Construcción de túneles. La Construcción

El método observacional en el siglo XXI

El Método Observacional es la metodología adecuada para ejercer un correcto control de calidad en la fase de construcción del túnel, manteniendo, al mismo tiempo, la necesaria interrelación con los criterios desarrollados en la fase de proyecto.

El Método Observacional establece en el proyecto los niveles de riesgo aceptables que deben ser respetados durante la construcción del túnel. En la fase de construcción, realiza mediciones sistemáticas de las deformaciones y de las tensiones, estableciendo un protocolo de actuación cuando se rebasan los límites establecidos.

El Método Observacional, aplicado a los túneles, es una herramienta necesaria para alcanzar la calidad global. Desde su primera definición (Peck, 1964), ha experimentado varias actualizaciones y adaptaciones, tanto en el siglo XX como en el siglo XXI.

Recientes actualizaciones de Método Observacional

Año Documento
2001 ICE Managing Geotechnical Risk
2003 CIRIA C580 Embedded Retailing Walls
2004 Eurocódigo 7 (2004)
2005 French IREX 2005
2005 German DIN STANDAR 1054:2005-1
2005 Dutch Document 166

El método observacional, aplicado a los túneles, permite el control de las incertidumbres en el diseño, promueve la formación de un equipo de trabajo entre proyectista y constructor, mejora el control y la gestión del método constructivo, optimiza el diseño, mejora la seguridad en la construcción y optimiza el costo y el plazo de ejecución. Las condiciones para utilizar el método observacional vienen indicadas en la Tabla 4 del Eurocódigo 7, cláusula 2.7.

El método observacional es también una herramienta eficaz como instrumento de toma de decisiones, para seleccionar y controlar la excavación y los sostenimientos en terrenos heterogéneos, en túneles someros con alta variabilidad en el comportamiento de los terrenos y en las deformaciones (desplazamientos) en el túnel, y en los asientos en superficie.

 

La mayor dificultad para alcanzar la calidad global en un túnel se debe a las incertidumbres geológicas y geotécnicas del terreno, por lo que es necesario diseñar y desarrollar una campaña geológica acorde con la importancia y complejidad del túnel.

En estas circunstancias el proyecto deberá desarrollar un diseño seguro, no susceptible de modificación durante la fase de construcción, que permita mantener la estabilidad del túnel y las deformaciones y los asientos en valores aceptables en cualquier situación previsible para un proyecto concreto.

Para conseguir estos objetivos, puede ser necesario recurrir a tratamientos previos del terreno, que aseguren la estabilidad del frente y la general del túnel (abatimiento del nivel freático, inyecciones, refuerzos del frente,…).

El método observacional se convertirá en el siglo XXI en una herramienta rápida, eficaz y fiable de control del proceso constructivo y de las deformaciones en tiempo real: utilizando instrumentos de medida de mayor precisión y técnicas de retroanálisis; empleando códigos numéricos con modelos de comportamiento lineal y no lineal del terreno; usando sistemas de transmisión inalámbrica de los datos y realizando un tratamiento de los datos utilizando técnicas de visualización.

El método observacional verá reforzada su eficacia y fiabilidad en terrenos blandos y heterogéneos, utilizando diversas técnicas como: la prospección sísmica delante del frente (TSP), la técnica de análisis de los componentes tridimensionales del desplazamiento en las proximidades del frente para detectar fallos, zonas de fractura del terreno, con la utilización de métodos estadísticos (neural, neuro-fuzzy, analytical) (J.L. Rangelt al 2003).

Los requisitos establecidos en el Eurocódigo 7 (2004), cláusula 2.7 para la utilización del MÉTODO OBSERVACIONAL, pueden no cumplirse en determinadas circunstancias como: túneles en suelos muy blandos en terrenos permeables y alto nivel hidrostático, en terrenos con deterioro rápido de sus propiedades, etc.

En las condiciones anteriormente indicadas, puede ser más adecuado, técnicamente, utilizar escudos presurizados en lugar de métodos convencionales, cuando las circunstancias y las condiciones económicas lo aconsejen.

La eficacia en la aplicación del método observacional se verá acrecentada en el transcurso del siglo XXI con la utilización de nuevas tecnologías como: sistemas digitales de procesado de imagen, sistemas de visualización geotécnica GVT, sensores inalámbricos WSN, técnicas de análisis digital de la imagen, sensores de fibra óptica, microsensores y nanosensores, etc.

Principales tecnologías de control en túneles en el siglo XXI

– Control geodésico de las deformaciones. [65]

– Gestión, en tiempo real, de las tensiones; sistema digital. [62]

– Medición de convergencias con métodos fotogramétricos digitales. [65, 58]

– Sensores LVDT (real time). [6]

– Sistema digital de procesado de imagen para evaluar datos geotécnicos o temáticos; medición de la extrusión del frente. [73]

– Método Observacional continuo con retroanálisis incorporado. [62]

– Posicionamiento automático de aparatos topográficos.

– Estaciones totales de precisión TCA para medir deformaciones.

– Herramienta de visualización geotécnica (GVT), láser-escáner (¿2020?). [15]

– Toma automática de perfiles.

– Control direccional de tuneladoras.

– Red de sensores inalámbricos de control (WSN).

– Control remoto en tiempo real de asientos en superficie, mediante análisis de imagen digital.

– Sistema de control mediante cámaras digitales y con tratamiento de la imagen (Image Based Monitoring System).

– Sensores de fibra óptica. [12]

– Sistema de alerta integrado inalámbrico (Wireless Multihop Network Real Time Monitoring). [38, 86, 71]

– Micro-sensores múltiples.

– Micro-sensores “inteligentes”.

– Nano sensores “inteligentes” (¿2030?).

Control integrado del proceso

En los próximos años, se implantará en los túneles un sistema digital integrado de gestión de todas las fases de desarrollo, desde los primeros estudios hasta la fase final de la vida útil, mediante la utilización de una plataforma digital común que permita almacenar, disponer y tratar los datos generados en las diferentes etapas de su vida útil.

En los próximos años se instalará en los túneles un sistema digital integrado de gestión, que abarcará todas las fases —desde su diseño hasta su explotación—. Túnel de Cela en Barajas (Madrid).

Fase de Diseño

En la fase de diseño y proyecto se incorporarán métodos sofisticados que originen modelos geológico-geotécnicos en 3D, más precisos y fiables, con menos incertidumbres; se aplicarán metodologías precisas para evaluar y mitigar los riesgos inherentes a la construcción y explotación, que permitan diseñar túneles más económicos y con plazos más cortos de ejecución. [7, 31, 42, 61, 68, 69, 77]

Fase de Construcción

El control del proceso constructivo de un túnel es una actividad esencial en el objetivo de alcanzar la calidad global. La implantación de un control en tiempo real permitirá un control más ágil, eficaz y fiable. [62]

Este sistema de control incorpora nuevos métodos de medición de deformación, más rápidos y de mayor precisión (láser-escáner de alta precisión, métodos geodésicos, métodos fotogramétricos, fibra óptica, nuevos sensores inalámbricos, …).

Los datos obtenidos por los aparatos de auscultación DTE (Digital Tunnel Engineering) se transmitirán a través de un sistema de comunicación digital DCE a un centro de grabación continua, realizando la evaluación en tiempo real de los datos mediante un sistema de grabación y de tratamiento digital de éstos, aplicando tecnologías como la imagen digital, la visualización y la computación. [30]

La fase común digitalizadora del sistema permite, de un modo ágil, disponer de todos los datos del proyecto, así como, en tiempo real, de los datos generados en la construcción, convirtiendo el MÉTODO OBSERVACIONAL en un método continuo y preciso de control, capaz de generar una respuesta rápida en la obtención de deformaciones y en el proceso de análisis de los resultados. Esto es particularmente importante en zonas urbanas sensibles y en situaciones comprometidas. La aplicación de este sistema digital, agiliza y asegura la toma de decisiones, en caso necesario, para garantizar la seguridad durante la construcción. [87]

Fase de Explotación

Durante la fase de explotación y mantenimiento, se dispondrá de los datos del proyecto y de los generados en la construcción y en la explotación; esto permitirá minimizar los costos de explotación y mejorar la eficacia de los trabajos de mantenimiento durante la vida útil del túnel. [87]

Tecnología de Información y Comunicación

El túnel estará comunicado con diversos centros internos y externos para acceder a las bases de datos y a los diversos módulos de apoyo, empleando las nuevas Tecnologías de Información y Comunicación (TIC).

La Unión Europea está desarrollando varios proyectos para mantener un nivel de seguridad adecuado en los túneles y disminuir el riego de accidentes durante su explotación.

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