CAPITULO I

AUSCULTACION

1) GENERALIDADES

La auscultación surge como medida ante la incertidumbre que se tiene al excavar

túneles, en los cuales de acuerdo a algunos parámetros y características de las rocas

observadas se pretende evaluar el grado de inestabilidad en la excavación y

sostenimiento del túnel.

La instrumentación empleada con más frecuencia en este tipo de obras está

encaminada a medir los movimientos relativos del terreno hacia el interior de la

excavación, que proporciona una información directa y por lo tanto, con menos

posibilidad de error.

Mediante las CONVERGENCIAS se miden los desplazamientos del contorno del túnel,

mientras que con los EXTENSOMETROS y con los INCLINOMETROS se miden los

movimientos en el interior del macizo rocoso. Además se emplea también una

instrumentación cuyo fin es medir las tensiones en los elementos de sostenimiento:

CELULAS DE PRESION para evaluar las tensiones del hormigón proyectado, CELULAS

DE CARGA para medir tensiones en los bulones, incluso EXTENSOMETROS adheridos

a las cerchas para conocer su deformación y por lo tanto, su estado tensional.

También se usa topografía convencional para medir desplazamientos, aunque debe

emplearse equipos de alta precisión (1mm). Los desplazamientos en túneles medidos

son generalmente los superficiales en un túnel en construcción. Menos empleada que la

anterior es la medición de contornos de la excavación.

En la tabla siguiente se han resumido las mediciones de auscultación mas frecuentes

hoy en día dentro del campo de las obras subterráneas. En los apartados posteriores se

incide más en profundidad en los principales sistemas de instrumentación.

MEDICION

APARATO

CONVERGENCIAS, DEFORMACIONES DEL CONTORNO DEL TUNEL

CINTA EXTENSOMETRICA

TOPOGRAFIA

ASIENTOS SUPERFICIALES

TOPOGRAFIA

MOVIMIENTOS DEL INTERIOR DEL TERRENO

EXTENSOMETRO DE VARILLAS

INCLINOMETRO

MICROMETRO DESLIZANTE

DEFLECTOMETRO

NIVEL FREATICO

PIEZOMETRO

TENSIONES EN EL SOSTENIMIENTO

HORMIGON PROYECTADO

CELULAS DE PRESION

MEDIDOR DE DEFORMACION

BULONES

CELULAS DE CARGA

BULON INSTRUMENTADO

CERCHAS

EXTENSOMETROS

CINTA EXTENSOMETRICA

2) MEDIDAS DE CONVERGENCIA

La medición de la convergencia es la instrumentación más rápida, económica y más

utilizada para control de la excavación de un túnel. La medición se realiza enter unos

puntos que se anclan a la roca o al hormigón proyectado en el contorno del tunel. Según

loos diversos sistemas, estos puntos poseen en su extremo una rosca o un gancho

donde se aplica el aparato de medición. El punto de medida debe ir protegido con un

tapón a fin de aislarlo del polvo del ambiente, que suele ser muy abundante en los

tuneles en construcción.

En una sección se colocan generalmente 3 o 5 puntos o clavos de convergencia. Lo mas

habitual es un punto en la clave y dos en cada hastial.

La sección de medida debe colocarse y empezar a medir rápidamente, de lo contrario se

pierde gran parte de las deformaciones producidas.

De todas formas hay un porcentaje importante que se produce por delante del frente

(30% aprox) y otro porcentaje que se produce al empezar a medir (20%) por lo que las

convergencias miden solamente un 50% del movimiento total. Se recomienda realizar

las medidas diariamente, 2 veces al día incluso, hasta que se haya alcanzado la

estabilización de los movimientos. Es conveniente realizar además medidas posteriores

de comprobación con periodicidad mensual.

La medida de convergencia es relativa, ya que solo se conoce la variación de distancias

entre 2 puntos de medida, pero no se conoce el movimiento real. Por esto las

convergencias se usan más de forma cualitativa que cuantitativa. Lo que más interesa

es conocer si la deformación se estabiliza y cuánto tarda en hacerlo, así como

comparación de secciones que nos dar una idea de la calidad de la roca y si el

sostenimiento es el adecuado.

Normalmente se coloca una sección cada 25m en túneles, a veces 12 o 15 metros si se

trata de zonas especialmente problemáticas.

La figura muestra la cinta extensométrica y la ubicación de puntos en el tunel

3) MEDIDA DE ASIENTOS SUPERFICIALES

En ciertas ocasiones resulta muy conveniente controlar los asientos superficiales por encima del túnel. Esto es especialmente evidente en túneles urbanos, donde existen edificaciones próximas y la cobertera sobre la excavación es pequeña. En túneles de montaña no se suele hacer salvo circunstancias especiales.

El método habitual de media es topográfico, utilizando un nivel de precisión, que permite apreciar el medio milímetro. Los hitos o puntos de nivelación se distribuyen sobre la traza del túnel situado uno ovarios lo suficientemente alejados del mismo para que sirvan de referencia. De este modo el nivel puede estacionarse dentro de la zona de influencia de la excavación

4) EXTENSOMETROS E INCLINOMETROS

Los extensómetros de varillas y los inclinómetros son los aparatos mas usados para medir los movimientos del interior del macizo rocoso. Son caros de instalación, por lo que únicamente se colocan en puntos de especial problemática, que requieran un análisis más detallado.

En los túneles conviene normalmente concentrar todos los aparatos de medida en una misma sección completa de auscultación, situada en una zona que pueda considerarse a priori más complicada que el resto.

Las secciones completas necesariamente han de ser pocas en número debido a su alto coste, pero a lo largo del tendremos gran numero de secciones de convergencia, con lo que podremos extrapolar los resultados de las secciones completas a toda la excavación.

El funcionamiento del extensómetro de varillas, está formado por un taladro en el que van alojadas una o varias varillas. Las varillas están protegidas por una vaina de plástico excepto su parte final. Al rellenar el taladro con una inyección de mortero se consigue anclar cada varilla a profundidades distintas. En la cabeza se coloca una pieza especial que permite leer la posición de cada varilla, bien mediante un reloj comparador, bien de forma automática mediante un potenciómetro. El extensómetro, pues, proporciona la variación de la distancia relativa entre la cabeza y cada punto de anclaje. No se trata de una medida absoluta, y si queremos conocerlos movimientos absolutos debemos controlar topográficamente la cabeza o bien suponer que la varilla más profunda no sufre desplazamientos. Las lecturas son de gran precisión (hasta la centésima de milímetro= y con poca dispersión en los resultados.

La figura muestra la instalación de un extensómetro.

El extensómetro puede colocarse desde el interior o desde el exterior del túnel, en general será preferible desde el exterior, pues puede comenzar a medirse antes del paso del frente por la sección, y además la lectura es mucho más cómoda. Desde el

interior tendremos el mismo problema que con las convergencia: gran parte del movimiento ya habrá ocurrido cuando empiecen las lecturas. El problema de los extensómetros de exterior es que únicamente pueden instalarse en el caso de túneles relativamente someros.

Por otra lado el inclinómetros, permite medir movimientos del terreno en dos direcciones perpendicular, pero contenidas en un mismo plano horizontal, se introduce un tubo provisto de ranuras que sirve de guía. En el tubo se introduce una sonda que se desplaza por el tubo , siguiendo las guías. Esta sonda es capaz de medir su desviación con respecto a la vertical La sonda se introduce hasta el fondo y se va extrayendo, efectuando una lectura a profundidades dadas. Solo puede colocarse desde el exterior, por lo que en túneles profundos no puede colocarse.

La figura muestra en funcionamiento de un inclinómetro.

5) CELULAS DE CARGA Y DE PRESION

Para medir las tensiones a las que trabaja el hormigón proyectado, o el anillo de hormigón encofrado de un túnel, se utilizan las células de presión. Su funcionamiento es hidráulico y constan de una placa hueca elástica rellena de un liquido a presión. Midiendo las variaciones de presión de dicho líquido conoceremos los incrementos de presión del material que rodea a la placa, que es el hormigón.

Las células pueden colocarse de forma radial o tangencial, las radiales miden la presión que el terreno ejerce sobre el revestimiento, mientras que los tangenciales miden las comprensiones dentro del anillo de hormigón. Estas medidas tienen una probabilidad alta de contener errores debido a defectos en la colocación de las células: el apoyo entre placa y terreno no es perfectamente liso, el hormigón no envuelve perfectamente a la placa, el mecanismo hidráulico de la célula pierde presión, etc.

Las células de carga miden de forma mecánica o hidráulica la fuerza que la placa de cabeza de un anclaje ejerce sobre la roca. En los anclajes es de mucha utilidad para su control, pero la aplicación a los bulones de un túnel no es inmediata.

En efecto, los bulones usados como sostenimiento de excavaciones subterráneas son generalmente pasivos y de anclaje repartido en toda su longitud, por lo que teóricamente su placa no ejerce presión sobre la roca. Si en un bulón normal colocamos una célula de carga no mediremos nada. Por lo tanto, para controlar el bulón lo que se suele hacer es instrumentar un anclaje de barra en lugar de un bulón. Es decir, el bulón con célula deberá ser activo y anclado solo en la punta dejando el fuste libre. De este modo podremos medir la evolución de la carga del bulón a lo largo del tiempo.

La figura muestra en la disposición de las células de carga en una sección del túnel

6) REPRESENTACION DE DATOS E INTERPRETACION DE RESULTADOS

La utilidad principal de la instrumentación es poder disponer a diario, durante la ejecución del túnel, de gráficos con curvas donde se representen las lecturas actualizadas para cada di. Esto permite observar rápidamente la tendencia a la estabilización o no de cada sección, con lo que los técnicos a pie de obra pueden tomar decisiones en lo relativo a sostenimientos a aplicar, refuerzos, medidas especiales, longitud y velocidad de avance, etc. Esto exige lógicamente, que los técnicos de la obra tengan cierta experiencia en construcción de túneles.

La auscultación exige un tratamiento informático de no demasiada envergadura. Otra utilidad interesante de la auscultación, es comprobar si los cálculos efectuados durante la fase del proyecto proporcionan valores similares a los reales en cuanto a las deformaciones del terreno, o bien, visto de forma inversa, calcular que parámetros debemos das en el modelo de cálculo al terreno para obtener los movimientos reales medidos.

La figura muestra lecturas de un inclinómetro

La figura muestra lecturas de una célula de carga

7) BIBLIOGRAFIA

a. http://www.empirica.es/

b. www.etcg.upc.edu/docencia/aula-paymacotas

c. www.gia-sl.com/archivos/ver/86

d. www.dedaloconsultores.com/peritajes