO NIVEL DE ALARMANIVEL DE ALERTA

Dianas reflectantes ge 12 mm y lt 18 mm ge 18 mmlt 12 mm

V gt 10 mm diacutea

V = 5 - 10 mm diacutea

V = 1 - 5 mm diacutea

V = 05 - 1 mm diacutea

V = 005 - 05 mm diacutea

V lt 005 mm diacutea

Extremadamente Grande

Muy Grande

Grande - Media

Media - Pequentildea

Pequentildea

Despreciable

Refuerzo inmediato del sostenimiento

Si se mantiene durante dos diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Si se mantiene durante cuatro diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Ninguna

Ninguna

Ninguna

20

15

10

5

-5

-10

-15

-207818 10818 13818 16818 19818 22818 25818

Graacutefica de convergencias Tuacutenel convncional viacutea derecha (TBM S-948) Seccioacuten 36+17100

28818 31818 3918 6918 9918 12918 15918 18918 21918

1-35-14-23-53-42-3NIVEL DE ALERTA SUPERIORNIVEL DE ALERTA INFERIORNIVEL DE ALARMA SUPERIORNIVEL DE ALARMA INFERIOR

Con

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ActuacioacutenClase

PLAN DE ACTUACIOacuteN

Velocidad de Deformacioacuten

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Artiacuteculo

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Los tuacuteneles del TIMT excavados con maacutequinas tuneladoras tipo EPB enfrentaron una importante cantidad de riesgos que pusieron al liacutemite las capacidades de esta tecnologiacutea Las dificultades se relacionaron con aspectos geoloacutegicos geoteacutecnicos y geohidroloacutegicos principalmente por la presencia de medios heterogeacuteneos y cambiantes en combinacioacuten con elevados flujos de agua que alcanzaron presiones cercanas a los 7 bares El control y ajuste de la operacioacuten de los escudos a partir del seguimiento de las condiciones encontradas durante el avance permitioacute hacer frente de forma exitosa dichos riesgosComo complemento al artiacuteculo anterior en este artiacuteculo se presentan algunas de las situaciones criacuteticas por las que atravesoacute la excavacioacuten de los tuacuteneles del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Marc CoMuLadaMTC Maidl TunnelconsultantsGoethestr 74 Munich Germanymcomuladamaidl-tcde

Puntos clave

bull Durante la construccioacuten se presentaron cambios suacutebitos en las condiciones hidrogeoloacutegicas pasando de zonas im-permeables y secas a frentes con elevados flujos de agua

bull Se llegaron a presentar presiones de agua con maacuteximos de hasta 62 bar y en tramos largos con presiones de hasta 5 bar

Durante la exploracioacuten se perforaron 37 sondeos para ensayos de permeabilidad en los que se realizaron 158 ensayos ob-teniendo valores promedio comprendidos entre kf= 135x10-6 ms y kf = 995 x10-8 ms Estos valores en suelos representan permeabilidades medias a bajas No obstante en roca fractu-rada y en los tramos de macizo rocoso de muy mala calidad y frentes mixtos heterogeacuteneos que incluiacutean la presencia de suelos se registraron flujos muy elevados de agua que llegaron en algunos casos a valores comprendidos entre 2 a 5 m3min

Principales riesgos para la operacioacuten de los escudos EPB

Debido a condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas extremas en ocasiones se alcanzaron los liacutemites de aplicabilidad de los escudos EPB A continuacioacuten se explican los principales riesgos encontrados y la manera en que se les hizo frente Figura 1 Frente mixto con presencia de roca y suelos

Figura 2 Bloques sobresaliendo del frente de excavacioacuten

a) Sobrecarga y dantildeos en las herramientas de corte en frentes mixtos y con bloques de roca

Los discos instalados en la rueda de corte son los encargados de romper la roca que se encuentra en el frente mediante la presioacuten de contacto que produce el empuje de la tuneladora Cuanto mayor es la resistencia a compresioacuten y tensioacuten de la roca mayor es la fuerza de contacto necesaria para romperla

El riesgo de sobrecarga de los discos de corte ocurre es-pecialmente en frentes mixtos compuestos de suelos y roca (Figura 1) y tambieacuten ante la presencia de bloques que se forman en los frentes de roca fracturada (Figura 2)

La sobrecarga de los discos se produce por el hecho de que en frentes mixtos la fuerza de empuje no se distribuye uniformemente en todos los discos de la rueda de corte sino

Figura 3 Dantildeos tiacutepicos en los discos resultado de sobrecargas e impactos

que se concentra en los discos en contacto con la roca presente soacutelo en una parte del frente El mismo fenoacutemeno ocurre cuando existen bloques de roca que sobresalen en el frente

Ademaacutes de la sobrecarga de los discos de corte con la rotacioacuten de la rueda de corte la presencia de bloques o de zonas de materiales de resistencia distinta en el frente causa impactos en los discos que pueden producir su dantildeo yo rotura

En los tuacuteneles del TIMT a pesar de llevar un control sobre la fuerza de contacto transmitida a los discos de corte las condiciones cambiantes y heterogeacuteneas del frente produjeron numerosos dantildeos y bloqueos en ellos En estas condiciones los discos de corte afectados ya no pueden ejercer su funcioacuten y si no se lleva a cabo un cambio oportuno se produce un efecto en cadena que en pocos metros de excavacioacuten puede resultar en una cantidad muy elevada de elementos dantildeados o incluso en dantildeos en la estructura de acero de la rueda de corte

Las medidas adoptadas para minimizar estos riesgos fueron

bull Instalacioacuten de un detector de metales en la banda trans-portadora con el fin de identificar partes de discos de corte desprendidas por el dantildeo en los mismos

bull Control visual de la rezaga en la banda transportadora con objeto de identificar la presencia de mayor o menor porcentaje de roca y su calidad en base a la cantidad y tamantildeo de los fragmentos

bull Ajuste de los paraacutemetros de operacioacuten (penetracioacuten revo-luciones de giro de la rueda de corte y fuerza de contacto)

b) Fallas geoloacutegicas

Durante la excavacioacuten de los tuacuteneles se atravesaron muacuteltiples fallas geoloacutegicas caracterizadas por discontinuidades de varios centiacutemetros de abertura varias de las cuales se encontraron de forma inesperada (Figura 4) En estas condiciones los escudos no pueden trabajar en condiciones presurizadas Ello impide el adecuado acondicionamiento de la rezaga con espumas pues al inyectarlas se escapan por las discontinuidades y no se mezclan con la rezaga Ademaacutes por el mismo motivo la inyeccioacuten de mortero que se realiza en el extradoacutes de los anillos de dovelas no puede llevarse a cabo de forma eficaz Una inadecuada inyeccioacuten de mortero en el extradoacutes de las

Figura 4 Discontinuidad encontrada en el TIMT Izquierda vista en direccioacuten contraria al avance de la tuneladora derecha vista del frente de excavacioacuten

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Artiacuteculo

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muestran las presiones en distintos niveles de la caacutemara de excavacioacuten) La consistencia de la rezaga se consiguioacute controlar de tal forma que se formoacute un sello en el tornillo sinfiacuten que permitiacutea controlar las presiones en la caacutemara de excavacioacuten sin peacuterdidas de presioacuten

bull Acondicionamiento del terreno mediante la inyeccioacuten combinada de espumas poliacutemeros y suspensiones de bentonita (esquema en la Figura 7) La Figura 8 muestra el aspecto de la rezaga con una consistencia plaacutestica sin derrames descontrolados trabajando con presiones EPB de 4 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 5 Fluidificacioacuten de la rezaga por presencia de flujos elevados de agua (arriba) y desborde de la banda transportadora (parte superior izquierda) con el consecuente derrame de rezaga en la parte inferior del escudo (parte inferior derecha)

Figura 6 Presiones de operacioacuten en la caacutemara de excavacioacuten (PT1 a PT6) y formacioacuten de un sello en el sinfiacuten Figura 9 Esquema de las campantildeas de reinyecciones para reducir los flujos de agua provenientes de la parte trasera del escudo

Figura 7 Esquema de acondicionamiento en combinacioacuten con la inyeccioacuten de aire comprimido en condiciones de elevadas presiones de agua

Figura 8 Extraccioacuten controlada de rezaga plaacutestica por el tornillo sinfiacuten con material acondicionado formando un sello en el sinfiacuten con una presioacuten EPB de 4 a 5 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 10 Intervencioacuten en la caacutemara excavacioacuten en condiciones atmosfeacutericas mediante inyecciones en el extradoacutes del escudo

d) Intervenciones en la rueda de corte con elevados flujos de agua en roca fracturada

En los tramos de roca con mayores iacutendices de meteorizacioacuten y fracturamiento y elevadas presiones y flujos de agua suele ser demasiado arriesgado y de hecho praacutecticamente imposible llevar a cabo intervenciones en la rueda de corte en condi-ciones hiperbaacutericas para la revisioacuten de herramientas Por lo tanto el acceso a la caacutemara de excavacioacuten soacutelo era posible en condiciones atmosfeacutericas En estas condiciones con elevados flujos de agua fluyendo hacia la caacutemara de excavacioacuten tanto desde el frente de excavacioacuten como desde la zona trasera del escudo el trabajo de revisioacuten y cambio de herramientas no solo es peligroso sino tambieacuten muy laborioso y lento

Dado que los flujos desde el frente soacutelo se pueden evitar mediante equipos de sondeo y preinyeccioacuten hacia adelante (cuya implementacioacuten no es viable en la cantidad necesaria en escudos EPB) soacutelo es posible reducir o eliminar los flujos de agua que provienen de la parte trasera del escudo En este caso para lograrlo se llevaron a cabo inyecciones combinadas de mortero mezclas de lodo-cemento y espumas de poliuretano a traveacutes de los anillos de dovelas a fin de bloquear el paso de agua (Figuras 9 y 10)

dovelas provoca deformaciones no deseadas del revestimiento de dovelas debido a la falta de confinamiento de los anillos

c) Elevados flujos de agua y fluidificacioacuten de la rezaga

En la excavacioacuten de tuacuteneles con maacutequinas EPB es importante tener bajo control la consistencia del material de rezaga En el caso del TIMT los elevados flujos de agua encontrados se mezclaban con la rezaga fluidificaacutendola en exceso Una rezaga demasiado liacutequida causa varios problemas como son

bull Imposibilidad de controlar las presiones EPB debido a que el material en la caacutemara de excavacioacuten es demasiado liacutequido para permitir una transmisioacuten de presiones al frente de excavacioacuten Sin un control activo de presiones EPB no es posible contrarrestar la presioacuten de agua actuante y ademaacutes existe el riesgo de sobreexcavacioacuten

bull Sin un control activo sobre la presioacuten del material de rezaga en la caacutemara de excavacioacuten se producen expulsiones descontroladas a presioacuten por el tornillo sinfiacuten que impiden un avance continuo del escudo que debe interrumpirse continuamente y ademaacutes provocan el desborde de ma-terial extraiacutedo en la banda transportadora El desborde de rezaga causa largos tiempos de parada para limpiar la zona inferior del escudo donde deben instalarse las dovelas debido a la acumulacioacuten de material

bull El transporte del material de rezaga hacia el vertedero se torna muy lento ya que los camiones no pueden llenarse

Durante la obra algunos tramos largos tuvieron que excavarse en estas difiacuteciles condiciones La Figura 5 ilustra fotografiacuteas de la fluidificacioacuten de la rezaga

Con objeto de reducir los flujos de agua del terreno hacia la caacutemara de excavacioacuten se llevaron a cabo las siguientes medidas

bull Aumento de la presioacuten en la caacutemara de excavacioacuten con la ayuda de aire comprimido con objeto de mantenerla por encima de la hidrostaacutetica Esto permitioacute avanzar el escudo con hasta 50 bar de presioacuten en la caacutemara de forma continua y sin interrupciones tal como muestran las lecturas de presiones en la Figura 6 (las liacuteneas PT1 a PT6

Acondicionamiento con espumas y suspensioacuten de bentonita en la rueda de corteInyecciones de suspensioacuten de bentonita en el tornillo sinfiacutenInyeccioacuten de poliacutemero a traveacutes del mamparo estancoInyeccioacuten de espumas en la caacutemara de excavacioacuten

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Revoluciones SinfinPT2 PT3 PT4 PT5 PT6PT1 Presioacuten Agua Terreno

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Maidl Tunnelconsultants GmbH amp Co KGLlenado CaacutemaraPresioacuten SinfinPT Atras Sinfin

1 2 3 4 5 6 987 161514131211

Reinjection of grout+

Polyiurethane foam injections

Injection of hardening mud+

Polyiurethane foam injectionsTestigo de inyeccioacuten

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Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

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La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

30 31

Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

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Ciudad de Meacutexico CP 01000 email temocsatemocsacomTEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

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Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

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THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

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octubre 201906 - 10

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XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

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Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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36 37

Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

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71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

100

80

60

40

20

0

08 12 16 2

Esta

do L

iacutemite

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

100

80

60

40

20

0

0 08060402 1

Esta

do L

iacutemite

Factor de Seguridad

P(Fslt1)=100

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

100

80

60

40

20

0

0 2 3 4 5

Esta

do L

iacutemite

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=000

Poba

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a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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y material extraiacutedo asiacute como un control preciso de la apertura y cierre de la com-puerta del tornillo transportador para la descarga del material a alta presioacuten En algunos casos extremos donde la pre-sioacuten superoacute los 7 bares se conectoacute una liacutenea (o dos) directamente al mamparo para usarla como drenaje tambieacuten se implementaron drenajes inmediatamen-te detraacutes de la tuneladora en la parte superior y en los lados de los anillos a fin de reducir la presioacuten hasta niveles manejables entre 40 y 60 bares

Las medidas y controles implemen-tados permitieron excavar 172 avances equivalentes a 268 m (TBM S-948) por la viacutea derecha y 162 avances (243 m) que representan una longitud de 243 con la TBM S-949 por la viacutea izquierda y asiacute cruzar la zona del artesianismo En ninguacuten caso hubo necesidad de realizar paradas para implementar el protocolo de inspeccioacuten yo cambio de herramien-tas de corte en condiciones hiperbaacuteri-cas que hubieran incurrido en riesgos altos costos y tiempos de ejecucioacuten adicionales Es de resaltar que a pesar de tenerse una presioacuten hidraacuteulica por en-cima de los 6 bares y en ocasiones de 7 bares en la clave representando una de las peores condiciones del proyecto se logroacute mantener una tasa de produccioacuten de 1063 mdiacutea

Excavacioacuten de tuacuteneles convencionales

Ante la previsioacuten de algunas condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas que se consideroacute podriacutean ser adversas para la excavacioacuten de los tuacuteneles con las TBM (comprometiendo el plazo de ejecucioacuten y ante la condicioacuten geoloacutegica de una material de toba sin presencia de agua subterraacutenea observada durante la cons-truccioacuten del portal de Toluca) se decidioacute atacar un tramo de los tuacuteneles en modo convencional por el Portal Poniente En la figura 11 se muestra el esquema cons-tructivo y el sostenimiento implementado

El proceso de excavacioacuten del tuacutenel convencional inicioacute con la colocacioacuten de un pre- sostenimiento mediante enfilaje frontal formado por 32 tubos de 4rdquo de diaacutemetro y 12 m de longitud traslapados 3 m y apoyados sobre la pantalla de pilas Una vez concluidos los enfilajes se construyoacute una viga de atado de con-creto reforzado con objeto de distribuir las posibles cargas del terreno una vez iniciada la excavacioacuten Posteriormente

se inicioacute con la excavacioacuten de los tuacutene-les convencionales en tres etapas con avances de 1 m en una longitud de 9 m cubiertos por el enfilaje en cada avan-ce de excavacioacuten se colocaron marcos metaacutelicos y concreto lanzado con fibras de acero Una vez concluidos los ciclos de 9 m de excavacioacuten bajo el primer enfilaje colocoacute el segundo enfilaje y se repitieron los ciclos de avance

Durante el proceso de excavacioacuten se instalaron secciones de convergencia en el interior del tuacutenel a fin de monito-rear el comportamiento deformacional Asimismo durante este seguimiento se establecioacute un plan de actuacioacuten para garantizar que durante el proceso de construccioacuten de los tuacuteneles los maacuterge-nes de seguridad se mantuvieran dentro de los umbrales adecuados

Una vez que las maacutequinas tunelado-ras estaban superando las condiciones maacutes difiacuteciles y despueacutes de revisar su rendimiento y produccioacuten respecto al rendimiento de excavacioacuten del meacutetodo convencional se determinoacute suspender esta uacuteltima habieacutendose ejecutado uacutenica-

mente 27 m en cada uno de los tuacutenelesConcluidos los trabajos del tuacutenel

convencional y mecanizado se realizoacute el tratamiento a la transicioacuten entre am-bos revestimientos a fin de garantizar la unioacuten de dichas estructuras Estos tra-bajos consistieron en la colocacioacuten del sistema de impermeabilizacioacuten y concre-to lanzado en la zona de los hastiales y clave y en la zona de batea se realizoacute una inyeccioacuten de mortero

Salida de las TBM

Despueacutes de 19 meses de superar di-ferentes desafiacuteos las maacutequinas tunela-doras concluyeron su trabajo de forma exitosa incluyendo su salida por los tuacuteneles convencionales del Portal Po-niente como se muestra en las siguientes imaacutegenes

Microtuneleo con TBM Hincado de tuberiacutea (pipe Jacking)

Construccioacuten de tuacuteneles con dovelasRehabilitacioacuten de tuberiacuteas

Tablestacado metaacutelico Muro Milaacuten

(+52 55) 5207 3068 wwwbessaccommx

Tecnologiacutea de vanguardiaen obras subterraacuteneas

C

M

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ANUNCIO_BESSAC_V2_printpdf 2 28617 1103 Pablo Miranda S Figura 12 Seguimiento y medicioacuten de seccioacuten de convergencia

Figura 14 Salida TBM S949 en viacutea izquierda

Figura 13 Salida TBM S948 en viacutea derecha

Instrumento NIVEL AVISO NIVEL DE ALARMANIVEL DE ALERTA

Dianas reflectantes ge 12 mm y lt 18 mm ge 18 mmlt 12 mm

V gt 10 mm diacutea

V = 5 - 10 mm diacutea

V = 1 - 5 mm diacutea

V = 05 - 1 mm diacutea

V = 005 - 05 mm diacutea

V lt 005 mm diacutea

Extremadamente Grande

Muy Grande

Grande - Media

Media - Pequentildea

Pequentildea

Despreciable

Refuerzo inmediato del sostenimiento

Si se mantiene durante dos diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Si se mantiene durante cuatro diacuteas se procederaacute al refuerzo del sostenimiento

Ninguna

Ninguna

Ninguna

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5

-5

-10

-15

-207818 10818 13818 16818 19818 22818 25818

Graacutefica de convergencias Tuacutenel convncional viacutea derecha (TBM S-948) Seccioacuten 36+17100

28818 31818 3918 6918 9918 12918 15918 18918 21918

1-35-14-23-53-42-3NIVEL DE ALERTA SUPERIORNIVEL DE ALERTA INFERIORNIVEL DE ALARMA SUPERIORNIVEL DE ALARMA INFERIOR

Con

verg

enci

a (m

m)

0

ActuacioacutenClase

PLAN DE ACTUACIOacuteN

Velocidad de Deformacioacuten

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Artiacuteculo

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Los tuacuteneles del TIMT excavados con maacutequinas tuneladoras tipo EPB enfrentaron una importante cantidad de riesgos que pusieron al liacutemite las capacidades de esta tecnologiacutea Las dificultades se relacionaron con aspectos geoloacutegicos geoteacutecnicos y geohidroloacutegicos principalmente por la presencia de medios heterogeacuteneos y cambiantes en combinacioacuten con elevados flujos de agua que alcanzaron presiones cercanas a los 7 bares El control y ajuste de la operacioacuten de los escudos a partir del seguimiento de las condiciones encontradas durante el avance permitioacute hacer frente de forma exitosa dichos riesgosComo complemento al artiacuteculo anterior en este artiacuteculo se presentan algunas de las situaciones criacuteticas por las que atravesoacute la excavacioacuten de los tuacuteneles del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Marc CoMuLadaMTC Maidl TunnelconsultantsGoethestr 74 Munich Germanymcomuladamaidl-tcde

Puntos clave

bull Durante la construccioacuten se presentaron cambios suacutebitos en las condiciones hidrogeoloacutegicas pasando de zonas im-permeables y secas a frentes con elevados flujos de agua

bull Se llegaron a presentar presiones de agua con maacuteximos de hasta 62 bar y en tramos largos con presiones de hasta 5 bar

Durante la exploracioacuten se perforaron 37 sondeos para ensayos de permeabilidad en los que se realizaron 158 ensayos ob-teniendo valores promedio comprendidos entre kf= 135x10-6 ms y kf = 995 x10-8 ms Estos valores en suelos representan permeabilidades medias a bajas No obstante en roca fractu-rada y en los tramos de macizo rocoso de muy mala calidad y frentes mixtos heterogeacuteneos que incluiacutean la presencia de suelos se registraron flujos muy elevados de agua que llegaron en algunos casos a valores comprendidos entre 2 a 5 m3min

Principales riesgos para la operacioacuten de los escudos EPB

Debido a condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas extremas en ocasiones se alcanzaron los liacutemites de aplicabilidad de los escudos EPB A continuacioacuten se explican los principales riesgos encontrados y la manera en que se les hizo frente Figura 1 Frente mixto con presencia de roca y suelos

Figura 2 Bloques sobresaliendo del frente de excavacioacuten

a) Sobrecarga y dantildeos en las herramientas de corte en frentes mixtos y con bloques de roca

Los discos instalados en la rueda de corte son los encargados de romper la roca que se encuentra en el frente mediante la presioacuten de contacto que produce el empuje de la tuneladora Cuanto mayor es la resistencia a compresioacuten y tensioacuten de la roca mayor es la fuerza de contacto necesaria para romperla

El riesgo de sobrecarga de los discos de corte ocurre es-pecialmente en frentes mixtos compuestos de suelos y roca (Figura 1) y tambieacuten ante la presencia de bloques que se forman en los frentes de roca fracturada (Figura 2)

La sobrecarga de los discos se produce por el hecho de que en frentes mixtos la fuerza de empuje no se distribuye uniformemente en todos los discos de la rueda de corte sino

Figura 3 Dantildeos tiacutepicos en los discos resultado de sobrecargas e impactos

que se concentra en los discos en contacto con la roca presente soacutelo en una parte del frente El mismo fenoacutemeno ocurre cuando existen bloques de roca que sobresalen en el frente

Ademaacutes de la sobrecarga de los discos de corte con la rotacioacuten de la rueda de corte la presencia de bloques o de zonas de materiales de resistencia distinta en el frente causa impactos en los discos que pueden producir su dantildeo yo rotura

En los tuacuteneles del TIMT a pesar de llevar un control sobre la fuerza de contacto transmitida a los discos de corte las condiciones cambiantes y heterogeacuteneas del frente produjeron numerosos dantildeos y bloqueos en ellos En estas condiciones los discos de corte afectados ya no pueden ejercer su funcioacuten y si no se lleva a cabo un cambio oportuno se produce un efecto en cadena que en pocos metros de excavacioacuten puede resultar en una cantidad muy elevada de elementos dantildeados o incluso en dantildeos en la estructura de acero de la rueda de corte

Las medidas adoptadas para minimizar estos riesgos fueron

bull Instalacioacuten de un detector de metales en la banda trans-portadora con el fin de identificar partes de discos de corte desprendidas por el dantildeo en los mismos

bull Control visual de la rezaga en la banda transportadora con objeto de identificar la presencia de mayor o menor porcentaje de roca y su calidad en base a la cantidad y tamantildeo de los fragmentos

bull Ajuste de los paraacutemetros de operacioacuten (penetracioacuten revo-luciones de giro de la rueda de corte y fuerza de contacto)

b) Fallas geoloacutegicas

Durante la excavacioacuten de los tuacuteneles se atravesaron muacuteltiples fallas geoloacutegicas caracterizadas por discontinuidades de varios centiacutemetros de abertura varias de las cuales se encontraron de forma inesperada (Figura 4) En estas condiciones los escudos no pueden trabajar en condiciones presurizadas Ello impide el adecuado acondicionamiento de la rezaga con espumas pues al inyectarlas se escapan por las discontinuidades y no se mezclan con la rezaga Ademaacutes por el mismo motivo la inyeccioacuten de mortero que se realiza en el extradoacutes de los anillos de dovelas no puede llevarse a cabo de forma eficaz Una inadecuada inyeccioacuten de mortero en el extradoacutes de las

Figura 4 Discontinuidad encontrada en el TIMT Izquierda vista en direccioacuten contraria al avance de la tuneladora derecha vista del frente de excavacioacuten

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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muestran las presiones en distintos niveles de la caacutemara de excavacioacuten) La consistencia de la rezaga se consiguioacute controlar de tal forma que se formoacute un sello en el tornillo sinfiacuten que permitiacutea controlar las presiones en la caacutemara de excavacioacuten sin peacuterdidas de presioacuten

bull Acondicionamiento del terreno mediante la inyeccioacuten combinada de espumas poliacutemeros y suspensiones de bentonita (esquema en la Figura 7) La Figura 8 muestra el aspecto de la rezaga con una consistencia plaacutestica sin derrames descontrolados trabajando con presiones EPB de 4 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 5 Fluidificacioacuten de la rezaga por presencia de flujos elevados de agua (arriba) y desborde de la banda transportadora (parte superior izquierda) con el consecuente derrame de rezaga en la parte inferior del escudo (parte inferior derecha)

Figura 6 Presiones de operacioacuten en la caacutemara de excavacioacuten (PT1 a PT6) y formacioacuten de un sello en el sinfiacuten Figura 9 Esquema de las campantildeas de reinyecciones para reducir los flujos de agua provenientes de la parte trasera del escudo

Figura 7 Esquema de acondicionamiento en combinacioacuten con la inyeccioacuten de aire comprimido en condiciones de elevadas presiones de agua

Figura 8 Extraccioacuten controlada de rezaga plaacutestica por el tornillo sinfiacuten con material acondicionado formando un sello en el sinfiacuten con una presioacuten EPB de 4 a 5 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 10 Intervencioacuten en la caacutemara excavacioacuten en condiciones atmosfeacutericas mediante inyecciones en el extradoacutes del escudo

d) Intervenciones en la rueda de corte con elevados flujos de agua en roca fracturada

En los tramos de roca con mayores iacutendices de meteorizacioacuten y fracturamiento y elevadas presiones y flujos de agua suele ser demasiado arriesgado y de hecho praacutecticamente imposible llevar a cabo intervenciones en la rueda de corte en condi-ciones hiperbaacutericas para la revisioacuten de herramientas Por lo tanto el acceso a la caacutemara de excavacioacuten soacutelo era posible en condiciones atmosfeacutericas En estas condiciones con elevados flujos de agua fluyendo hacia la caacutemara de excavacioacuten tanto desde el frente de excavacioacuten como desde la zona trasera del escudo el trabajo de revisioacuten y cambio de herramientas no solo es peligroso sino tambieacuten muy laborioso y lento

Dado que los flujos desde el frente soacutelo se pueden evitar mediante equipos de sondeo y preinyeccioacuten hacia adelante (cuya implementacioacuten no es viable en la cantidad necesaria en escudos EPB) soacutelo es posible reducir o eliminar los flujos de agua que provienen de la parte trasera del escudo En este caso para lograrlo se llevaron a cabo inyecciones combinadas de mortero mezclas de lodo-cemento y espumas de poliuretano a traveacutes de los anillos de dovelas a fin de bloquear el paso de agua (Figuras 9 y 10)

dovelas provoca deformaciones no deseadas del revestimiento de dovelas debido a la falta de confinamiento de los anillos

c) Elevados flujos de agua y fluidificacioacuten de la rezaga

En la excavacioacuten de tuacuteneles con maacutequinas EPB es importante tener bajo control la consistencia del material de rezaga En el caso del TIMT los elevados flujos de agua encontrados se mezclaban con la rezaga fluidificaacutendola en exceso Una rezaga demasiado liacutequida causa varios problemas como son

bull Imposibilidad de controlar las presiones EPB debido a que el material en la caacutemara de excavacioacuten es demasiado liacutequido para permitir una transmisioacuten de presiones al frente de excavacioacuten Sin un control activo de presiones EPB no es posible contrarrestar la presioacuten de agua actuante y ademaacutes existe el riesgo de sobreexcavacioacuten

bull Sin un control activo sobre la presioacuten del material de rezaga en la caacutemara de excavacioacuten se producen expulsiones descontroladas a presioacuten por el tornillo sinfiacuten que impiden un avance continuo del escudo que debe interrumpirse continuamente y ademaacutes provocan el desborde de ma-terial extraiacutedo en la banda transportadora El desborde de rezaga causa largos tiempos de parada para limpiar la zona inferior del escudo donde deben instalarse las dovelas debido a la acumulacioacuten de material

bull El transporte del material de rezaga hacia el vertedero se torna muy lento ya que los camiones no pueden llenarse

Durante la obra algunos tramos largos tuvieron que excavarse en estas difiacuteciles condiciones La Figura 5 ilustra fotografiacuteas de la fluidificacioacuten de la rezaga

Con objeto de reducir los flujos de agua del terreno hacia la caacutemara de excavacioacuten se llevaron a cabo las siguientes medidas

bull Aumento de la presioacuten en la caacutemara de excavacioacuten con la ayuda de aire comprimido con objeto de mantenerla por encima de la hidrostaacutetica Esto permitioacute avanzar el escudo con hasta 50 bar de presioacuten en la caacutemara de forma continua y sin interrupciones tal como muestran las lecturas de presiones en la Figura 6 (las liacuteneas PT1 a PT6

Acondicionamiento con espumas y suspensioacuten de bentonita en la rueda de corteInyecciones de suspensioacuten de bentonita en el tornillo sinfiacutenInyeccioacuten de poliacutemero a traveacutes del mamparo estancoInyeccioacuten de espumas en la caacutemara de excavacioacuten

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Revoluciones SinfinPT2 PT3 PT4 PT5 PT6PT1 Presioacuten Agua Terreno

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Maidl Tunnelconsultants GmbH amp Co KGLlenado CaacutemaraPresioacuten SinfinPT Atras Sinfin

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Reinjection of grout+

Polyiurethane foam injections

Injection of hardening mud+

Polyiurethane foam injectionsTestigo de inyeccioacuten

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Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

24 25

La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

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Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

TEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Oficina centralAv Revolucioacuten 1884 Int 308 Col San Aacutengel Delegacioacuten Aacutelvaro Obregoacuten

Ciudad de Meacutexico CP 01000 email temocsatemocsacomTEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

3RD LATIN AMERICA URBAN RAIL EXPANSION SUMMIT

Medelliacuten ColombiaE-mail andresgglnoppenlatinamericacom

28 - 29

2ND NATIONAL CONGRESS ON UNDERGROUND WORKS CCROS 2019

San Joseacute Costa RicaSitio acroscrcomcongreso

Mayo 201903 ndash 09

WORLD TUNNEL CONGRESS 2019

Naacutepoles ItaliaSitio wwwwtc2019com

Junio 201903 - 05

UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

9TH NORDIC GROUTING SYMPOSIUM

Helsinki FinlandiaE-mail rilleraasakkarilfiSitio httpwwwrilfi

17 ndash 21

THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

Isla Jeju Corea del SurEmail infoasem19org infoanbre19org

octubre 201906 - 10

WORLD ROAD CONGRESS

Abu Dhabi Emiratos Aacuterabes UnidosSitio httpsdotabudhabiaepiarc

Noviembre 201917 - 20

XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

Cancuacuten MeacutexicoE-mail infopanamerican2019mexicocomSitio wwwpanamerican2019mexicocom

26 - 28

STUVA 2019

Frankfurt AlemaniaSitio wwwstuva-expocomen

diciembre 201904 ndash 05

ETS CONFERENCE AND EXHIBITION 2019

Luxor ndash Aswan Egipto

Mayo 202015 ndash 21

WORLD TUNNEL CONGRESS 2020

Kuala Lumpur MalasiaSitio wwwseacetus2017com4443welcome-to-malaysia

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Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

38 39

71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

100

80

60

40

20

0

08 12 16 2

Esta

do L

iacutemite

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

100

80

60

40

20

0

0 08060402 1

Esta

do L

iacutemite

Factor de Seguridad

P(Fslt1)=100

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

100

80

60

40

20

0

0 2 3 4 5

Esta

do L

iacutemite

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=000

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

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Artiacuteculo

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Los tuacuteneles del TIMT excavados con maacutequinas tuneladoras tipo EPB enfrentaron una importante cantidad de riesgos que pusieron al liacutemite las capacidades de esta tecnologiacutea Las dificultades se relacionaron con aspectos geoloacutegicos geoteacutecnicos y geohidroloacutegicos principalmente por la presencia de medios heterogeacuteneos y cambiantes en combinacioacuten con elevados flujos de agua que alcanzaron presiones cercanas a los 7 bares El control y ajuste de la operacioacuten de los escudos a partir del seguimiento de las condiciones encontradas durante el avance permitioacute hacer frente de forma exitosa dichos riesgosComo complemento al artiacuteculo anterior en este artiacuteculo se presentan algunas de las situaciones criacuteticas por las que atravesoacute la excavacioacuten de los tuacuteneles del Tren Interurbano Meacutexico-Toluca

Particularidades de la excavacioacuten con TBM de los tuacuteneles para el Tren Interurbano Meacutexico-Toluca (TIMT)

Marc CoMuLadaMTC Maidl TunnelconsultantsGoethestr 74 Munich Germanymcomuladamaidl-tcde

Puntos clave

bull Durante la construccioacuten se presentaron cambios suacutebitos en las condiciones hidrogeoloacutegicas pasando de zonas im-permeables y secas a frentes con elevados flujos de agua

bull Se llegaron a presentar presiones de agua con maacuteximos de hasta 62 bar y en tramos largos con presiones de hasta 5 bar

Durante la exploracioacuten se perforaron 37 sondeos para ensayos de permeabilidad en los que se realizaron 158 ensayos ob-teniendo valores promedio comprendidos entre kf= 135x10-6 ms y kf = 995 x10-8 ms Estos valores en suelos representan permeabilidades medias a bajas No obstante en roca fractu-rada y en los tramos de macizo rocoso de muy mala calidad y frentes mixtos heterogeacuteneos que incluiacutean la presencia de suelos se registraron flujos muy elevados de agua que llegaron en algunos casos a valores comprendidos entre 2 a 5 m3min

Principales riesgos para la operacioacuten de los escudos EPB

Debido a condiciones geoloacutegicas e hidrogeoloacutegicas extremas en ocasiones se alcanzaron los liacutemites de aplicabilidad de los escudos EPB A continuacioacuten se explican los principales riesgos encontrados y la manera en que se les hizo frente Figura 1 Frente mixto con presencia de roca y suelos

Figura 2 Bloques sobresaliendo del frente de excavacioacuten

a) Sobrecarga y dantildeos en las herramientas de corte en frentes mixtos y con bloques de roca

Los discos instalados en la rueda de corte son los encargados de romper la roca que se encuentra en el frente mediante la presioacuten de contacto que produce el empuje de la tuneladora Cuanto mayor es la resistencia a compresioacuten y tensioacuten de la roca mayor es la fuerza de contacto necesaria para romperla

El riesgo de sobrecarga de los discos de corte ocurre es-pecialmente en frentes mixtos compuestos de suelos y roca (Figura 1) y tambieacuten ante la presencia de bloques que se forman en los frentes de roca fracturada (Figura 2)

La sobrecarga de los discos se produce por el hecho de que en frentes mixtos la fuerza de empuje no se distribuye uniformemente en todos los discos de la rueda de corte sino

Figura 3 Dantildeos tiacutepicos en los discos resultado de sobrecargas e impactos

que se concentra en los discos en contacto con la roca presente soacutelo en una parte del frente El mismo fenoacutemeno ocurre cuando existen bloques de roca que sobresalen en el frente

Ademaacutes de la sobrecarga de los discos de corte con la rotacioacuten de la rueda de corte la presencia de bloques o de zonas de materiales de resistencia distinta en el frente causa impactos en los discos que pueden producir su dantildeo yo rotura

En los tuacuteneles del TIMT a pesar de llevar un control sobre la fuerza de contacto transmitida a los discos de corte las condiciones cambiantes y heterogeacuteneas del frente produjeron numerosos dantildeos y bloqueos en ellos En estas condiciones los discos de corte afectados ya no pueden ejercer su funcioacuten y si no se lleva a cabo un cambio oportuno se produce un efecto en cadena que en pocos metros de excavacioacuten puede resultar en una cantidad muy elevada de elementos dantildeados o incluso en dantildeos en la estructura de acero de la rueda de corte

Las medidas adoptadas para minimizar estos riesgos fueron

bull Instalacioacuten de un detector de metales en la banda trans-portadora con el fin de identificar partes de discos de corte desprendidas por el dantildeo en los mismos

bull Control visual de la rezaga en la banda transportadora con objeto de identificar la presencia de mayor o menor porcentaje de roca y su calidad en base a la cantidad y tamantildeo de los fragmentos

bull Ajuste de los paraacutemetros de operacioacuten (penetracioacuten revo-luciones de giro de la rueda de corte y fuerza de contacto)

b) Fallas geoloacutegicas

Durante la excavacioacuten de los tuacuteneles se atravesaron muacuteltiples fallas geoloacutegicas caracterizadas por discontinuidades de varios centiacutemetros de abertura varias de las cuales se encontraron de forma inesperada (Figura 4) En estas condiciones los escudos no pueden trabajar en condiciones presurizadas Ello impide el adecuado acondicionamiento de la rezaga con espumas pues al inyectarlas se escapan por las discontinuidades y no se mezclan con la rezaga Ademaacutes por el mismo motivo la inyeccioacuten de mortero que se realiza en el extradoacutes de los anillos de dovelas no puede llevarse a cabo de forma eficaz Una inadecuada inyeccioacuten de mortero en el extradoacutes de las

Figura 4 Discontinuidad encontrada en el TIMT Izquierda vista en direccioacuten contraria al avance de la tuneladora derecha vista del frente de excavacioacuten

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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muestran las presiones en distintos niveles de la caacutemara de excavacioacuten) La consistencia de la rezaga se consiguioacute controlar de tal forma que se formoacute un sello en el tornillo sinfiacuten que permitiacutea controlar las presiones en la caacutemara de excavacioacuten sin peacuterdidas de presioacuten

bull Acondicionamiento del terreno mediante la inyeccioacuten combinada de espumas poliacutemeros y suspensiones de bentonita (esquema en la Figura 7) La Figura 8 muestra el aspecto de la rezaga con una consistencia plaacutestica sin derrames descontrolados trabajando con presiones EPB de 4 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 5 Fluidificacioacuten de la rezaga por presencia de flujos elevados de agua (arriba) y desborde de la banda transportadora (parte superior izquierda) con el consecuente derrame de rezaga en la parte inferior del escudo (parte inferior derecha)

Figura 6 Presiones de operacioacuten en la caacutemara de excavacioacuten (PT1 a PT6) y formacioacuten de un sello en el sinfiacuten Figura 9 Esquema de las campantildeas de reinyecciones para reducir los flujos de agua provenientes de la parte trasera del escudo

Figura 7 Esquema de acondicionamiento en combinacioacuten con la inyeccioacuten de aire comprimido en condiciones de elevadas presiones de agua

Figura 8 Extraccioacuten controlada de rezaga plaacutestica por el tornillo sinfiacuten con material acondicionado formando un sello en el sinfiacuten con una presioacuten EPB de 4 a 5 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 10 Intervencioacuten en la caacutemara excavacioacuten en condiciones atmosfeacutericas mediante inyecciones en el extradoacutes del escudo

d) Intervenciones en la rueda de corte con elevados flujos de agua en roca fracturada

En los tramos de roca con mayores iacutendices de meteorizacioacuten y fracturamiento y elevadas presiones y flujos de agua suele ser demasiado arriesgado y de hecho praacutecticamente imposible llevar a cabo intervenciones en la rueda de corte en condi-ciones hiperbaacutericas para la revisioacuten de herramientas Por lo tanto el acceso a la caacutemara de excavacioacuten soacutelo era posible en condiciones atmosfeacutericas En estas condiciones con elevados flujos de agua fluyendo hacia la caacutemara de excavacioacuten tanto desde el frente de excavacioacuten como desde la zona trasera del escudo el trabajo de revisioacuten y cambio de herramientas no solo es peligroso sino tambieacuten muy laborioso y lento

Dado que los flujos desde el frente soacutelo se pueden evitar mediante equipos de sondeo y preinyeccioacuten hacia adelante (cuya implementacioacuten no es viable en la cantidad necesaria en escudos EPB) soacutelo es posible reducir o eliminar los flujos de agua que provienen de la parte trasera del escudo En este caso para lograrlo se llevaron a cabo inyecciones combinadas de mortero mezclas de lodo-cemento y espumas de poliuretano a traveacutes de los anillos de dovelas a fin de bloquear el paso de agua (Figuras 9 y 10)

dovelas provoca deformaciones no deseadas del revestimiento de dovelas debido a la falta de confinamiento de los anillos

c) Elevados flujos de agua y fluidificacioacuten de la rezaga

En la excavacioacuten de tuacuteneles con maacutequinas EPB es importante tener bajo control la consistencia del material de rezaga En el caso del TIMT los elevados flujos de agua encontrados se mezclaban con la rezaga fluidificaacutendola en exceso Una rezaga demasiado liacutequida causa varios problemas como son

bull Imposibilidad de controlar las presiones EPB debido a que el material en la caacutemara de excavacioacuten es demasiado liacutequido para permitir una transmisioacuten de presiones al frente de excavacioacuten Sin un control activo de presiones EPB no es posible contrarrestar la presioacuten de agua actuante y ademaacutes existe el riesgo de sobreexcavacioacuten

bull Sin un control activo sobre la presioacuten del material de rezaga en la caacutemara de excavacioacuten se producen expulsiones descontroladas a presioacuten por el tornillo sinfiacuten que impiden un avance continuo del escudo que debe interrumpirse continuamente y ademaacutes provocan el desborde de ma-terial extraiacutedo en la banda transportadora El desborde de rezaga causa largos tiempos de parada para limpiar la zona inferior del escudo donde deben instalarse las dovelas debido a la acumulacioacuten de material

bull El transporte del material de rezaga hacia el vertedero se torna muy lento ya que los camiones no pueden llenarse

Durante la obra algunos tramos largos tuvieron que excavarse en estas difiacuteciles condiciones La Figura 5 ilustra fotografiacuteas de la fluidificacioacuten de la rezaga

Con objeto de reducir los flujos de agua del terreno hacia la caacutemara de excavacioacuten se llevaron a cabo las siguientes medidas

bull Aumento de la presioacuten en la caacutemara de excavacioacuten con la ayuda de aire comprimido con objeto de mantenerla por encima de la hidrostaacutetica Esto permitioacute avanzar el escudo con hasta 50 bar de presioacuten en la caacutemara de forma continua y sin interrupciones tal como muestran las lecturas de presiones en la Figura 6 (las liacuteneas PT1 a PT6

Acondicionamiento con espumas y suspensioacuten de bentonita en la rueda de corteInyecciones de suspensioacuten de bentonita en el tornillo sinfiacutenInyeccioacuten de poliacutemero a traveacutes del mamparo estancoInyeccioacuten de espumas en la caacutemara de excavacioacuten

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Maidl Tunnelconsultants GmbH amp Co KGLlenado CaacutemaraPresioacuten SinfinPT Atras Sinfin

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Reinjection of grout+

Polyiurethane foam injections

Injection of hardening mud+

Polyiurethane foam injectionsTestigo de inyeccioacuten

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Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

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Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

TEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Oficina centralAv Revolucioacuten 1884 Int 308 Col San Aacutengel Delegacioacuten Aacutelvaro Obregoacuten

Ciudad de Meacutexico CP 01000 email temocsatemocsacomTEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

3RD LATIN AMERICA URBAN RAIL EXPANSION SUMMIT

Medelliacuten ColombiaE-mail andresgglnoppenlatinamericacom

28 - 29

2ND NATIONAL CONGRESS ON UNDERGROUND WORKS CCROS 2019

San Joseacute Costa RicaSitio acroscrcomcongreso

Mayo 201903 ndash 09

WORLD TUNNEL CONGRESS 2019

Naacutepoles ItaliaSitio wwwwtc2019com

Junio 201903 - 05

UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

9TH NORDIC GROUTING SYMPOSIUM

Helsinki FinlandiaE-mail rilleraasakkarilfiSitio httpwwwrilfi

17 ndash 21

THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

Isla Jeju Corea del SurEmail infoasem19org infoanbre19org

octubre 201906 - 10

WORLD ROAD CONGRESS

Abu Dhabi Emiratos Aacuterabes UnidosSitio httpsdotabudhabiaepiarc

Noviembre 201917 - 20

XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

Cancuacuten MeacutexicoE-mail infopanamerican2019mexicocomSitio wwwpanamerican2019mexicocom

26 - 28

STUVA 2019

Frankfurt AlemaniaSitio wwwstuva-expocomen

diciembre 201904 ndash 05

ETS CONFERENCE AND EXHIBITION 2019

Luxor ndash Aswan Egipto

Mayo 202015 ndash 21

WORLD TUNNEL CONGRESS 2020

Kuala Lumpur MalasiaSitio wwwseacetus2017com4443welcome-to-malaysia

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Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

38 39

71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

100

80

60

40

20

0

08 12 16 2

Esta

do L

iacutemite

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

100

80

60

40

20

0

0 08060402 1

Esta

do L

iacutemite

Factor de Seguridad

P(Fslt1)=100

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

43

Artiacuteculo

42

Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

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Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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muestran las presiones en distintos niveles de la caacutemara de excavacioacuten) La consistencia de la rezaga se consiguioacute controlar de tal forma que se formoacute un sello en el tornillo sinfiacuten que permitiacutea controlar las presiones en la caacutemara de excavacioacuten sin peacuterdidas de presioacuten

bull Acondicionamiento del terreno mediante la inyeccioacuten combinada de espumas poliacutemeros y suspensiones de bentonita (esquema en la Figura 7) La Figura 8 muestra el aspecto de la rezaga con una consistencia plaacutestica sin derrames descontrolados trabajando con presiones EPB de 4 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 5 Fluidificacioacuten de la rezaga por presencia de flujos elevados de agua (arriba) y desborde de la banda transportadora (parte superior izquierda) con el consecuente derrame de rezaga en la parte inferior del escudo (parte inferior derecha)

Figura 6 Presiones de operacioacuten en la caacutemara de excavacioacuten (PT1 a PT6) y formacioacuten de un sello en el sinfiacuten Figura 9 Esquema de las campantildeas de reinyecciones para reducir los flujos de agua provenientes de la parte trasera del escudo

Figura 7 Esquema de acondicionamiento en combinacioacuten con la inyeccioacuten de aire comprimido en condiciones de elevadas presiones de agua

Figura 8 Extraccioacuten controlada de rezaga plaacutestica por el tornillo sinfiacuten con material acondicionado formando un sello en el sinfiacuten con una presioacuten EPB de 4 a 5 bar en la caacutemara de excavacioacuten

Figura 10 Intervencioacuten en la caacutemara excavacioacuten en condiciones atmosfeacutericas mediante inyecciones en el extradoacutes del escudo

d) Intervenciones en la rueda de corte con elevados flujos de agua en roca fracturada

En los tramos de roca con mayores iacutendices de meteorizacioacuten y fracturamiento y elevadas presiones y flujos de agua suele ser demasiado arriesgado y de hecho praacutecticamente imposible llevar a cabo intervenciones en la rueda de corte en condi-ciones hiperbaacutericas para la revisioacuten de herramientas Por lo tanto el acceso a la caacutemara de excavacioacuten soacutelo era posible en condiciones atmosfeacutericas En estas condiciones con elevados flujos de agua fluyendo hacia la caacutemara de excavacioacuten tanto desde el frente de excavacioacuten como desde la zona trasera del escudo el trabajo de revisioacuten y cambio de herramientas no solo es peligroso sino tambieacuten muy laborioso y lento

Dado que los flujos desde el frente soacutelo se pueden evitar mediante equipos de sondeo y preinyeccioacuten hacia adelante (cuya implementacioacuten no es viable en la cantidad necesaria en escudos EPB) soacutelo es posible reducir o eliminar los flujos de agua que provienen de la parte trasera del escudo En este caso para lograrlo se llevaron a cabo inyecciones combinadas de mortero mezclas de lodo-cemento y espumas de poliuretano a traveacutes de los anillos de dovelas a fin de bloquear el paso de agua (Figuras 9 y 10)

dovelas provoca deformaciones no deseadas del revestimiento de dovelas debido a la falta de confinamiento de los anillos

c) Elevados flujos de agua y fluidificacioacuten de la rezaga

En la excavacioacuten de tuacuteneles con maacutequinas EPB es importante tener bajo control la consistencia del material de rezaga En el caso del TIMT los elevados flujos de agua encontrados se mezclaban con la rezaga fluidificaacutendola en exceso Una rezaga demasiado liacutequida causa varios problemas como son

bull Imposibilidad de controlar las presiones EPB debido a que el material en la caacutemara de excavacioacuten es demasiado liacutequido para permitir una transmisioacuten de presiones al frente de excavacioacuten Sin un control activo de presiones EPB no es posible contrarrestar la presioacuten de agua actuante y ademaacutes existe el riesgo de sobreexcavacioacuten

bull Sin un control activo sobre la presioacuten del material de rezaga en la caacutemara de excavacioacuten se producen expulsiones descontroladas a presioacuten por el tornillo sinfiacuten que impiden un avance continuo del escudo que debe interrumpirse continuamente y ademaacutes provocan el desborde de ma-terial extraiacutedo en la banda transportadora El desborde de rezaga causa largos tiempos de parada para limpiar la zona inferior del escudo donde deben instalarse las dovelas debido a la acumulacioacuten de material

bull El transporte del material de rezaga hacia el vertedero se torna muy lento ya que los camiones no pueden llenarse

Durante la obra algunos tramos largos tuvieron que excavarse en estas difiacuteciles condiciones La Figura 5 ilustra fotografiacuteas de la fluidificacioacuten de la rezaga

Con objeto de reducir los flujos de agua del terreno hacia la caacutemara de excavacioacuten se llevaron a cabo las siguientes medidas

bull Aumento de la presioacuten en la caacutemara de excavacioacuten con la ayuda de aire comprimido con objeto de mantenerla por encima de la hidrostaacutetica Esto permitioacute avanzar el escudo con hasta 50 bar de presioacuten en la caacutemara de forma continua y sin interrupciones tal como muestran las lecturas de presiones en la Figura 6 (las liacuteneas PT1 a PT6

Acondicionamiento con espumas y suspensioacuten de bentonita en la rueda de corteInyecciones de suspensioacuten de bentonita en el tornillo sinfiacutenInyeccioacuten de poliacutemero a traveacutes del mamparo estancoInyeccioacuten de espumas en la caacutemara de excavacioacuten

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Revoluciones SinfinPT2 PT3 PT4 PT5 PT6PT1 Presioacuten Agua Terreno

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Maidl Tunnelconsultants GmbH amp Co KGLlenado CaacutemaraPresioacuten SinfinPT Atras Sinfin

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Reinjection of grout+

Polyiurethane foam injections

Injection of hardening mud+

Polyiurethane foam injectionsTestigo de inyeccioacuten

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Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

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Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

TEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Oficina centralAv Revolucioacuten 1884 Int 308 Col San Aacutengel Delegacioacuten Aacutelvaro Obregoacuten

Ciudad de Meacutexico CP 01000 email temocsatemocsacomTEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

3RD LATIN AMERICA URBAN RAIL EXPANSION SUMMIT

Medelliacuten ColombiaE-mail andresgglnoppenlatinamericacom

28 - 29

2ND NATIONAL CONGRESS ON UNDERGROUND WORKS CCROS 2019

San Joseacute Costa RicaSitio acroscrcomcongreso

Mayo 201903 ndash 09

WORLD TUNNEL CONGRESS 2019

Naacutepoles ItaliaSitio wwwwtc2019com

Junio 201903 - 05

UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

9TH NORDIC GROUTING SYMPOSIUM

Helsinki FinlandiaE-mail rilleraasakkarilfiSitio httpwwwrilfi

17 ndash 21

THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

Isla Jeju Corea del SurEmail infoasem19org infoanbre19org

octubre 201906 - 10

WORLD ROAD CONGRESS

Abu Dhabi Emiratos Aacuterabes UnidosSitio httpsdotabudhabiaepiarc

Noviembre 201917 - 20

XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

Cancuacuten MeacutexicoE-mail infopanamerican2019mexicocomSitio wwwpanamerican2019mexicocom

26 - 28

STUVA 2019

Frankfurt AlemaniaSitio wwwstuva-expocomen

diciembre 201904 ndash 05

ETS CONFERENCE AND EXHIBITION 2019

Luxor ndash Aswan Egipto

Mayo 202015 ndash 21

WORLD TUNNEL CONGRESS 2020

Kuala Lumpur MalasiaSitio wwwseacetus2017com4443welcome-to-malaysia

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Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

38 39

71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

100

80

60

40

20

0

08 12 16 2

Esta

do L

iacutemite

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

100

80

60

40

20

0

0 08060402 1

Esta

do L

iacutemite

Factor de Seguridad

P(Fslt1)=100

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

100

80

60

40

20

0

0 2 3 4 5

Esta

do L

iacutemite

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=000

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

Maestriacutea en Ingenieriacutea con orientacioacuten en Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas

Formacioacuten Especializada

La necesidad de disponer de infraestructura de altas prestaciones que salve los condicionantes morfoloacutegicos del paiacutes aunado al constante crecimiento de las ciudades al poco espacio superficial disponible a la necesidad de edifica-ciones cada vez maacutes altas que requieren cimenta-ciones maacutes robustas y a la demanda de estacio-namientos subterraacuteneos drenajes tuacuteneles urbanos para atender las necesidades de movili-dad de las grandes poblaciones metro etc ha llevado de forma natural a la construccioacuten de tuacuteneles y obras subterraacuteneas En este contexto la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la Alianza para la Formacioacuten e Investi-gacioacuten en Infraestructura para el Desarrollo de Meacutexico AC (Alianza FiiDEM) y la Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC (AMITOS) han trabajado arduamente a lo largo de cinco antildeos en la conformacioacuten y consolidacioacuten de la Maestriacutea en Ingenieriacutea Civil con orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas mismo que logroacute concretar-se gracias al apoyo de la Coordinacioacuten del Programa de Maestriacutea y Doctorado en Ingenieriacutea de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Esta maestriacutea cobra especial importancia debido al escaso nuacutemero de ingenieros especiali-zados en este tipo de obras en Meacutexico y a la gran cantidad de proyectos que se vislumbran para los proacuteximos antildeos en nuestro paiacutes El programa de estudios se derivoacute del anaacutelisis de diversos programas internacionales avalados por

la International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) incorporando las fortalezas de cada uno de ellos equilibrando los aspec-tos teoacutericos tecnoloacutegicos y praacutecticos Entre estos programas se encuen-tran

Europa

Maestriacutea de Estudios Avanzados en Tuacuteneles del Instituto Federal Suizo de Tecnologiacutea de Lausana mdash Escuela Politeacutecnica Federal de Lausana EPFL) (Primer Moacutedulo a Distancia)

Maestriacutea en Construccioacuten de Tuacuteneles y Maquinaria del Politeacutecnico de Torino

Maacutester en Tuacuteneles de ITA-CET Frankfurt Alemania

Norte Ameacuterica

Maacutester en Tuacuteneles de la Universidad de Texas en Austin (a distancia)

La maestriacutea contempla una duracioacuten de cuatro semestres y considera un proyecto y estancia en obra El claustro de profesores estaacute integrado por

Expertos de la UNAMExpertos de la industria Expertos de la ITA (plaacuteticas y videoconferencias)

En 2018 la ITA avaloacute nuestro programa de maestriacutea convirtieacutendonos en uno de los cinco uacutenicos programas a nivel mundial de entre muchos otros que cuentan con dicha certificacioacuten

Una especialidad con gran futuro que cubriraacute la demanda de ingenieros especializados para realizar la gran cantidad de proyectos que se vislumbran en los proacuteximos antildeos en Meacutexico

Fechas importantes

Becas

ContactosIng Eugenio Enriacutequez Castillo(55) 5622 6737 ext 89704eugenioenriquezalianzafiidemorgwwwalianzafiidemorg

Susana Garciacutea Coto(55) 5528 3611amitosamitosorgwwwamitosorg

Dr Gabriel Ascanio Gasca(55) 5550 9383(55) 5622 3049gabrielascanioicatunammx

Publicacioacuten de la Convocatoria General Enero de 2019Solicitud de ingreso y recepcioacuten de documentacioacuten Del 4 al 22 de marzo 2019 (previa cita)Exaacutemenes y entrevistas 1 al 12 y del 22 al 30 de abril del 2019Publicacioacuten de resultados 17 de junio de 2019Inicio de clases 5 de agosto de 2019Consultar convocatoria httpingenieriaposgradounammx

A los estudiantes de la Maestriacutea se les otorga beca de CONACYT por dos antildeos

No dejes pasar esta magniacutefica oportunidad para especializarte en un campo profesional con gran futuro

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

30 31

Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

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Ciudad de Meacutexico CP 01000 email temocsatemocsacomTEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

3RD LATIN AMERICA URBAN RAIL EXPANSION SUMMIT

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Mayo 201903 ndash 09

WORLD TUNNEL CONGRESS 2019

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UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

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Helsinki FinlandiaE-mail rilleraasakkarilfiSitio httpwwwrilfi

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THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

Isla Jeju Corea del SurEmail infoasem19org infoanbre19org

octubre 201906 - 10

WORLD ROAD CONGRESS

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XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

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Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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36 37

Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

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71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

100

80

60

40

20

0

08 12 16 2

Esta

do L

iacutemite

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

100

80

60

40

20

0

0 08060402 1

Esta

do L

iacutemite

Factor de Seguridad

P(Fslt1)=100

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

43

Artiacuteculo

42

Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

100

80

60

40

20

0

0 2 3 4 5

Esta

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iacutemite

Fs m

iacutenim

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ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=000

Poba

bilid

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otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

24 25

La construccioacuten de un tuacutenel en terrenos duros o blandos requiere de una adaptacioacuten al macizo rocoso dada por las condiciones geoloacutegicas prevalentes cuyo historial de origen propiedades estructura tridimensional y condiciones del agua subterraacutenea son aspectos a considerar Los geoacutelogos de campo trabajan dentro de un equipo de expertos su trabajo consiste en observar y evaluar las condiciones geoloacutegicas hidrogeoloacutegicas y geoteacutecnicas encontradas y registrar todos los paraacutemetros clave y los factores influyentes que se identificaron durante la fase de disentildeo geoteacutecnico Sobre la base de las observaciones de campo los geoacutelogos dan un pronoacutestico de las condiciones geoloacutegicas adicionales para el futuro avance de excavacioacuten del tuacutenel Las condiciones geoloacutegicas desconocidas y desfavorables durante el avance del tuacutenel conllevan riesgos extremadamente altos para todo el progreso de excavacioacuten Por lo tanto el pronoacutestico debe darse con la mayor precisioacuten posible a fin de evitar riesgos Las observaciones geoloacutegicas en construcciones subterraacuteneas son casi exclusivamente informacioacuten espacial y por lo tanto deben registrarse y analizarse en tres dimensiones Ademaacutes de los tipos y propiedades del terreno encontrado las relaciones posicionales de los cuerpos geoloacutegicos entre siacute y los conjuntos de discontinuidades del macizo rocoso tienen una gran influencia en la estabilidad de la estructura subterraacutenea Por lo tanto se han desarrollado potentes herramientas de software que ayudan al especialista en campo a lidiar con la gran cantidad de datos producidos durante el mapeo del frente y a registrar la informacioacuten geoloacutegica en un sistema tridimensional Con esta base de datos es posible actualmente generar un pronoacutestico detallado de la geometriacutea de las estructuras geoloacutegicas mediante meacutetodos geoestadiacutesticosEn el siguiente artiacuteculo se presenta un sistema de este tipo

Gestioacuten innovadora de mapeo geoloacutegico como herramienta para una excavacioacuten segura en tuacuteneles

dr Giorgio HOumlFER-OumlLLINGERGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

giorgiohoefer-oellingergeoconsulteu

dr Franz Peter WeichenbergerGEOCONSULT ZT Houmllzlstraszlige 5 5071 Wals bei Salzburg AUSTRIA

franzweichenbergergeoconsulteu

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

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Oficina centralAv Revolucioacuten 1884 Int 308 Col San Aacutengel Delegacioacuten Aacutelvaro Obregoacuten

Ciudad de Meacutexico CP 01000 email temocsatemocsacomTEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

3RD LATIN AMERICA URBAN RAIL EXPANSION SUMMIT

Medelliacuten ColombiaE-mail andresgglnoppenlatinamericacom

28 - 29

2ND NATIONAL CONGRESS ON UNDERGROUND WORKS CCROS 2019

San Joseacute Costa RicaSitio acroscrcomcongreso

Mayo 201903 ndash 09

WORLD TUNNEL CONGRESS 2019

Naacutepoles ItaliaSitio wwwwtc2019com

Junio 201903 - 05

UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

9TH NORDIC GROUTING SYMPOSIUM

Helsinki FinlandiaE-mail rilleraasakkarilfiSitio httpwwwrilfi

17 ndash 21

THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

Isla Jeju Corea del SurEmail infoasem19org infoanbre19org

octubre 201906 - 10

WORLD ROAD CONGRESS

Abu Dhabi Emiratos Aacuterabes UnidosSitio httpsdotabudhabiaepiarc

Noviembre 201917 - 20

XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

Cancuacuten MeacutexicoE-mail infopanamerican2019mexicocomSitio wwwpanamerican2019mexicocom

26 - 28

STUVA 2019

Frankfurt AlemaniaSitio wwwstuva-expocomen

diciembre 201904 ndash 05

ETS CONFERENCE AND EXHIBITION 2019

Luxor ndash Aswan Egipto

Mayo 202015 ndash 21

WORLD TUNNEL CONGRESS 2020

Kuala Lumpur MalasiaSitio wwwseacetus2017com4443welcome-to-malaysia

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

34 35

Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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36 37

Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

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38 39

71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

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40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

100

80

60

40

20

0

08 12 16 2

Esta

do L

iacutemite

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

100

80

60

40

20

0

0 08060402 1

Esta

do L

iacutemite

Factor de Seguridad

P(Fslt1)=100

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

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ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Introduccioacuten

La construccioacuten de estructuras subterraacute-neas plantea un desafiacuteo especial para el proyecto El objetivo de la documenta-cioacuten geoloacutegica es registrar las condicio-nes del terreno con la mayor precisioacuten posible y proporcionar esta informacioacuten a todo el equipo Para ello se registra la situacioacuten geoloacutegica durante el avance del tuacutenel En el frente yo en los hastiales del tuacutenel se dibujan bocetos geoloacutegicos se toman fotos digitales y se hacen me-diciones estructurales El geoacutelogo evaluacutea en el sitio queacute tipos de roca o suelo se presentan queacute propiedades tienen y su relacioacuten geomeacutetrica El macizo rocoso suele estar afectado por fallas zonas de falla o simplemente por juntas El agua subterraacutenea puede fluir hacia el rumbo en ciertas posiciones como por ejemplo a traveacutes los anclajes o pernos instalados o directamente por las discontinuidades que tienen cierta apertura

Para obtener datos geoloacutegicos es-tructurales las fallas o juntas se miden con una bruacutejula geoloacutegica o maacutes re-cientemente mediante el anaacutelisis de imaacutegenes tridimensionales Tambieacuten se toman muestras de rocas o entradas de agua subterraacutenea a intervalos regulares Actualmente se suele almacenar y eva-luar los datos observados digitalmente Antes de la introduccioacuten de la tecnologiacutea de la informacioacuten (IT) la documentacioacuten se realizaba en papel y los resultados se mostraban en forma de bocetos di-bujos e informes Con el desarrollo de la informaacutetica se han minimizado estas limitaciones especialmente en proyec-tos de gran magnitud

Debido a la gran cantidad de informa-cioacuten recopilada se ha hecho cada vez maacutes complejo compilar las observacio-nes significativas en forma raacutepida para responder a las preguntas que surgen

La visualizacioacuten y el anaacutelisis de los datos junto con los de otras profesio-nes a menudo solo era posible en una medida muy limitada Pero es justamen-te esta visioacuten interdisciplinaria la que puede garantizar un proyecto de tuacutenel exitoso Si ocurrieran condiciones geo-loacutegicas complejas las extrapolaciones solo podriacutean realizarse manualmente y simplificando el modelo en un alto grado

Durante las uacuteltimas dos deacutecadas se han desarrollado sistemas especia-lizados de informacioacuten geoloacutegica que permiten contar con nuevas posibili-dades en la documentacioacuten geoloacutegica de tuacuteneles El uso de estos sistemas es ahora una praacutectica estaacutendar en muchas obras Con base en la experiencia de la implementacioacuten del sistema TUGISNET [1] en maacutes de 25 proyectos hasta el diacutea

Figura 1 Diagrama de Flujo de la documentacioacuten geoloacutegica de la excavacioacuten de un tuacutenel

de hoy y una extensa retroalimentacioacuten de varios ingenieros geoacutelogos en los sitios a continuacioacuten se presentan los siguientes rubros

bull Perfil de requisitos bull El estado de arte de la tecnologiacutea bull Ejemplos de coacutemo mejorar la seguridad del tuacutenel generando extrapolaciones

apropiadas bull Teacutecnica de modelado tridimensional de observaciones geoloacutegicas importantes

para anticipar las condiciones durante el avance del tuacutenel

La Figura 1 muestra coacutemo se integra el sistema de documentacioacuten geoloacutegica en el entorno general del proyecto

Requisitos de documentacioacuten digital del tuacutenel

Lo fundamental para todos los trabajos posteriores a realizar es una base de datos adecuada y precisa derivada de las observaciones geoloacutegicas en el tuacutenel Solo se pueden utilizar datos bien estructurados para anaacutelisis posteriores Por lo tanto durante el procedimiento de digitalizacioacuten la informacioacuten debe ser estandarizada y categorizadaLos siguientes puntos deben ser considerados para el despliegue de un sistema de documentacioacuten geoloacutegico digital adecuado

bull Toda la informacioacuten geoloacutegica e hidroloacutegica debe registrarse digitalmente en un conjunto de datos para proporcionar a futuro una raacutepida disponibilidad de los datos

bull Dado que las observaciones geoloacutegicas en un tuacutenel son casi siempre informacioacuten tridimensional en el sistema deben utilizarse las coordenadas en tres dimensiones

bull Se requiere estandarizar el ingreso de datos particularmente para los paraacutemetros geoloacutegicos y geoteacutecnicos definidos en la fase de disentildeo Los valores utilizados como atributos geoloacutegicos deben categorizarse clasificarse y cuantificarse en la medida de lo posible

bull La documentacioacuten geoloacutegica generada durante la construccioacuten del tuacutenel a me-nudo ocurre en un entorno de tiempo criacutetico por lo tanto se necesita una interfaz graacutefica de usuario para el ingreso de datos y se debe disentildear de tal forma para que las observaciones puedan ingresarse de manera extremadamente raacutepida y con la menor cantidad de errores posible

bull Los datos defectuosos deben eliminarse mediante correccioacuten manual o de preferencia mediante la validacioacuten automaacutetica de los datos o la verificacioacuten de plausibilidad antes del anaacutelisis o la visualizacioacuten de los datos

bull Debido a la gran cantidad de datos generados se debe utilizar un sistema de almacenamiento de datos eficiente que tambieacuten puede tratar con muacuteltiples usua-rios Los conjuntos de datos perdidos solo se pueden recuperar laboriosamente por lo que se debe proporcionar un alto grado de seguridad de la informacioacuten

Figura 2 Croquis de campo de un frente de tuacutenel y respectiva imagen digital

Figura 3 Esquema de coacutemo funciona el software Shapemetrix3d

Los sistemas de bases de datos modernos son maacutes uacutetiles para estos fines

bull Las funciones de anaacutelisis visualizaciones y modelado tri-dimensional representan el valor agregado del meacutetodo de procesamiento digital Debe haber herramientas integradas en el software para permitir analizar visualizar y extrapolar estructuras geoloacutegicas en forma raacutepida Los ajustes geoloacutegi-cos complicados requieren un procesamiento de datos auacuten maacutes sofisticado por ejemplo mediante el uso de meacutetodos geoestadiacutesticos que se pueden realizar mediante aplica-ciones modernas de GIS Se deben implementar interfaces para estas aplicaciones

Estructuras de datos

Los datos geoloacutegicos son en su mayoriacutea tridimensionales Durante el proceso de desarrollo a traveacutes de los uacuteltimos antildeos ha podido demostrarse que es mejor clasificar las estructuras geoloacutegicas similares a las estructuras de datos en Sistemas de Informa-cioacuten Geograacutefica (GIS) En GIS se clasifican los temas por su tipo de geometriacutea Los datos de puntos cuentan con una sola coordenada un ejemplo seriacutea una medicioacuten por inmersioacuten de un plano de falla en una posicioacuten determinada La interseccioacuten de una superficie de junta con el frente del tuacutenel es geomeacutetrica equivalente a una poliliacutenea Un cuerpo geoloacutegico (por ejemplo un dique) se cruza con el frente del tuacutenel en forma de poliacutegono Los cuerpos volumeacutetricos como el modelo de una capa litoloacutegica completa necesitan estructuras de datos que normalmente no se pueden encontrar en aplicaciones estaacutendar GIS

Los conjuntos de datos GIS no solo almacenan la geometriacutea sino tambieacuten los denominados ldquoatributosrdquo En la documentacioacuten geoloacutegica estos atributos corresponden a las propiedades de las observaciones geoloacutegicas Un ejemplo seriacutea el tipo de roca su resistencia uniaxial o su grado de intemperismo El uso de formatos de datos compatibles con GIS tiene la ventaja de permitir una faacutecil exportacioacuten en dichos sistemas y que los datos esteacuten preparados para BIM El modelado de informacioacuten de cons-truccioacuten (Building Information Modell - BIM) es un meacutetodo para lograr una consideracioacuten holiacutestica de todo el ciclo de vida de un tuacutenel Los objetivos esenciales son mejorar la comunicacioacuten la eficiencia y la calidad de un proyecto de construccioacuten mediante la creacioacuten de un modelo digital integral [2] Esto se lleva a cabo en un ambiente 3D en el que los trabajos de construccioacuten ya se han creado praacutecticamente durante la etapa de disentildeo Respecto a la aplicacioacuten geoloacutegica especializada de BIM la situacioacuten actual

es que la estructura y las condiciones geoloacutegicas se mantienen en diferentes modelos Si las observaciones geoloacutegicas que ya estaacuten disponibles de forma tridimensional estaacuten integradas en el BIM entonces se puede representar la interaccioacuten de la estructura con el modelo geoloacutegico-hidrogeoloacutegico Esto ofreceriacutea ventajas con respecto al disentildeo de medidas de soporte adecuadas paraacute-metros de tunelizacioacuten o una estimacioacuten de costos maacutes precisa Para que un sistema de informacioacuten geoloacutegica especializado sea compatible con un sistema BIM deben definirse las interfaces adecuadas Actualmente se estaacuten realizando gestiones para estandarizar el BIM en la construccioacuten subterraacutenea

Adquisicioacuten de datos y digitalizacioacuten

La base metodoloacutegica para la digitalizacioacuten es el procedimien-to de trabajo realizado durante la construccioacuten del Tuacutenel Vial ldquoTauernrdquo (primer tubo) [3] El geoacutelogo bosqueja la superficie expuesta del frente del tuacutenel y anota todos los paraacutemetros sig-nificativos Un ejemplo se muestra en la Figura 2

Ademaacutes de dibujar el aacuterea expuesta con laacutepiz y papel se toman imaacutegenes digitales Actualmente se cuenta con sistemas maacutes avanzados como es el caso del software ShapeMetriX3D [4] Las fotos despueacutes de ser escaladas y georreferenciadas pueden servir de base para el mapeo geoloacutegico ShapeMetriX3D permite la derivacioacuten de informacioacuten tridimensional desde dos imaacutegenes referenciales (ver Fig 3) Estos datos se pueden des-pueacutes importar al programa TUGIS

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

30 31

Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

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Ciudad de Meacutexico CP 01000 email temocsatemocsacomTEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

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Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

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THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

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octubre 201906 - 10

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XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

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Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

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36 37

Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

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71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

100

80

60

40

20

0

08 12 16 2

Esta

do L

iacutemite

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

100

80

60

40

20

0

0 08060402 1

Esta

do L

iacutemite

Factor de Seguridad

P(Fslt1)=100

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

100

80

60

40

20

0

0 2 3 4 5

Esta

do L

iacutemite

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=000

Poba

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a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

28 29

Para colocar las observaciones geoloacutegicas en un contexto espacial eacutestas deben estar georreferenciadas En TUGIS los ejes de los encabezados del tuacutenel se ingresan como parte de la configuracioacuten inicial Los liacutemites de las aacutereas registradas como las secciones transversales de la cara del tuacutenel se configuran de antemano Ambos pueden ser actualizados maacutes tarde en el frente de avance Con esta base de datos cualquier registro geoloacutegico puede ser referenciado sin que exista ambiguumledad Cuando se dibuja la geometriacutea de las observaciones geoloacutegicas (Fig 4) las coordenadas se completan en la base de datos y se documentan las propiedades

La Figura 5 muestra como ejemplo una representacioacuten graacute-fica de objetos geoloacutegicos Las intersecciones de los cuerpos litoloacutegicos con el frente se muestran como poliacutegonos de colores transparentes Las intersecciones del plano de falla (rojo) y las intersecciones conjuntas (verde) se muestran como liacuteneas Las mediciones de la estructura geoloacutegica (direccioacuten y aacutengulo de buzamiento) se muestran como cuadrados uniformes con su insercioacuten en el punto de medicioacuten La vista del modelo se puede girar seguacuten sea necesario

Otro aspecto es la cuantificacioacuten categorizacioacuten y clasifica-cioacuten de las entradas de datos El objetivo es una designacioacuten comuacuten de las observaciones geoloacutegicas Se pueden llevar a cabo evaluaciones de datos para comparar las situaciones pronostica-das y reales o para responder preguntas especiacuteficas Cuando la cantidad de datos es grande se prefiere un anaacutelisis automaacutetico para lo cual las observaciones deben estar disponibles en una forma adecuadamente estructurada Para los atributos de las observaciones geoloacutegicas las categoriacuteas individuales estaacuten disponibles en una lista de seleccioacuten Al digitalizar las condicio-nes geoloacutegicas el geoacutelogo debe definir un liacutemite claro en cada caso Sin liacutemites claros las evaluaciones estadiacutesticas como las distribuciones de diferentes litologiacuteas en una determinada seccioacuten de un avance de tuacutenel seriacutean imposibles Los sistemas de clasificacioacuten implementados como RMR [5] se benefician mucho con datos de entrada correctos y validados

Extrapolaciones modelos geomeacutetricos y pronoacutestico para futuros avances

En la fase de disentildeo de un proyecto de tuacutenel se establece un modelo geoloacutegico e hidrogeoloacutegico que debe incluir todos los datos disponibles de la literatura el mapeo de la superficie geoloacute-gica las perforaciones y las mediciones de aguas subterraacuteneas El objetivo es describir las condiciones geoloacutegicas con la mayor precisioacuten posible para evitar situaciones y riesgos inesperados cuando avanza la excavacioacuten del tuacutenel Los posibles peligros son por ejemplo la existencia de zonas de fallas fracturadas con propiedades de material desfavorables tales como surcos de fallas u orientaciones de discontinuidad desfavorables para ciertos ejes de rumbo sistemas de juntas de filtraciones abiertas especialmente donde existe un alto nivel de agua subterraacutenea sobre el tuacutenel o la presencia de minerales dantildeinos como por ejemplo el asbesto

Las observaciones e investigaciones en la fase de disentildeo siempre estaacuten limitadas por muchos factores Las condiciones geoloacutegicas que se observan en la superficie pueden desviarse significativamente de las que se encuentran a nivel del tuacutenel causadas por ejemplo por la meteorizacioacuten o los procesos de movimiento gravitatorio en pendientes

Las perforaciones son pinchazos en comparacioacuten con la dimensioacuten de un proyecto tiacutepico de tuneleo Por lo tanto un modelo geoloacutegico siempre incluye ademaacutes una interpretacioacuten fun-damental de las observaciones Hoy se invierte mucho esfuerzo tiempo y conocimiento de expertos en campantildeas de investigacioacuten

Figura 4 Interfaz graacutefica de usuario TUGISNET digitalizacioacuten y caracterizacioacuten de las litologiacuteas

Figura 5 Modelo GIS de la situacioacuten geoloacutegica de una seccioacuten de tuacutenel con varias caras de tuacutenel la pared visible del tuacutenel se deriva de datos de medicioacuten 3D externos

antes de la fase de construccioacuten pero algunos detalles de todo el marco geoloacutegico a menudo siguen siendo inciertos

Por lo tanto es un aspecto muy importante recibir una ac-tualizacioacuten continua del pronoacutestico geoloacutegico durante la fase de construccioacuten Los datos que se obtienen al excavar el tuacutenel son mucho maacutes detallados que los de la fase de exploracioacuten o disentildeo y por lo tanto son adecuados para la produccioacuten de extrapolaciones y predicciones precisas Otro aspecto es que las observaciones en el tuacutenel estaacuten cerca de la posicioacuten donde se requiere una extrapolacioacuten y el diaacutemetro del perfil del tuacutenel permite en contraste con las perforaciones observar estructuras geoloacutegicas en las dimensiones de algunos metros de longi-tud Las superficies de falla por ejemplo que son llamativas y sub-paralelas al eje del tuacutenel pueden seguirse en una larga distancia y en varias caras del tuacutenel Por lo tanto los datos de entrada obtenidos en la fase de construccioacuten son mucho maacutes adecuados para un modelado y extrapolacioacuten precisos A medida que el tuacutenel avanza el modelo geoloacutegico preliminar puede ser reforzado con cada hastial de tuacutenel documentada

Como ejemplo si se identifica una zona de falla que cau-sa fracturamiento o riesgos de juntas en la excavacioacuten de un tubo el equipo del proyecto estaraacute mejor preparado para una

Figura 6 Extrapolaciones planas simples de planos de falla desde un tubo ya excavado a uno auacuten no iniciado

Figura 7 Extrapolacioacuten curvada de un liacutemite litoloacutegico a un tubo auacuten no excavado

Figura 8 Ejemplos de modelamiento TUGIS

situacioacuten similar en el segundo tubo o galeriacutea transversal auacuten no iniciada que se encuentre en las cercaniacuteas El soporte del tuacutenel se puede adaptar y optimizar en el aacuterea pronosticada y se pueden planificar y llevar a cabo investigaciones adicionales por ejemplo la perforacioacuten de barrenos horizontales Esto reduce el riesgo potencial de falla de las estructuras y ayuda a ahorrar costos Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de extrapolaciones de estructuras geoloacutegicas

Los liacutemites tambieacuten se pueden aproximar como superficies curvas con los meacutetodos geoestadiacutesticos que se utilizan como se muestra en la Figura 7

Para un tuacutenel construido de forma segura es importante no solo encontrar riesgos potenciales y modelarlos sino comuni-car los resultados de esta investigacioacuten geoloacutegica realizada en terreno a todo el equipo del proyecto Las visualizaciones tridimensionales de las mismas brindan una visioacuten integral y comprensible para todos los involucrados

Conclusiones

Al utilizar aplicaciones de documentacioacuten geoloacutegica digital un modelo geoloacutegico preexistente se puede actualizar continua-

mente durante los trabajos de excavacioacuten Usando los datos de este modelo se puede realizar un pronoacutestico para sectores auacuten no excavados del mismo avance o de otros frentes de avance del proyecto Para lograr esto es necesaria una estructura de datos adecuada El uso de este sistema en combinacioacuten con las aplicaciones GIS representa los uacuteltimos avances en tecno-logiacutea La informacioacuten geoloacutegica se puede visualizar y analizar junto con datos externos (como mediciones de deformacioacuten datos de la TBM o mediciones de aguas subterraacuteneas en la superficie por ejemplo) en sistemas de informacioacuten geograacutefica Utilizar GIS significa un modelamiento bidimensional y un medio para las observaciones geoloacutegicas Un enfoque maacutes sofisticado toma tambieacuten en cuenta los cuerpos volumeacutetricos Por lo tanto existen algunas aplicaciones especializadas que ya estaacuten muy extendidas en la mineriacutea Hay algunas ventajas principales del modelamiento tridimensional real ya que las secciones trans-versales pueden derivarse en cada posicioacuten del modelo Para un anaacutelisis hidrogeoloacutegico avanzado se necesitan ademaacutes los cuerpos volumeacutetricos El objetivo de los desarrollos recientes es proporcionar al sistema de documentacioacuten geoloacutegica funciones para la exportacioacuten de datos e interfaces para aplicaciones totalmente compatibles con 3D

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

30 31

Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

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Oficina centralAv Revolucioacuten 1884 Int 308 Col San Aacutengel Delegacioacuten Aacutelvaro Obregoacuten

Ciudad de Meacutexico CP 01000 email temocsatemocsacomTEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

3RD LATIN AMERICA URBAN RAIL EXPANSION SUMMIT

Medelliacuten ColombiaE-mail andresgglnoppenlatinamericacom

28 - 29

2ND NATIONAL CONGRESS ON UNDERGROUND WORKS CCROS 2019

San Joseacute Costa RicaSitio acroscrcomcongreso

Mayo 201903 ndash 09

WORLD TUNNEL CONGRESS 2019

Naacutepoles ItaliaSitio wwwwtc2019com

Junio 201903 - 05

UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

9TH NORDIC GROUTING SYMPOSIUM

Helsinki FinlandiaE-mail rilleraasakkarilfiSitio httpwwwrilfi

17 ndash 21

THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

Isla Jeju Corea del SurEmail infoasem19org infoanbre19org

octubre 201906 - 10

WORLD ROAD CONGRESS

Abu Dhabi Emiratos Aacuterabes UnidosSitio httpsdotabudhabiaepiarc

Noviembre 201917 - 20

XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

Cancuacuten MeacutexicoE-mail infopanamerican2019mexicocomSitio wwwpanamerican2019mexicocom

26 - 28

STUVA 2019

Frankfurt AlemaniaSitio wwwstuva-expocomen

diciembre 201904 ndash 05

ETS CONFERENCE AND EXHIBITION 2019

Luxor ndash Aswan Egipto

Mayo 202015 ndash 21

WORLD TUNNEL CONGRESS 2020

Kuala Lumpur MalasiaSitio wwwseacetus2017com4443welcome-to-malaysia

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

34 35

Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

36 37

Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

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38 39

71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

100

80

60

40

20

0

08 12 16 2

Esta

do L

iacutemite

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

100

80

60

40

20

0

0 08060402 1

Esta

do L

iacutemite

Factor de Seguridad

P(Fslt1)=100

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

100

80

60

40

20

0

0 2 3 4 5

Esta

do L

iacutemite

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=000

Poba

bilid

ad d

e R

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a (

)

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Otros desarrollos permitiraacuten la integracioacuten de modelos y ob-servaciones geoloacutegicos en estructuras de datos compatibles con el BIM por lo tanto el trabajo se puede realizar tan pronto como se definan las interfaces para BIM en esta aacuterea Finalmente podemos afirmar que la estandarizacioacuten para la construccioacuten subterraacutenea mediante BIM ya es una realidad

Figura 9 Ejemplos de aplicacioacuten en un tuacutenel vial en Argentina

Revista Amitos anunciosindd 4 111612 357 PM

SUPERVISIOacuteN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CARRETERA

HIDRAacuteULICA Y URBANA

PROYECTO PACIacuteFICO NORTE 2012-2016

Libramiento Mazatlaacuten 31 KmsLibramiento Culiacaacuten 22 KmsObras de modernizacioacuten de la autopista Mazatlaacuten-Culiacaacuten

ESCEacuteNICA ALTERNA ACAPULCO 2013-2017

Tuacutenel de 3200 metros considerado el tuacutenelcarretero maacutes largo de MeacutexicoViaducto Elevado de 2300 metros

TEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Oficina centralAv Revolucioacuten 1884 Int 308 Col San Aacutengel Delegacioacuten Aacutelvaro Obregoacuten

Ciudad de Meacutexico CP 01000 email temocsatemocsacomTEMOCSA CONSTRUCTORA SA de CV

Teleacutefono (55) 55 50 26 39 (55) 55 68 86 57

Referencias

[1] Weichenberger FP Konzeption und Implementierung eines digitalen Systems zur ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bearbeitung von Tunnelbauprojekten ndash Dokumentation Analyse Prognose Dissertation Universitaumlt Salzburg 2008

[2] Plaumlsken R Flandera T Keuschnig M Workshop Building Information Modeling ndash (R)Evolution Georesearch Forschungsgesellschaft mbH Salzburg 2017

[3] Fehleisen F Halbmayr H Kunz F Kaiser J Tunneldokumentation Geologie und Ausbruch Tauerntunnel Bericht im Auftrag der OumlSAG Salzburg 2008

[4] Gaich A und Pischinger G 3D images for digital geological mapping Geomechanics and Tunnelling 9 (2016) No 1 pp 45ndash51

[5] Bieniawski ZT Engineering classification of jointed rock masses Trans S Afr Inst Civ Engrs 15 pp 335ndash344 1973

[6] Weichenberger Pilchinger Geological documentation ndash demands status quo and future development 66 Geomechanik Kolloquium Salzburg 2017

UN PROYECTO EacutePICO EN MEacuteXICO

Con uno de los tres lotes de Robbins ya completado en el

masivo Tuacutenel Emisor Oriente de

62 km (39 mi) en la Ciudad de Meacutexico los esfuerzos de los teacutecnicos estaacuten enfocados en completar los Lotes 4 y 5 que presentan condiciones difiacuteciles de terreno mixto Las EPB TBMs personalizadas estaacuten excavando a traveacutes de algunas de las condiciones maacutes desafiantes del planeta desde basalto abrasivo hasta arcillas y boleos

TERRENOS COMPLICADOS REQUIEREN

SOLUCIONES EFICACES

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

3RD LATIN AMERICA URBAN RAIL EXPANSION SUMMIT

Medelliacuten ColombiaE-mail andresgglnoppenlatinamericacom

28 - 29

2ND NATIONAL CONGRESS ON UNDERGROUND WORKS CCROS 2019

San Joseacute Costa RicaSitio acroscrcomcongreso

Mayo 201903 ndash 09

WORLD TUNNEL CONGRESS 2019

Naacutepoles ItaliaSitio wwwwtc2019com

Junio 201903 - 05

UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

9TH NORDIC GROUTING SYMPOSIUM

Helsinki FinlandiaE-mail rilleraasakkarilfiSitio httpwwwrilfi

17 ndash 21

THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

Isla Jeju Corea del SurEmail infoasem19org infoanbre19org

octubre 201906 - 10

WORLD ROAD CONGRESS

Abu Dhabi Emiratos Aacuterabes UnidosSitio httpsdotabudhabiaepiarc

Noviembre 201917 - 20

XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

Cancuacuten MeacutexicoE-mail infopanamerican2019mexicocomSitio wwwpanamerican2019mexicocom

26 - 28

STUVA 2019

Frankfurt AlemaniaSitio wwwstuva-expocomen

diciembre 201904 ndash 05

ETS CONFERENCE AND EXHIBITION 2019

Luxor ndash Aswan Egipto

Mayo 202015 ndash 21

WORLD TUNNEL CONGRESS 2020

Kuala Lumpur MalasiaSitio wwwseacetus2017com4443welcome-to-malaysia

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

100

80

60

40

20

0

08 12 16 2

Esta

do L

iacutemite

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

100

80

60

40

20

0

0 08060402 1

Esta

do L

iacutemite

Factor de Seguridad

P(Fslt1)=100

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

42

Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

100

80

60

40

20

0

0 2 3 4 5

Esta

do L

iacutemite

Fs m

iacutenim

o pa

ra ta

lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=000

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

Anuacutenciate con nosotros

erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO

aGENdaMarzo 201902 ndash 08

3RD LATIN AMERICA URBAN RAIL EXPANSION SUMMIT

Medelliacuten ColombiaE-mail andresgglnoppenlatinamericacom

28 - 29

2ND NATIONAL CONGRESS ON UNDERGROUND WORKS CCROS 2019

San Joseacute Costa RicaSitio acroscrcomcongreso

Mayo 201903 ndash 09

WORLD TUNNEL CONGRESS 2019

Naacutepoles ItaliaSitio wwwwtc2019com

Junio 201903 - 05

UNDERGROUND CONSTRUCTION PRAGUE 2019 (UC PRAGUE 2019)

Praga Repuacuteblica ChecaE-mail ps2019guarantczSitio wwwucpaguecom

Septiembre 201902 ndash 03

9TH NORDIC GROUTING SYMPOSIUM

Helsinki FinlandiaE-mail rilleraasakkarilfiSitio httpwwwrilfi

17 ndash 21

THE 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON TUNNELS AND UNDERGROUND SPACES (ICTUS19)

Isla Jeju Corea del SurEmail infoasem19org infoanbre19org

octubre 201906 - 10

WORLD ROAD CONGRESS

Abu Dhabi Emiratos Aacuterabes UnidosSitio httpsdotabudhabiaepiarc

Noviembre 201917 - 20

XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECAacuteNICA DE SUELOS E INGENIERIacuteA GEOTEacuteCNICA

Cancuacuten MeacutexicoE-mail infopanamerican2019mexicocomSitio wwwpanamerican2019mexicocom

26 - 28

STUVA 2019

Frankfurt AlemaniaSitio wwwstuva-expocomen

diciembre 201904 ndash 05

ETS CONFERENCE AND EXHIBITION 2019

Luxor ndash Aswan Egipto

Mayo 202015 ndash 21

WORLD TUNNEL CONGRESS 2020

Kuala Lumpur MalasiaSitio wwwseacetus2017com4443welcome-to-malaysia

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

34 35

Estudio de estabilidad durante las obras de emportalamiento de un tuacutenel como ejemplo para optimizacioacuten de los sistemas de sostenimiento

uriel aGuILaR ToRRESInstituto Politeacutecnico Nacional

Fermiacuten SAacuteNCHEZ REYESFacultad de Ingenieriacutea

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

1- Introduccioacuten

En obras de tuacuteneles los emportalamientos son componentes fundamentales para los que debe garantizarse una completa estabilidad El oacuteptimo funcionamiento del proyecto en su con-junto depende de eacutesta y por ello es evidente que los cortes y los emboquilles deben analizarse con el maacuteximo rigor posible Sin embargo y casi por lo general la informacioacuten con la que se cuenta en la fase de proyecto es insuficiente para asegurar que los disentildeos sean los definitivos y garanticen la seguridad durante la construccioacuten y la vida uacutetil de la obra Maacutes aun dados los pla-zos de contratacioacuten comunes en nuestro paiacutes en la mayoriacutea de las obras los trabajos se llevan a cabo con excesiva celeridad descuidando la vigilancia del comportamiento del terreno con consecuencias a veces catastroacuteficas (Figura 1)

Diversas experiencias en la reciente construccioacuten de tuacuteneles en Meacutexico han consolidado la certeza de que el seguimiento geoteacutecnico la re-caracterizacioacuten del terreno durante la obra y los re-disentildeos son actividades imprescindibles si se quiere evitar eventos desafortunados que pongan en riesgo la seguridad del personal y la salud financiera del proyecto

Figura 1 Estado del portal despueacutes del colapso de una gran cuntildea Tuacutenel Guineo Carretera Durango-Mazatlaacuten antildeo 2010

PALABRAS CLAVE

Emportalamiento equilibrio liacutemite probabilidad de rotura mapeo de discontinuidades meacutetodos numeacutericos

Actualmente se cuenta con la tecnologiacutea suficiente no soacutelo para facilitar este tipo de trabajos sino tambieacuten para darles un alcance mucho mayor que el que podiacutea lograrse hasta hace algunos antildeos Su implementacioacuten soacutelo requiere de la voluntad de autoridades contratistas y responsables de la supervisioacuten y de la capacitacioacuten de los ingenieros en el empleo de estas teacutecnicas

2- Planteamiento del problema

La mayoriacutea de los problemas en los emportalamientos de tuacutene-les cuando se excavan en roca suceden a causa de roturas de talud a favor de juntas que buzan hacia el exterior del mismo yo por el volteo de bloques cuyas juntas buzan hacia el interior El talud frontal habitualmente es el maacutes conflictivo Sin embargo muchas veces se infravalora su posible inestabilidad confiando demasiado en el efecto tridimensional de la trinchera de acceso y en la dimensioacuten relativamente reducida de su base

Debido a los procesos de construccioacuten particularmente cuando se emplean explosivos las zonas proacuteximas a la ex-cavacioacuten de un portal se ven debilitadas Adicionalmente el material cercano a la superficie ha sufrido un mayor grado de meteorizacioacuten por lo que la calidad de la roca y sobre todo de las discontinuidades es inferior

Por otro lado el portal es la zona maacutes transitada durante la obra ademaacutes de que suele utilizarse para albergar todo tipo de instalaciones por lo que su seguridad es de suma relevancia Y durante la vida uacutetil de un tuacutenel un colapso en un portal puede inutilizar por completo la obra

El problema consiste entonces en coacutemo establecer una metodologiacutea de re-disentildeo eficiente raacutepida y econoacutemica para adecuar los tratamientos en una etapa temprana de la obra que contribuya a la optimizacioacuten y al aseguramiento de la estabilidad

3- Presentacioacuten del proyecto

El proyecto en estudio se encuentra localizado en la Sierra de las Cruces al oriente de la Cuenca de la Ciudad de Toluca y al poniente de la Cuenca de la Ciudad de Meacutexico La regioacuten estaacute conformada por un conjunto de estratovolcanes andesiacuteticos de edad reciente El tuacutenel Chimalpa II de 234 m de longitud en la nueva Autopista Toluca-Naucalpan corta transversalmente esta sierra afectada por fracturas y cizallamientos asociados a fallas regionales y locales del Eje Neovolcaacutenico Mexicano (Figura 2)

31 Litologiacutea y estratigrafiacutea

El portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II se excavoacute en un macizo rocoso conformado predominantemente por roca riodasiacutetica compuesta por plagioclasa biotita cuarzo y ornblenda formando una masa de cristales inter-crecidos de tamantildeos similares su textura es faneriacutetica y presenta esporaacutedicos xenolitos de roca sub-angulosos de tamantildeos variables menores a los 150 cm

Las distintas unidades geoteacutecnicas definidas para caracterizar el macizo rocoso poseen una resistencia media-alta predomi-nando en ella la estructura de bloques formados a partir de las discontinuidades situacioacuten que determina las condiciones de estabilidad global de los taludes

4- Mapeo de discontinuidades

La cartografiacutea de las distintas familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso se llevoacute a cabo mediante una teacutecnica estereoscoacutepica basada en la obtencioacuten de imaacutegenes tridimensionales georreferenciadas a partir de fotogrametriacutea digital mejorada Se trata de un equipo de fabricacioacuten austriaca llamado ShapeMetrix3D A partir de la imagen estereoscoacutepica el

Figura 2 Topografiacutea del tuacutenel Chimalpa II

Figura 3 Imagen 3D del frente de excavacioacuten

Tabla 1 Familias de discontinuidad

Familia Rumbo de echadoechado1 070 502 270 803 120 454 200 525 045 806 013 40

programa construye una malla tridimensional del macizo rocoso e identifica todos los planos correspondientes a las discontinuida-des asignaacutendoles una descripcioacuten espacial a partir de vectores normales a estos Dichos vectores contienen la informacioacuten de rumbo y echado con los cuales pueden obtenerse los estereo-gramas correspondientes

En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cara de uno de los taludes utilizada para la caracterizacioacuten de las familias de discontinuidades

A partir de doce levantamientos con este equipo se obtuvo un total de 733 mediciones y se determinoacute un total de seis fa-milias de discontinuidades (Tabla 1) En la Figura 4 se muestra el estereograma construido a partir del total de las mediciones realizadas

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

36 37

Es importante mencionar que el empleo de estas teacutecnicas permite obtener en poco tiempo y con muy poco esfuerzo una gran cantidad de lecturas que de realizarse manualmente re-presentariacutean una excesiva carga de trabajo y una inversioacuten de tiempo considerable

5- Definicioacuten de los mecanismos potenciales deinestabilidad

De los posibles mecanismos de falla definidos en los taludes del corte se determinoacute que el maacutes desfavorable era el de rotura por cuntildea A partir de las distintas familias identificadas se establecioacute como maacutes criacutetico el patroacuten formado por la Familia 2 (27580) la Familia 4 (20052) y la Familia 3 (12045)

Para delimitar la geometriacutea y volumen maacuteximo de la cuntildea formada por dichas familias se utilizoacute el programa Autoblock desarrollado por Fritz y Bergamin (2004) AutoBlock es un coacutedigo basado en CAD que contiene herramientas para la definicioacuten de bloques soacutelidos tridimensionales a partir de la interseccioacuten de los planos de discontinuidad con los taludes formando una geometriacutea uacutenica sobre un Modelo Digital de Terreno (MDT) el cual es construido a partir de la topografiacutea real

Adicionalmente este programa permite la superposicioacuten de cortes correspondientes a cimentaciones tajos e incluso tuacuteneles

Para cada bloque creado el programa determina su ad-misibilidad cinemaacutetica para aquellos que tienen potencial de movimiento calcula el factor de seguridad con base en su peso proyectado sobre la direccioacuten de movimiento y en las propiedades cohesivo-friccionantes asignadas a las familias de discontinui-dades correspondientes

La Figura 5 muestra el MDT que representa el aacuterea del proyec-to del Portal Toluca Este modelo se encuentra intersectado por las familias F2 F4 Y F3 con una separacioacuten promedio de 10m

De los bloques formados en el portal Toluca del tuacutenel Chimalpa II uacutenicamente fueron considerados aquellos que intersectan el talud frontal Con el fin de crear un modelo simple y representativo de la problemaacutetica de la estabilidad del mismo una reduccioacuten del nuacutemero de bloques fue realizada

A continuacioacuten se presenta el mecanismo de inestabilidad para el talud frontal del portal Toluca tambieacuten se muestra el entramado de cuntildeas que conforman al volumen maacuteximo posible de movimiento el estereograma del mecanismo de falla y la disposicioacuten de los anclajes definidos en proyecto

Figura 4 Estereograma de las seis familias presentes en el Portal Toluca

Figura 5 MDT de la zona de estudio

Figura 6 a) Disposicioacuten del sistema de anclajes del Portal Toluca b) Estereograma de mecanismo c) Entramado de cuntildeas

6- Paraacutemetros resistentes de las discontinuidadesDurante el seguimiento de la obra no hubo posibilidad de realizar ensayos de corte directo sobre muestras de las discontinuidades por lo que fue necesario recurrir a teacutecnicas maacutes simples y meacuteto-dos empiacutericos a fin de determinar sus paraacutemetros de resistencia

Se llevaron a cabo diversas pruebas para estimar la resis-tencia al corte de las discontinuidades mediante el criterio de rotura de Barton amp Choubey (1977) seguacuten el cual el aacutengulo de friccioacuten residual (fr) puede ser estimado mediante el uso del ldquotiltometrordquo (tilt aparatus) y el martillo de Schmidt a partir de la siguiente expresioacuten

donde fb es aacutengulo de friccioacuten baacutesico r el iacutendice de rebote sobre la superficie de la discontinuidad y R el iacutendice de rebote sobre la superficie del material sano y seco

61 Trabajos preliminares

Se recolectaron bloques de roca producto de la excavacioacuten de los cuales a su vez se extrajeron nuacutecleos (Figura 7) sobre los que se realizoacute la medicioacuten del iacutendice R Asimismo se procuroacute que los bloques recolectados contuvieran juntas representativas de las discontinuidades del macizo sobre las que se midioacute el iacutendice r

En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los iacutendices de rebote para la roca intacta y de los planos de dis-continuidad

Para la medicioacuten de fb se fabricoacute un aparato basado en el ldquotiltometrordquo de Barton a partir de perfiles metaacutelicos y placa de acero

Se sometieron a la prueba de inclinacioacuten 4 nuacutecleos de roca procurando que estuvieran secos y sus caras fueran lisas para cada uno se realizaron 6 ensayos utilizando dos como apoyo siendo el tercero el objeto de la medicioacuten En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos del aacutengulo de friccioacuten baacutesico para cada nuacutecleo ensayado

Posteriormente para el caacutelculo de fr se utilizaron los valores medios de las series de ensayos realizados Aplicando la expre-sioacuten (1) para el caacutelculo de fr se obtuvo

Seguacuten Gonzaacutelez de Vallejo (2002) fμrlt fμb siendo fμr = 3492deg

y fμb =38deg por lo que el resultado es aceptable

7- Probabilidad de rotura

El anaacutelisis de la estabilidad se basoacute en la relacioacuten entre las fuerzas motrices provocadas por el peso de los bloques y las fuerzas resistentes movilizadas a lo largo de los planos de las discontinuidades sobre las que se puede deslizar el resultado de esta relacioacuten se conoce como factor de seguridad (FS)

En geotecnia es comuacuten emplear meacutetodos simples (analiacuteticos) de caacutelculo de estabilidad mediante la teoriacutea del equilibrio liacutemite Sin embargo estos meacutetodos tienen muchas limitaciones cuando se requiere trabajar con muacuteltiples bloques e incluir sistemas de sostenimiento Maacutes auacuten si en el modelo de caacutelculo se quiere tomar en cuenta el efecto del proceso de excavacioacuten (relajamien-to del macizo con su consecuente apertura de juntas) e incluir geometriacuteas complejas se hace necesario recurrir a teacutecnicas maacutes sofisticadas como pueden ser los elementos finitos las diferencias finitas o los elementos discretos

rRfr = ( fb ndash 20ordm ) + 20 ( 1 )

Figura 7 Nuacutecleos de roca utilizados para la medicioacuten de R y fb

Tabla 2 Iacutendice de rebote

Figura 8 Proceso de ensaye para la determinacioacuten de fb

Tabla 3 Medicioacuten del aacutengulo de friccioacuten baacutesica

Nuacutecleo (R)

1 26 26 26 26 23 25 27 27 23 272 24 24 23 23 28 25 28 24 27 253 25 24 24 22 22 21 25 28 27 264 23 21 20 24 24 26 23 26 25 24

Discontinuidad (r)1 27 21 23 25 23 22 25 25 19 252 18 15 24 28 22 25 25 19 15 23

Nuacutecleo (fb)1 39 39 38 37 39 38 392 37 38 37 38 38 39 373 38 38 37 39 38 38 384 36 37 38 38 37 37 36

fμr = ( 38ordm ndash 20ordm ) + ( 083 20ordm ) = 3492ordm

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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71 Fiabilidad de disentildeo

En el estudio de problemas geoteacutecnicos en vez de basar los disentildeos en un factor de seguridad uacutenico es maacutes pertinente apli-car meacutetodos alternativos para la evaluacioacuten del riesgo asociado al disentildeo como los anaacutelisis de sensibilidad y las teacutecnicas de estimacioacuten de probabilidad de rotura

La base principal de este tipo de aproximaciones radica en que la variacioacuten de los paraacutemetros de entrada hace que el factor de seguridad calculado no sea un valor determinista sino otra variable maacutes con su propia dispersioacuten Por consiguiente el valor maacutes significativo es la probabilidad de que el FS sea inferior a 1 [P(FSlt1)] es decir para este caso la probabilidad de que el talud se encuentre en una condicioacuten de rotura

Debido a la inherente incertidumbre en la determinacioacuten de los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno en geotecnia deben rea-lizarse siempre estudios en los que se analice la influencia de la posible variacioacuten de estos en los resultados de los caacutelculos

72 Distribucioacuten de la funcioacuten

En geotecnia la funcioacuten Gaussiana es la de mayor uso debido a que se adapta a la distribucioacuten de la mayoriacutea de los datos recolectados entre ellos los paraacutemetros mecaacutenicos del terreno Para definir la distribucioacuten normal de una variable se hace uso de la media μ y la desviacioacuten estaacutendar σ Si se pretende que la distribucioacuten obtenida sea realmente representativa de una cierta variable es necesario contar con un nuacutemero significativo de datos de entrada La densidad de la distribucioacuten normal queda definida como

estaacutendar de los FS obtenidos y adoptando de nuevo una fun-cioacuten de distribucioacuten normal se calcula la probabilidad de rotura [P(FSlt1)] o la probabilidad de que el factor de seguridad sea inferior a un cierto valor deseado

73 Variables de estudio

Para las discontinuidades del portal Toluca se definieron 2 va-riables aleatorias fundamentales de entrada la relacioacuten de los iacutendices de rebote (rR) y el aacutengulo de friccioacuten baacutesico de las juntas (fb) los cuales dan lugar a fr Para ambas variables se definieron sus liacutemites a partir de su media y su desviacioacuten estaacutendar

Los dos valores de las dos variables aleatorias se combinan y se obtienen 2n=22=4 casos de caacutelculo y para cada uno de ellos se calcula el fr Al final se dispone de 4 estimaciones del FS tal y como se muestra en la tabla 4

74 Estabilidad del talud frontal

Se construyoacute un modelo tridimensional de la zona en donde se ubica el Portal Toluca a partir de la topografiacutea del terreno y de las secciones del proyecto del tajo de acceso y tuacutenel (Figura 9) La geometriacutea y volumen de la cuntildea maacutexima y el entramado de bloques que la conforman son los mismos generados a partir del programa AutoBlock (Figura 6a)

Un aspecto muy importante del modelo es que las cuntildeas intersectan una parte del tuacutenel y es precisamente esta condicioacuten la que hace especialmente vulnerable la estabilidad de toda la obra de emportalamiento los sostenimientos en estos casos deben ser calculados y disentildeados tanto para la clave del tuacutenel como para el talud frontal

rR (max) rR (min)fb(max) FS (maxmax) FS (maxmin)fb(min) FS (minmax) FS (minmin)

Tabla 4 Caso de caacutelculo seguacuten el Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

Figura 9 Modelo para el anaacutelisis de la probabilidad de rotura

donde la media estaacute dada por

y la desviacioacuten estaacutendar

721 Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual

El Meacutetodo de Estimacioacuten Puntual fue desarrollado por Rosenbleuth en 1981 y permite el caacutelculo de la media y la desviacioacuten estaacutendar de una variable aleatoria de salida que depende del comportamiento aleatorio de un conjunto de variables de entrada Para caracterizar la funcioacuten de distribucioacuten de la variable de salida se realizan dos uacutenicas estimaciones puntuales para cada una de las variables aleatorias de entrada dichas estimaciones corresponden a los valores de la media maacutes-menos la desviacioacuten estaacutendar μ plusmn σ

El valor del factor de seguridad se calcula para todas las combinaciones de dichas estimaciones producieacutendose 2n casos donde n es el nuacutemero de variables aleatorias de entrada Con estas 2n estimaciones se calcula el valor medio y la desviacioacuten

Figura 10 espectro de variacioacuten de fr con respecto a las relaciones rR para el rango de fb obtenido

Tabla 5 Valor medio y desviacioacuten estaacutendar de los paraacutemetros rR y fb

Tabla 6 Paraacutemetros maacuteximos y miacutenimos

Estimador rR fb(deg) fr(deg)

Media 084 38 3492Desviacioacuten estaacutendar 013 082 307

fb (max) fb (min) rR (max) rR (min)3882ordm 3718 0973 0720

75 Estimacioacuten probabilista de los paraacutemetros resistentes

Para el caacutelculo estadiacutestico del factor de seguridad es necesa-rio estimar la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en la obtencioacuten de fr [Ecuacioacuten (1)]

Partiendo de las Tablas 2 y 3 se obtiene la dispersioacuten de los valores de fb y de la relacioacuten rR De la Tabla 2 eliminando valores repetidos tanto para r como para R se obtienen 10 valores distintos de cada uno por lo que existen 100 posibles combinaciones Por otro lado de la tabla 3 se puede deducir que los valores poseen una variabilidad dentro del rango de 36deg a 39deg Finalmente de las variaciones de fb y de la relacioacuten rR se puede decir que existen 400 posibles casos de fr con lo que desde un punto de vista estadiacutestico el tamantildeo de la muestra es significativo Los resultados de los ensayos realizados se representan en la Figura 10

A partir de la nube de puntos fue estimada la variabilidad de los paraacutemetros involucrados en el caacutelculo de fr que se resumen en la tabla 5

Finalmente los paraacutemetros utilizados para las distintas com-binaciones de caacutelculo de fr son mostrados en la tabla 6

76 Anaacutelisis del mecanismo de falla

Para el caacutelculo del factor de seguridad el modelo tridimensional fue introducido en el programa de diferencias finitas FLAC3D 40 El modelo tiene un ancho de 14258 m una longitud de 20159 m una altura variable debido a la topografiacutea que va desde 2363 m a un maacuteximo de 14168 m a su vez tiene 35389 nodos y 177888 zonas de medio continuo el tiempo de caacutelculo de cada FS es de aproximadamente 6 hrs en una PC tipo Intel Xeon con 32 procesadores de 2690MHz y 32GB en RAM

Adicionalmente la modelizacioacuten tuvo las siguientes carac-teriacutesticas

bull Caacutelculo del estado inicial de esfuerzos del terreno para un coeficiente de esfuerzo lateral k0=05

bull Excavacioacuten del tajo en dos etapas hasta alcanzar la cota del piso de la media seccioacuten superior de tuacutenel Posteriormente se excavoacute el tuacutenel hasta una longitud de 10 m

bull Los planos de discontinuidad fueron considerados sin relleno por lo que el paraacutemetro mecaacutenico que rige su comporta-miento es uacutenicamente fr

bull No existe presencia de agua en el medio ni en los planos de discontinuidad

Estos supuestos son vaacutelidos para un anaacutelisis correctivo ya que como se mencionoacute en paacuterrafos anteriores en las etapas tempra-nas de proyecto no suele contarse con datos suficientemente representativos para realizar caacutelculos que garanticen de forma definitiva la seguridad y funcionamiento de la obra

En el modelo uacutenicamente se incluyeron aquellos elementos estructurales susceptibles de ser optimizados

bull Sostenimiento del talud frontal por medio de un sistema de anclas de friccioacuten con seccioacuten de acero de 381 mm de diaacutemetro y una longitud de 12 m con un arreglo 4 x 3 m al tres bolillo

bull Sostenimiento del tuacutenel mediante paraguas de micropilotes auto perforantes de acero A56 con diaacutemetro de 1016 mm longitud de 15 m y una longitud efectiva de 12 m

El sistema de anclajes uacutenicamente fue modelado en la zona ocupada por el entramado de cuntildeas El arreglo y disposicioacuten de los sistemas estructurales antes mencionados se encuentran ilustrados en la Figura 11

Figura 11 Disposicioacuten de los sistemas estructurales Vista desde el interior del tuacutenel

12 [(x ndash μ)σ ] 2

σ 2p

1f (x) = e ( 2 )

ndash

( 3 )1n

n

i=1

sumμ = xi

( 4 )1n

n

i=1sumσ = (xi ndash μ)2

12

Artiacuteculo ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

40 41

Los casos considerados para el caacutelculo de la probabilidad de rotura fueron

bull Caso 1 Sin ninguacuten sistema de sostenimiento bull Caso 2 Sostenimiento del talud frontal por medio del sistema

de anclas de friccioacuten bull Caso 3 Sostenimiento del talud frontal por medio de anclas

de friccioacuten y de la boacuteveda del tuacutenel por medio de paraguas de micropilotes

La colocacioacuten de los anclajes se realizoacute de manera posterior a cada fase de excavacioacuten del tajo y en el caso del enfilaje fron-tal eacuteste se colocoacute antes del avance de la excavacioacuten del tuacutenel

Para tener una mejor idea del mecanismo de falla en la Figura 12 se ilustra el desprendimiento de las cuntildeas sin ninguacuten sistema de sostenimiento Se puede apreciar que los bloques poseen una superficie de falla dominante sobre la familia 4

El caso 1 se utilizoacute uacutenicamente para comprobar que sin an-clajes las cuntildeas simplemente colapsan El meacutetodo de anaacutelisis en este caso fue por el meacutetodo de equilibrio liacutemite ya que con el coacutedigo de diferencias finitas el caacutelculo simplemente no converge

77 Calculo del FS mediante modelizacioacuten numeacuterica

Para analizar la estabilidad de los bloques el programa FLAC cuenta con una herramienta de caacutelculo llamada Meacutetodo de Reduccioacuten de Resistencia mediante la cual los paraacutemetros de resistencia se van reduciendo en pequentildeos pasos hasta producir el colapso del modelo mientras se calcula la relacioacuten entre la resistencia disminuida y la resistencia original definiendo asiacute el concepto de factor de seguridad

En ingenieriacutea estructural el factor de seguridad comuacutenmente se define como la relacioacuten entre fuerzas de colapso y fuerzas actuantes Para estructuras formadas por materiales geoteacutecnicos sin embargo esta definicioacuten no es siempre uacutetil En los taludes la mayor parte de la carga se debe al peso propio de los materiales y un incremento de dicho peso no necesariamente conduciriacutea a un colapso Una definicioacuten maacutes apropiada del factor de seguridad es

Tabla 7 FS calculados para la estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Re sis tencia disponibleFS

Re sis tencia necesaria para el equi l ibrio=

Caso Supuesto fb (deg) rR fr (deg) FS1 ++ 3882 0973 3827 062

+- 0720 3321 051-+ 3718 0973 3663 058-- 0720 3158 048

2 ++ 3882 0973 3827 150+- 0720 3321 126-+ 3718 0973 3663 142-- 0720 3158 119

3 ++ 3882 0973 3827 408+- 0720 3321 359-+ 3718 0973 3663 396-- 0720 3158 347

8 Resultados

Para cada caso se calculoacute el factor de seguridad una vez termi-nada la excavacioacuten de los primeros 10 metros de tuacutenel En la Tabla 7 se resumen los resultados de los doce caacutelculos realizados

Con los resultados obtenidos se calculoacute la media y la desvia-cioacuten del FS Posteriormente se ajustoacute la funcioacuten de distribucioacuten a cada caso para valorar la probabilidad de rotura En la Tabla 8 se presenta un resumen de los resultados obte-nidos En las Figuras 13 14 y 15 se presentan las funciones de probabilidad acumuladas para el FS en cada caso y su proba-bilidad de rotura

Sin embargo debido a la inadmisibilidad de factores de se-guridad ligeramente superiores a la unidad a partir de Hoek y Bray (1981) y Hoek (1991) se establecioacute un FS miacutenimo admisible de 15 (taludes definitivos)

A partir del graacutefico de la Figura 13 puede decirse que las cuntildeas se encontrariacutean en un estado de colapso sin la presencia de alguacuten sistema de sostenimiento por lo que la construccioacuten del talud por ninguacuten motivo podriacutea ejecutarse sin colocar los anclajes simultaacuteneamente con la excavacioacuten

Por otro lado en la Figura 14 puede apreciarse que el sistema de anclaje de friccioacuten tiene un efecto positivo en la estabilidad proporcionando una probabilidad de rotura P(FSlt1)=085

Tabla 8 Estimacioacuten de la probabilidad de rotura

Caso μ (FS) σ (FS) P(FSlt1) P(FSlt15)1 055 0062 100 1002 134 014 085 86933 378 029 0 0

Figura 12 Mecanismo potencial de falla del Portal Toluca

con un FSμ=134 No obstante en consideracioacuten a los valores sugeridos del FS para taludes definitivos esta condicioacuten muestra una probabilidad P(FSlt15)=8693 que es considerablemente alta por lo que estabilizar el terreno uacutenicamente con este sistema no resulta suficiente

Finalmente la graacutefica correspondiente a la implementacioacuten de los sistemas de anclajes y enfilaje muestra una funcioacuten que en realidad no se acerca al liacutemite del FS=15 por lo que la combinacioacuten de estos sistemas brindan un mayor margen de seguridad al estar por encima del mismo

Como puede apreciarse la introduccioacuten de las diferentes medidas de sostenimiento en el frente de excavacioacuten y talud frontal reduce de manera significativa la probabilidad de rotura arrojando valores maacutes aceptables

Por otro lado es importante anticipar los mecanismos de falla que los diferentes sistemas de sostenimiento pueden presentar ante las solicitaciones del terreno por lo que es pertinente que en los anaacutelisis tambieacuten se lleve a cabo una revisioacuten estructural de los mismos

9 Conclusiones

Por lo general durante la fase de proyecto de una obra subte-rraacutenea se cuenta con muy pocos datos geoteacutecnicos como para asegurar que los caacutelculos de estabilidad de los taludes seraacuten suficientemente realistas durante la construccioacuten

Lo anterior se debe a que en muchas ocasiones los aflo-ramientos de roca en el terreno natural son escasos y cuando los hay las condiciones de la roca no son las que prevaleceraacuten en la profundidad de las excavaciones debido a su estado de descompresioacuten e intemperismo Por otro lado la informacioacuten proveniente de los sondeos es muy puntual y no permite esta-blecer de manera correcta las orientaciones verdaderas de las discontinuidades Finalmente la geofiacutesica difiacutecilmente propor-ciona informacioacuten sobre el verdadero estado de fracturamiento de los macizos rocosos

Normalmente a partir de los pocos datos que se tienen se hacen caacutelculos de estabilidad elementales y se definen patrones de sostenimiento que cumplen en teoriacutea con los requerimientos de estabilizacioacuten que arrojan dichos caacutelculos

Se tiene poca conciencia de que la realidad de los macizos rocosos es muy compleja y siempre guarda sorpresas o impre-vistos que hacen presencia cuando la obra ya estaacute en marcha

No obstante si en las etapas tempranas de proyecto se realizan levantamientos de campo enfocados a un fin especiacutefico (caracterizar al macizo en teacuterminos reales) y aplicando meacutetodos modernos y eficientes pueden efectuarse caacutelculos de estabilidad efectivos dirigidos a mecanismos potenciales comprobados in situ y para los sistemas de estabilizacioacuten con los que se cuenta en la obra de tal manera que los resultados puedan verse reflejados en una optimizacioacuten de los mismos y en un aseguramiento de la estabilidad En ocasiones tambieacuten lo anterior puede repercutir positivamente en los costos de la obra

Conviene sentildealar que los anaacutelisis de equilibrio liacutemite tienen como funcioacuten proporcionar un orden de magnitud del problema por lo que no deben ser descartados de inicio en ninguacuten anaacutelisis geoteacutecnico

Por otro lado el empleo de meacutetodos probabiliacutesticos como medida de la confiabilidad de los disentildeos es maacutes conveniente ya que proporciona un mejor panorama en cuanto al riesgo asociado a la incertidumbre de los paraacutemetros No obstante el uso de estos meacutetodos tambieacuten plantea sus propias limitantes

En primer lugar es necesario conocer con precisioacuten la funcioacuten de distribucioacuten de las variables de entrada lo cual no siempre es posible

En segundo lugar la variabilidad de las propiedades de los materiales geoteacutecnicos estaacute influida por la heterogeneidad natural de las formaciones rocosas y por lo mismo existe una variabilidad de los paraacutemetros resistentes de un punto con respecto a otro

Finalmente en este artiacuteculo se comprueba que no es conve-niente basar la estabilidad en factores de seguridad obtenidos de forma determinista como valores absolutos Por el contrario se enfatiza la importancia de tener un valor de mayor represen-tacioacuten como aquel que indique el porcentaje de efectividad que exhiba un sistema de sostenimiento ante las solicitaciones del terreno por encima de los miacutenimos establecidos

Figura 13 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 1

Figura 14 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 2

100

80

60

40

20

0

08 12 16 2

Esta

do L

iacutemite

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

Fs m

iacutenim

o pa

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lude

s de

finiti

vos

Factor de Seguridad

P(Fslt15)=8693

P(Fslt1)=085

100

80

60

40

20

0

0 08060402 1

Esta

do L

iacutemite

Factor de Seguridad

P(Fslt1)=100

Poba

bilid

ad d

e R

otur

a (

)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Artiacuteculo

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Figura 15 Funcioacuten de la distribucioacuten acumulada del FS y probabilidad de rotura para el caso 3

Como parte de la relacioacuten del Grupo de Ingenieros Joacute-venes-AMITOS con la ITA se enviaron para revisioacuten un par de resuacutemenes para el oacutergano informativo del Young Members llamado Breakthrough Para el nuacutemero siguien-te los temas fueron arte arquitectura y arqueologiacutea

Los miembros de nuestro GIJ-AMITOS Wendy Ro-mero y Carlos Ramiacuterez de Arellano enviaron resuacutemenes referentes a los Tuacuteneles de Teotihuacan y el Caacutercamo de Dolores respectivamente los cuales fueron aceptados y por tanto se enviaron las resentildeas completas para su pu-blicacioacuten En la proacutexima revista estaremos compartiendo el viacutenculo de descarga del Breakthrough para su lectura

Colaboracioacuten de AMITOS en revista Breakthrough

Agradecimientos

El presente trabajo es fruto del esfuerzo de un conjunto de personas que estuvieron en cada momento a mi lado para la realizacioacuten del mismo

Se tiene un especial agradecimiento al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes por su paciencia sabiduriacutea y comprensioacuten a mi persona y sobre todo por impulsarme a mejorar diacutea a diacutea a lo largo de este camino

A mis padres por todo su apoyo y motivacioacutenA toda mi familia y amigos por estar ahiacute siempre A los profesores del aacuterea de Geotecnia y Estructuras de la SEPI Za-

catenco por todas sus ensentildeanzas y aportaciones para la culminacioacuten del mismo

A mis compantildeeros de carrera y posgrado por compartir estos antildeos de mejora y estudio

Gracias

11BIBLIOGRAFIacuteA

Barton N y Bandis S (1990) ldquoReview of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in Engineering Practicerdquo Symposium on Rock Joint Rotterdam Junio 1990 pp 603 a 610

Bieniawski ZT (1989) ldquoEngineering Rock Mass Classificationsrdquo John Wiley amp Sons Canada

Ferrer M y Varona P (1998) ldquoCaacutelculo de factores de seguridad con FLACrdquo INGEOPRES Num 58 Marzo 98 pp 38 a 41 Entorno Graacutefico SL

Galera JM y Velasco P (2002) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de Taludesrdquo INGEOPRES Num 105 Junio 2002 pp 16 a 22 Entorno Graacutefico SL

Garciacutea L A (2008) ldquoEstimacioacuten de la Probabilidad de Fallo por Deslizamiento de una Presa de Hormigoacuten de Gravedadrdquo II Semana Internacional Sobre la Aplicacioacuten del Anaacutelisis de Riesgos a la Seguridad de Presas Valencia Espantildea

Gutieacuterrez del Olmo J y Velasco P (2003) ldquoAnaacutelisis de Estabilidad de un Frente de Tuacutenel Superficialrdquo INGEOPRES Num 122 Agosto 2003 pp 16 a 24 Entorno Graacutefico SL

Keykah H A et al (2011) ldquoKinematic Analysis of Blocks in Tunnel on the Basis of Discontinuitiesrdquo EJGE Vol 16 pp 513 a 520

Romana M (2005) ldquoEmboquilles Interseccioacuten de Talud y Tuacutenelrdquo VI Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables Junio 2005

el portal Guadalajara del tuacutenel Paso del Jaguar cuya compli-cacioacuten en su construccioacuten fue consecuencia del movimiento de dos fallas la de mayor importancia es la falla Jaguar la cual ha generado desplazamientos de hasta 50 cm en la ladera De-bido a que la geologiacutea es muy variable e impredecible resulta necesario monitorear el comportamiento del terreno en todas las etapas constructivas tanto de taludes como de tuacuteneles es el caso de este tuacutenel que presentoacute grandes movimientos y deformaciones se instalaron varios inclinoacutemetros y referencias topograacuteficas en los taludes para medir esos desplazamientos y poder entender lo que estaba pasando y a su vez dar una solucioacuten para estabilizar el tuacutenel y los cortes adyacentes La solucioacuten dentro del tuacutenel fue construir una contraboacuteveda en los primeros metros desde el Portal Guadalajara para poder contrarrestar el movimiento de la ladera

La construccioacuten de tuacuteneles comienza con la excavacioacuten de los portales etapa en la que se encontraba el tuacutenel El Puma Se estaba realizando el banqueo hasta cierto nivel para inme-diatamente estabilizar con concreto lanzado y anclas amarra-das con una viga y asiacute continuar hasta un nivel que permita emportalar el tuacutenel

Visita a los tuacuteneles de la autopista Jala-Puerto Vallarta

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

JOSEacute ALONSO ALANIS ROJAS FILIBERTO CRUZ PEacuteREZANGELA DURAacuteN ZUacuteNtildeIGA JOSEacute ALEJANDRO LOZADA CAPETILLO Alumnos de la maestriacutea en construccioacuten con orientacioacuten a tuacuteneles y obras subterraacuteneas

Como parte del necesario proceso de reafirmacioacuten de los conocimientos adquiridos en la maestriacutea de tuacuteneles y obras subterraacuteneas de la UNAM el diacutea 27 de abril del 2018 realizamos la visita a la construccioacuten de la autopista Jala ndash Puerto Vallarta en el estado de Nayarit

De mantildeana nos dirigimos al campamento de GEOSA donde nos encontramos con el ingeniero Fermiacuten Saacutenchez y su equipo para dirigirnos a la obra Cruzamos la zona montantildeosa por el suroeste de Compostela donde se observaron grandes cortes al relieve correspondientes a la provincia fisiograacutefica del Eje Neovolcaacutenico Transmexicano

Durante el recorrido pasamos por algunos cortes carreteros cuyos taludes mostraban afloramientos de todo tipo algunos de geologiacutea uniforme y otros cuya complejidad nos haciacutea re-flexionar sobre los cambios y complicaciones que existen en un medio desconocido y cambiante con que el que tiene que lidiar un tunelero Avanzamos en la ruta hasta encontrarnos con

Fotografiacutea 1 Cimbra en el tuacutenel El paso del jaguar tomada por el M I Fermiacuten Saacutenchez

100

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0 2 3 4 5

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Factor de Seguridad

P(Fslt15)=000

Poba

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)

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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El portal Guadalajara del tuacutenel Las Truchas estaba en los primeros metros de excavacioacuten por suerte pudimos pre-senciar una voladura y darnos cuenta de la importancia y delicadeza de este tipo de procedimientos es decir se paran todas las labores se cierran caminos y el personal es retirado a un aacuterea segura ya que se libera gran cantidad de energiacutea y auacuten a una distancia relativamente lejos se siente el golpe del estruendo de los explosivos Para poder hacer la rezaga del material desprendido por la voladura se tiene un protocolo en obra de esperar mas de media hora para que los gases nocivos generados por los explosivos se disipen por medio de extractores de gases

Se termina el diacutea y el cansancio reclama descanso Parti-mos rumbo a Chacala donde se acabaraacute el diacutea En el camino una mezcla de sentimientos nos mantiene callados pronto estaremos resolviendo aquellos problemas que dejamos pendientes estaremos a cargo quienes laboran y seraacuten usuarios de la obra con el cenit de frente pensamos y nos convencemos de que no nos equivocamos de ser parte del gremio tunelero y que aunque existan problemas que parez-can imposibles de resolver tendremos siempre la ensentildeanza de nuestros profesores y la confianza de que forjamos un criterio propio de hacer siempre lo que creemos correcto

Agradecemos en primera instancia al Ing Fermiacuten Saacutenchez Reyes acadeacutemico de la maestriacutea en tuacuteneles y Obras subte-rraacuteneas de la UNAM por los conocimientos transmitidos a nosotros sus alumnos y motivarnos para la realizacioacuten de esta visita

A las empresas GEOSA y AZVI GIA por las facilidades para acceder al aacuterea de trabajo asiacute como su disponibilidad para transmitir sus conocimientos

A la coordinacioacuten de construccioacuten de la maestriacutea por la ayuda a las gestiones administrativas

Fotografiacutea 2 Asistentes a la praacutectica de campo Generacioacuten 2018-1

Actividades Grupo de Ingenieros Joacutevenes

Actividades XVI CONSEJO DIRECTIVO

Entre los meses de noviembre de 2018 y febrero de 2019 los miembros del XVI Consejo Directivo hemos dedicado la mayor parte de nuestro trabajo en AMITOS a cuestiones administrativas legales y contables muy importantes y que eran necesarias de encauzar

Como parte del Proyecto de Asociacioacuten que presentamos el pasado mes de agosto durante la Asamblea en que fuimos investidos hemos comenzado a trabajar en las siguientes actividades

bull Reestructuracioacuten completa de nuestra paacutegina web bull Escaneo de las portadas e iacutendices de todos los libros de nuestra biblioteca asiacute como la elaboracioacuten de una base de datos con todas

las fichas bibliograacuteficas bull Creacioacuten del Archivo Fotograacutefico AMITOS bull Elaboracioacuten de la Propuesta para la Candidatura de Meacutexico para albergar el Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten bull Muacuteltiples reuniones acadeacutemicas con los profesores de la Maestriacutea en Construccioacuten con Orientacioacuten a Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas y

con miembros de Alianza FiiDEM bull Avances en la redaccioacuten del libro ldquoBreve Historia de los Tuacuteneles y su Paso por Meacutexicordquo bull Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

Paacutegina web

Biblioteca digital

Actualmente tenemos fuera de liacutenea nuestra paacutegina sin em-bargo ya estamos proacuteximos a volver a activarla no solo hemos desarrollado una imagen completamente nueva en la parte visual y esteacutetica sino que ademaacutes estamos convirtieacutendola en una auteacutentica plataforma web en la que los usuarios podraacuten utilizar nuestras bases de datos complementadas con motores de buacutesqueda para bibliografiacutea fotografiacutea videos miembros y socios de AMITOS etceacutetera ademaacutes estamos creando una red social en la que los socios que esteacuten al corriente en sus cuotas podraacuten crear su propio perfil con fotografiacutea e informacioacuten profesional comunicarse con otros miembros buscar personas de acuerdo a su especialidad etceacutetera

La nueva plataforma web tendraacute los correspondientes ldquolinksrdquo para contactar a las muacuteltiples asociaciones y sociedades her-manas de AMITOS asiacute como a nuestros anunciantes Tambieacuten mantendremos el libre acceso a todos los nuacutemeros de nuestra Revista Obras Subterraacuteneas Asimismo la fototeca seraacute de libre acceso y tendraacute bases de datos y motor de buacutesqueda soacutelo que cuidando debidamente los derechos de las fotografiacuteas eacutestas podraacuten verse uacutenicamente con una marca de agua existiraacute una herramienta para solicitar imaacutegenes directamente a AMITOS bajo compromiso firmado de respetar los derechos de aquellas que los tengan Los videos de la videoteca podraacuten ser vistos en liacutenea siempre y cuando AMITOS tenga derechos de reproduccioacuten

Tambieacuten se estaacute implementando un sistema de inscripcioacuten on-line tanto para ser socio como para eventos que incluye pago viacutea Paypal

A partir del escaneo de portadas e iacutendices de todos los ejemplares de nuestra biblioteca y de la inclusioacuten de una vasta coleccioacuten de artiacuteculos y libros estamos construyendo una base de datos en la que a traveacutes del portal de internet los usuarios podraacuten hacer consultas y buscar contenidos por temas autores etc Asimismo contaraacute con una he-rramienta para solicitar informacioacuten y eventualmente copia de alguna publicacioacuten La Biblioteca estaacute abierta a todos los socios de AMITOS y pueden presentarse a nuestras instalaciones para su utilizacioacuten

Archivo fotograacutefico de AMITOSActualmente tenemos catalogadas y ordenadas unas 300 fo-tografiacuteas de nuestras obras subterraacuteneas cada una con su correspondiente ficha que incluye el nombre del tuacutenel (en su caso) la obra a la que pertenece el antildeo de la fotografiacutea el autor y una breve descripcioacuten Las fotografiacuteas estaacuten ordenadas por tipo de tuacutenel yu obra subterraacutenea es decir tuacuteneles de carretera de ferrocarril drenaje agua potable o acueductos en general obras hidroeleacutectricas transporte urbano etc Por otro lado he-mos convocado a toda la comunidad de AMITOS a enviarnos fotografiacuteas con su correspondiente ficha para alimentar nuestro acervo la direccioacuten de correo es acervo_fotograacuteficoamitosorg (ccp amitosamitosorg) En lo que queda de nuestra gestioacuten seguiremos en busca de fotos representativas y de buena calidad de nuestras obras subterraacuteneas En las pasadas semanas establecimos contacto con el archivo de Fundacioacuten ICA y proacuteximamente estaremos trabajando con ellos en la buacutes-queda y reproduccioacuten de las fotos de las obras subterraacuteneas maacutes emblemaacuteticas que posee dicho archivo El ingeniero Rauacutel Loacutepez Roldaacuten estaacute brindaacutendonos un apoyo invaluable a traveacutes de sus conocimientos y de su biblioteca

ASOCIACIOacuteN MEXICANA DE INGENIERIacuteA DE TUacuteNELES Y OBRAS SUBTERRAacuteNEAS A C

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Congreso Mundial de Tuacuteneles 2022 con sede en Cancuacuten Breve historia de los tuacuteneles

y su paso por Meacutexico

Primer certamen de fotografiacutea AMITOS 2019

El pasado 10 de enero AMITOS presentoacute de forma oficial ante la ITA la candidatura para albergar el WTC-2022 Ademaacutes de la carta oficial hemos presentado una cantidad muy importante de documentos mismo que requiere la ITA para aceptar la propuesta los documentos incluyen desde la cede (centro de convenciones) lista de hoteles accesibilidad disponibilidad de habitaciones asiacute como planos y mapas de todos los salo-nes a usarse en los distintos eventos del congreso asimismo presentamos un programa preliminar de actividades tanto teacutecnicas como sociales y turiacutesticas Actualmente estamos tra-bajando en el brochure de presentacioacuten para su distribucioacuten en el congreso de Naacutepoles 2019 Durante la celebracioacuten del congreso mundial 2019 tendremos un stand en la zona de expo dedicado a nuestra candidatura en eacutel colocaremos posters y banners proyectaremos videos y regalaremos objetos alusi-vos a nuestro congreso en un determinado diacutea daremos una charla sobre nuestra organizacioacuten y las ventajas que tiene la celebracioacuten del WTC-2022 en Meacutexico Con todas estas acciones esperamos firmemente ganar la eleccioacuten ante nuestro uacutenico competidor La India

El diacutea de hoy podemos decir que la redaccioacuten de esta obra estaacute en un 90 completa actualmente cuenta con 255 paacute-ginas (incluyendo figuras) y una vez terminada la redaccioacuten pasaremos a la fase de edicioacuten que incluye revisioacuten de es-tilo tratamiento de imaacutegenes revisioacuten bibliograacutefica y disentildeo graacutefico la meta que nos hemos puesto es tenerlo listo para impresioacuten a finales de 2019

Tal y como podraacuten ver en este nuacutemero de la revista OS hemos convocado a un concurso de fotografiacutea de obras subterraacuteneas la idea de este concurso es ademaacutes de alentar a nuestros ingenieros tuneleros a explotar sus capacidades artiacutesticas y transmitir las grandes emociones que nos produce nuestro trabajo con las fotografiacuteas que recibamos enriqueceremos sin duda y de manera muy importante nuestro acervo de imaacutegenesEn cuanto a las actividades gremiales del XVI Consejo Di-rectivo un servidor participoacute el diacutea 7 de noviembre de 2018 como conferenciante magistral en XIII Seminario Andino de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas asiacute como invitado especial para inaugurar el evento Durante esta jornada los presidentes de varias Asociaciones de Tuacuteneles de Iberoameacuterica tuvimos una reunioacuten en la que firmamos un compromiso de formar un grupo de trabajo con el fin de coadyuvar al fortalecimiento de nuestra industria tunelera asiacute como de establecer viacutenculos cientiacutefico tecnoloacutegicos y acadeacutemicos entre nuestros paiacuteses Este evento fue realizado por la Asociacioacuten Colombiana de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas ACTOS y en nombre de nuestra Asociacioacuten quiero extender un profundo agradecimientoPosteriormente los diacuteas 8 y 9 de noviembre en nombre de AMITOS tuve el placer de participar con dos conferencias en el XVI Congreso Colombiano de Geotecnia celebrado en la ciudad de Paipa y organizado por la Sociedad Colombiana de Geotecnia Al igual que en el caso anterior en nombre de AMITOS quiero extender mi maacutes profundo agradecimiento a dicha Sociedad

Libro Maestriacutea en Obras SubterraacuteneasEn estos meses hemos celebrado muacuteltiples reuniones con profesores y acadeacutemicos de la UNAM asiacute como con miembros de Alianza FiiDEM socios de AMITOS involucrados en el programa El objetivo ha sido llevar a cabo una revisioacuten exhaustiva de planes de las asignaturas y elaborar un estudio comparativo con otros programas similares que se imparten en otras partes del mundo A partir de la certificacioacuten que nuestra maestriacutea recibioacute por parte de la ITA y que nos coloca como parte de los 5 uacutenicos planes de especializacioacuten en obras subterraacuteneas del mundo que la poseen es muy importante llevar un seguimiento riguroso de la calidad de nuestros programas ya que cada 3 antildeos es necesario renovarla En estos diacuteas estamos elaborando un poacutester publicitario mismo que colocaremos en todos los edificios de la Facultad de Ingenieriacutea asiacute como en otras escuelas como el Politeacutecnico el Tec de Monterrey la Ibero y varias universidades a lo largo del paiacutes en este poacutester se invita a los interesados a asistir a una jornada de charlas que tendraacute lugar en marzo en el auditorio Javier Barros Sierra de nuestra Facultad Asimismo el folleto de la maestriacutea que aparece en este nuacutemero de la revista OS seraacute distribuido durante la presentacioacuten

Por uacuteltimo queremos comunicar a toda nuestra comunidad que proacuteximamente estaremos convocando a una Asamblea General en la que presentaremos un exhaustivo informe de todas las gestiones administrativas legales y fiscales que hemos realizado en los uacuteltimos meses

Actividades XVI Consejo Directivo

Cuarta de forros(uacuteltima paacutegina)$1402400

2 y 3 de forros$1285500

Media paacutegina$642800

Cintillo(4 cm)$175300

Paacutegina central$1402400

Paacutegina interior$ 1168700

14 de paacutegina$350600

Agregar a estas cuotas de recuperacioacuten el IVA y el pago deberaacute efectuarse por anticipado

Cuotas sujetas a cambio con previo aviso

La cuota no incluye disentildeo yo correccioacuten de estilo soacutelo se haraacuten adecuaciones miacutenimas

Se recibiraacuten imaacutegenes con formato jpg tiff ai png o psd de alta resolucioacuten (300 dpi o superior) por correo electroacutenico o CD y con prueba de color BEST COLOR

Aportacioacuten por publicidad

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erada

Bases del concurso

a) Podraacuten participar todas las personas que asiacute lo deseen mexicanas o extranjerasb) El tema rigurosamente seraacute Obras Subterraacuteneas sin ninguna restriccioacuten en cuanto al tipoc) Se podraacute enviar un maacuteximo de 3 fotografiacuteasd) Las fotografiacuteas se deberaacuten enviar en formato digital con una resolucioacuten no menor de 300 pixeles por pulgada y un tamantildeo no menor a 30 cm en su lado maacutes grande (alto o ancho)e) No hay restricciones en cuanto al uso de colores o efectosf) Las fotos deberaacuten incluir tiacutetulo autor fecha de la toma (puede ser aproximada) y el nombre de la obra en la que fue tomadag) Los derechos de las fotografiacuteas permaneceraacuten en manos de los autores pero aceptaraacuten compartirlos con AMITOS para formar parte del acervo graacutefico y para fines de marketing y comunicacioacuten

Jurado

El jurado estaraacute compuesto por 4 fotoacutegrafos de reconocida trayectoria

PRIMER CERTAMEN DE FOTOGRAFIacuteA AMITOS 2019

ESPERAMOS CONTAR CON SU PARTICIPACIOacuteN

AtteXVI Consejo Directivo

Criterios de Seleccioacuten

Las fotografiacuteas podraacuten ser seleccionadas por su calidad y su teacutecnica pero tambieacuten por la historia que cuenten Las fotos que no cumplan con las especificaciones del inciso d) de las bases seraacuten descalificadas

Plazo

Los participantes deberaacuten enviar sus fotografiacuteas antes del 30 de mayo de 2019 La direccioacuten de enviacuteo es foto_certamenamitosorg

Fotos seleccionadas y premiacioacuten

Habraacute un primero segundo y tercer lugar para fotografiacuteas individuales y una mencioacuten especial a la mejor coleccioacuten de 3 fotografiacuteas La premiacioacuten tendraacute lugar en la fecha (auacuten por definir) de la Asamblea General de AMITOS durante el verano de 2019 Ademaacutes de las fotos premiadas se haraacute una seleccioacuten de al menos 100 imaacutegenes que pasaraacuten a formar parte del archivo de AMITOS y sus autores recibiraacuten un reconocimiento

La Asociacioacuten Mexicana de Ingenieriacutea de Tuacuteneles y Obras Subterraacuteneas AC invita al puacuteblico en general a participar en nuestro PRIMER CERTAMEN FOTOGRAacuteFICO

Un rubro muy importante del Proyecto de Asociacioacuten que desarrollamos para el XVI Consejo Directivo incluye una labor de recopilacioacuten documentacioacuten y catalogacioacuten de nuestro acervo subterraacuteneo del cual el material graacutefico forma una parte fundamental por ello decidimos invitar a nuestros miembros y al resto de la comunidad a sumarse a esta accioacuten a la vez de motivarlos a explotar su talento visual compartiendo la pasioacuten que sentimos por nuestras singulares obras

AMITOS XVI

RIO MIXCOAC No 30 MEXICO DF TEL 52-00-22-70 cesawprodigynetmx

CONSTRUCTORA ESTRELLA SA DE CV

Constructora Estrella SA de CV empresa 100 mexicana con una trayectoria de maacutes de 60 antildeos contribuyendo al desarrollo del paiacutes participa en la construccioacuten de Proyectos de muchos tipos tanto en las ciudades como en el campo apoyando al crecimiento de la

infraestructura

Es la empresa con mayor antiguumledad en la construccioacuten de obra subterraacutenea en la Ciudad de Meacutexico pionera al habilitar el primer escudo de frente de rejillas para excavar en arcillas blandas colectores de 4 metros de diaacutemetro a 15 metros de profundidad Con visioacuten para el desarrollo de nuevas tecnologiacuteas empleadas en la construccioacuten de obras subterraacuteneas que a la fecha se siguen empleando con un alto grado de efectividad ha participado en muchos

proyectos

Actualmente es integrante del grupo encargado de la construccioacuten del Tuacutenel Emisor Oriente

EXCAVACIOacuteN CON MAacuteQUINA TUNELADORA

TUacuteNEL EN ROCA SUAVE

REVESTIMIENTO DRENAJE PROFUNDO

LUMBRERAS FLOTADAS

TUacuteNEL CONDUCCIOacuteN EN ROCA PRESA EL GALLO

MICROTUNELEO REPARACIOacuteN DRENAJE

PROFUNDO