CONSTRUCCIÓN DE UN MODELO FÍSICO PARA EL ESTUDIO ...
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CONSTRUCCIÓN DE UN MODELO FÍSICO PARA EL ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LOS EFECTOS EN SUPERFICIE DEL AVANCE DE TÚNELES CON UNA TUNELADORA TBM-EPB EN SUELOS BLANDOS DIEGO ARMANDO GONZÁLEZ VERNAZA JORGE BERCID LOMBANA RINCÓN UNIVERSIDAD DE LA SALLE PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2009
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CONSTRUCCIÓN DE UN MODELO FÍSICO PARA EL ESTUDIO
EXPERIMENTAL DE LOS EFECTOS EN SUPERFICIE DEL AVANCE DE
TÚNELES CON UNA TUNELADORA TBM-EPB EN SUELOS BLANDOS
DIEGO ARMANDO GONZÁLEZ VERNAZA
JORGE BERCID LOMBANA RINCÓN
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2009
CONSTRUCCIÓN DE UN MODELO FÍSICO PARA EL ESTUDIO
EXPERIMENTAL DE LOS EFECTOS EN SUPERFICIE DEL AVANCE DE
TÚNELES CON UNA TUNELADORA TBM-EPB EN SUELOS BLANDOS
DIEGO ARMANDO GONZALEZ VERNAZA
JORGE BERCID LOMBANA RINCÓN
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de
Ingenieros Civiles
Director temático:
Ph.D. Camilo Torres Prada
Asesora metodológica:
Mag. Marlén Cubillos
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVÍL
BOGOTÁ D.C.
2009
Nota de aceptación _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________
________________________________ Firma del presidente de jurado
________________________________ Firma del jurado
________________________________
Firma de jurado
Bogotá D.C. 03 de Noviembre de 2009
DEDICATORIA
Este proyecto y toda mi carrera universitaria se lo dedico a Dios por ser aquel que
en todo momento me brindó las fuerzas necesarias para continuar luchando día
tras día ante todas las adversidades que encontré y seguir adelante cada vez que
lo dudé en hacer.
Le agradezco a mi madre Teresa Vernaza y mi padre Armando González a
quienes les debo todo lo que soy, sí, son a ellos a quien les debo toda esa
enseñanza que en más de dos décadas me han formado en una persona integra
con muchos valores para aportar en esta sociedad. Doy gracias a mis queridos
hermanos Martha González y Daniel González mis hermanitos del alma gracias
porque con ustedes he compartido muchas experiencias en el rol del hogar y
estudiantil.
También les agradezco a mis amigos más cercanos, a esos amigos que siempre
me han acompañado y con los cuales he contado desde que los conocí. María
Biojó mi mejor amiga y pareja, has sido mi consuelo y mejor confidente desde que
la conocí, gracias por cuatro años de completa alegría y triunfos gracias por todo.
También agradezco a todo el profesorado de la facultad de ingeniería civil de la
Universidad que me han apoyado una y otra. Gracias.
DIEGO ARMANDO GONZÁLEZ VERNAZA
DEDICATORIA
Quiero agradecerle a Dios a la Virgen María y al Niño Jesús por que me
acompañaron y protegieron cada día me dieron fuerzas necesarias para realizar y
terminar esta carrera. Le agradezco a mis padres Jorge Eliecer Lombana y
Nieves Rincón toda mi vida por las enseñanzas que me dieron, mis principios,
valores y Fe que me inculcaron para afrontar con responsabilidad mi estudio y
trabajo, hicieron parte de mi formación como persona siempre sentí su apoyo
incondicional tanto emocional como económico. A mi hermano Edwin Lombana
con quien he compartido toda mi vida, el fue mi animador y consejero para que yo
estudiará esta carrera, mi triunfo es suyo.También a una mujer que me
acompañado y a regalado mis dos tesoros y hermosos hijos Magnolia Rojas para
ella muy especial esta conquista y lo más especial a Mateo Y Thomas los niños
más Juiciosos los quiero mucho.
A mi familia tíos y tías a Kelly Fernanda mi hermana que siempre esta con mis
padres acompañándolos a mis primos Carlos, Duvan Ballesteros A Gisela
Hernández a mis amigos Javier, Freddy a Mi compañero de Tesis Diego a los
profesores de ingeniería que hicieron parte de mi formación. Quiero agradecerle a
la Universidad de La Sallé que me abrió las puertas para hacer de mí un lasallista
más, al municipio de Orocué a sus administradores Monchy, Freddy y Reinaldo
Guio.
JORGE BERCID LOMBANA RINCÓN
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN 1. EL PROBLEMA 18
1.1 LÍNEA 18
1.2 TÍTULO 18
1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 18
1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 20
1.5 JUSTIFICACIÓN 20
1.6 OBJETIVOS 21
1.6.1 Objetivo general 21
1.6.2 Objetivos específicos 21
2. MARCO REFERENCIAL 22
2.1 TEÓRICO CONCEPTUAL 22
2.1.1 MODELACIÓN FÍSICA 22
2.2 MARCO NORMATIVO 24
2.3 LOCALIZACIÓN 24
3. DISEÑO METODOLÓGICO PRELIMINAR 25
3.1 PRELIMINARES 25
3.1.1 PROCESO EXPERIMENTAL 26
3.1.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS 26
3.2 OBJETO DE ESTUDIO 28
3.3 INSTRUMENTOS 28
3.4 HIPÓTESIS 28
3.5 COSTOS 28
4. TRABAJO INGENIERIL 29
4.1 DESARROLLO 29
4.2 MONTAJE DE PERFILERÍA 29
4.3 MONTAJE DE ACRÍLICOS 33
4.4 PINTURA DE PERFILES 36
4.5 ANDAMIAJE 39
4.6 MATERIALES DEL SUELO MODELADO 40
4.7 PRODUCCIÓN DE LA MEZCLA HOMOGÉNEA 44
4.8 LLENADO Y MANEJO DEL MATERIAL HOMOGÉNEO 46
DENTRO DE LA PARED DE PRUEBAS
4.9 COMPACTACIÓN DE MATERIAL HOMOGÉNEO DENTRO 50
DE LA PARED DE PRUEBAS
4.10 ENSAYOS DE DENSIDAD DEL MATERIAL HOMOGÉNEO 53
DENTRO DE LA PARED DE PRUEBAS
4.11 INSTRUMENTOS DE MEDIDA EN LA PARED DE PRUEBAS 56
4.12 PLATAFORMA DE TBM Y FRENTE DE EXCAVACION 60
4.13 PRUEBA EXPERIMENTAL 62
4.14 CUANTÍAS DE TRABAJO 64
4.15 ENSAYO DE TRIAXIAL 68
5. CONCLUSIONES 70
6. RECOMENDACIONES 72
BIBLIOGRAFÍA 75
ANEXOS 77
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Datos de ensayo de densidad en el suelo modelado 55
Tabla 2. Trabajo horas/hombre 67
Tabla 3. Resultados finales de ensayo triaxial 69
LISTA DE FIGURAS
Pág.
FIGURA 1. Diagrama metodológico de la construcción del modelo físico 27
FIGURA 2. Estructura base pared de pruebas 29
FIGURA 3. Corte y alistamiento de perfiles C 30
FIGURA 4. Perfilaría C sobre piso de pared de pruebas 30
FIGURA 5. Postura de perfiles C verticalmente 31
FIGURA 6. Perfiles C Standard de 3 pulgadas 31
FIGURA 7.Unión perfil C con pernos de 3/8 de pulgada a aleta
triangular soldada 32
FIGURA 8. Ubicación perfiles C horizontalmente 33
FIGURA 9. Lamina de acrílico cortada circularmente en la mitad 34
FIGURA 10. Láminas de acrílico previamente perforadas 34
FIGURA 11. Posición final de lámina de acrílico en la pared de pruebas 35
FIGURA 12. Acople de láminas de triplex 36
FIGURA 13. Materiales de acabados 37
FIGURA 14. Suministro de pentóxido a perfilería C Standard 37
FIGURA 15. Perfilería en proceso de acabado 38
FIGURA 16. Toque final de acabado en perfilería 38
FIGURA 17. Manila para andamiaje 39
FIGURA 18. Andamio dentro de la pared de pruebas 39
FIGURA 19. Utilización de andamiaje en el proceso constructivo 40
FIGURA 20. Arena Sikadur 41
FIGURA 21. Extracción de arena depositada en tolva 41
FIGURA 22. Sacos de bentonita (50kg) 42
FIGURA 23. Tolva al interior de GeoLab y barril de aceite 42
FIGURA 24. Trompo utilizado en la preparación del material
homogéneo 43
FIGURA 25. Material homogéneo 43
FIGURA 26. Vaciado de material homogéneo 44
FIGURA 27. Proceso de pesaje del material 45
FIGURA 28. Aceite Shell Omala 46
FIGURA 29. Nivel cero de la construcción del suelo 47
FIGURA 30. Arena sikadur dentro del modelo 48
FIGURA 31. Guía de nivelación de capas 48
FIGURA 32. Entrada y salida a la pared de pruebas 49
FIGURA 33. Pared de pruebas en GeoLab 49
FIGURA 34. Operarios del proyecto 50
FIGURA 35. Compactación del material homogéneo dentro
de la pared de pruebas 51
FIGURA 36. Proceso constructivo del modelo físico 51
FIGURA 37. Pared de pruebas 52
FIGURA 38. Determinación de densidad en el suelo homogéneo 54
FIGURA 39. Densímetro nuclear 54
FIGURA 40. Densímetro nuclear 56
FIGURA 41. Celdas de presión en el modelo físico 56
FIGURA 42. Ubicación y ajuste de celdas de presión 57
FIGURA 43. Cuadricula sobre superficie del suelo blando 58
FIGURA 44. Instrumentos de medida 59
FIGURA 45. Maderos en el suelo homogéneo (color rojo) 60
FIGURA 46. Plataforma de TBM en frente de excavación 61
FIGURA 47. Pared de pruebas 61
FIGURA 48. Sistema mecánico de perforación 62
FIGURA 49. Limpieza de aspiradora 63
FIGURA 50. Bombillo de pila 63
LISTA DE ANEXOS
ANEXO A. Formato utilizado en el ensayo de compresión triaxial
ANEXO B. Costos de la investigación
INTRODUCCIÓN
La Asociación Internacional de Túneles (ITA), es el organismo de mayor fomento
en el uso del subsuelo en beneficio de la planificación y desarrollo de la
construcción de obras subterráneas, promoviendo a la vez la aplicación de nuevos
avances tecnológicos en el mantenimiento y seguridad de estas estructuras.
Actualmente la investigación científica y tecnológica entre institutos, universidades
y empresas, buscan prever los innumerables problemas de seguridad que se
presentan en este ámbito de la ingeniería. Lo anterior ha conllevado a que el
gremio de la ingeniería civil y de hecho los grupos de investigación como es el
caso del grupo CIROC (Centro de Investigación de Riesgos en Obras Civiles), en
su línea “excavaciones y estructuras de sostenimiento” estudien los fenómenos
geotécnicos que se presentan en la construcción de obras subterráneas. En este
orden de ideas el grupo CIROC busca implementar la modelación física como
punto de partida para estudiar la descripción del movimiento descendente de la
superficie del suelo (subsidencia) producido por el avance de tuneladoras tipo
TBM-EPB en suelos blandos y de esta manera reforzar los procedimientos del
cálculo y diseño del sistema estructural de los túneles.
La modelación física dentro del contexto geotécnico proporciona un gran soporte a
la propuesta investigativa a desarrollar, permitiendo simular a escala el
comportamiento del subsuelo sometido al avance constante de una tuneladora tipo
TBM-EPB (Tunnelling Boring Machine - Earth Presion Ballance) bajo condiciones
controladas.
El proceso de modelación física del fenómeno de subsidencia en laboratorio
requiere de procesos constructivos precisos que representen la mayor
confiabilidad en los resultados obtenidos, hecho que exige desarrollar actividades
mecánicas de todo tipo con la utilización adecuada de la herramienta
suministrada, siguiendo las respectivas normas de seguridad y poniendo en
práctica el conocimiento o asesoría técnica en cada una de las etapas de
modelación. En los modelos físicos de fenómenos geotécnicos se requiere de
paredes de prueba con propiedades estructurales que garanticen condiciones de
estabilidad y seguridad del suelo.
Es importante reconocer que el grupo CIROC proporciona permanentemente el
material de trabajo y personal técnico para el desarrollo de las actividades
descritas en la programación.
18
1. EL PROBLEMA
1.1 LÍNEA
El trabajo de grado que se desarrolló corresponde a la línea de investigación:
“Excavaciones y estructuras de sostenimiento”, línea perteneciente al Centro de
Investigaciones en Riesgos de Obras Civiles – CIROC; en el proyecto TORRES,
Camilo. NIETO, Fernando."Evaluación del fenómeno de la subsidencia originado
por la construcción de microtúneles en suelos blandos”. Estableciendo dentro de
sus objetivos el contribuir al desarrollo nacional con el estudio y análisis de
fenómenos geotécnicos y nueva tecnología desarrollados en el laboratorio de
procesos geotécnicos del grupo CIROC.
1.2 TÍTULO
Construcción de un modelo físico para el estudio experimental de los efectos en
superficie del avance de túneles con una tuneladora TBM-EPB en suelos blandos.
1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
El control de calidad y la seguridad que se pueden ofrecer en la construcción de
un túnel, son factores que deben ser estudiados detalladamente por los ingenieros
diseñadores en la búsqueda del buen funcionamiento de este tipo de estructuras
subterráneas a lo largo de su vida útil.
19
Esto ha creado la necesidad de construir sistemas a escala reducida que permitan
estudiar y analizar fenómenos geotécnicos, como los efectos en superficie del
avance de túneles con una tuneladora TBM-EPB en suelos blandos, tomando
información de la modelación regida por el concepto del método de materiales
equivalentes y permitiendo un acercamiento con las condiciones reales de la obra.
Se incurrió en el hecho de tomar los materiales individuales del suelo modelado y
observar ¿Qué metodología constructiva permitiría recrear un escenario propio
para el estudio de efectos en superficie por el avance de túneles con una
tuneladora TBM-EPB en suelos blandos? Preguntándose ¿Qué tanto se puede
simular en la construcción de un túnel a escala reducida?.
Entre los antecedentes existentes sobre la modelación física de fenómenos
geotécnicos se encuentran una variedad de trabajos de grado, tales como:
Sarmiento y Vidal, titulada “Caracterización geomecánica de mezclas de suelos
para modelos físicos por el método de materiales equivalentes”, investigación que
tuvo como objeto la búsqueda de los materiales equivalentes de la mezcla
homogénea del modelo físico. El trabajo mencionado se encuentra dentro del
tema de investigación “Evaluación del fenómeno de la subsidencia originado por la
construcción de micro-túneles en suelos blandos”.
20
1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cuál es la metodología a seguir en el proceso constructivo de un modelo físico a
escala reducida para el estudio de los efectos en superficie del avance de túneles
con una tuneladora TBM-EPB en suelos blandos?.
1.5 JUSTIFICACIÓN
Por medio del presente trabajo de grado se realizó la construcción de un modelo
físico que simuló a escala reducida el avance de túneles con una tuneladora TBM-
EPB. Este proyecto contribuyó a la construcción de un modelo físico a escala
reducida que permitió estudiar a fondo el fenómeno de subsidencia, involucrando
cada una de las variables presentes en la excavación y construcción de túneles en
suelos inconsistentes, para así analizar los cambios generados (deformaciones)
significativos en las dimensiones de tiempo y espacio.
En el desarrollo de este trabajo de grado se consideraron todos los parámetros
propuestos por las diferentes investigaciones ya realizadas, dentro del proyecto
de investigación de TORRES, Camilo. NIETO, Fernando."Evaluación del
fenómeno de la subsidencia originado por la construcción de micro túneles en
suelos blandos”.
21
1.6 OBJETIVOS 1.6.1 Objetivo General
Construir un modelo físico a escala 1:10 del micro-túnel del interceptor Fucha –
Tunjuelo, por el método de materiales equivalentes en la pared de pruebas del
laboratorio de procesos geotécnicos del Grupo CIROC.
1.6.2 Objetivos Específicos
Determinar las cuantías de trabajo para la construcción de un modelo físico a
escala reducida.
Instalar la nueva instrumentación de medida de alta precisión adquirida para los
modelos construidos dentro de la pared de pruebas del laboratorio de procesos
geotécnicos del Grupo CIROC.
Ajustar los procesos y guías de laboratorio para la construcción de modelos
físicos en la pared de pruebas.
22
2. MARCO REFERENCIAL
2.1 MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL
La temática relacionada a continuación representa el fundamento para
contextualizar y llevar a cabo la investigación:
Modelación física
Los modelos físicos son muy utilizados en las investigaciones de tipo
experimental, pues permiten en muchas oportunidades el simplificar la realidad
desde un sistema originado y recreado por la pericia de los investigadores
logrando localizar los niveles de simplificación y reconocer factores incidentes en
el modelo para proveer el después que se verá reflejado en el análisis de
resultados. La ingeniería civil proporciona las herramientas para tratar los modelos
y encontrar las soluciones reales a los problemas, sin limitarse únicamente a
observar y por el contrario identificar las claves y elementos que se deben poseer
para la constitución del modelo. En los modelos se pueden reproducir
innumerables situaciones del mundo real, lo anterior en pro del estudio del
comportamiento de un fenómeno y el efecto que tienen estos sobres la estructura.
Un modelo debe ser en lo posible lo más cercano a la realidad, es decir idealizar
las condiciones reales existentes. Agregando un factor de suma importancia en el
proceso de modelación “la escala”, en este caso reducida y aplicada con
23
materiales con los que se busca simular un comportamiento de simulación
parecido al real.
La modelación se puede aplicar en 3 espacios diferentes; matemáticos, físicos y
funcionales. Siendo el apoyo central de este trabajo la modelación física,
sostenida en sus leyes fundamentales dirigidas a las dimensiones de longitud,
masa y tiempo, permitiendo evaluar el comportamiento de la estructura desde
cualquier punto de vista.
La modelación física es regida por un plan de programación, en donde se deben
identificar las constantes y variables que intervienen en el fenómeno analizado
para optimizar eficazmente la extrapolación en el modelo con cada uno de los
elementos asignados al proceso.
Un modelo físico es una herramienta básica para comprender los procesos
geotécnicos de un suelo. Aun así mirando de una manera más general, puede
decirse que todo experimento ha pasado por ser primero un modelo del que se
pueden extraer muy buenas deducciones aplicando en forma la observación y
reflexión práctica. Además son utilizados para validar teórica y empíricamente una
hipótesis, teniendo como objetivo central, el recrear un ambiente real observando
las posibles falencias y desventajas con respecto al modelo en escala real.
24
2.2 MARCO NORMATIVO
FAJARDO, Edgar. BEDOYA, Julio. Guía de procedimientos para la
elaboración de modelos físicos del laboratorio GEO-LAB del grupo de
investigación “CIROC”. Universidad de la Salle. Facultad de Ingeniería Civil.
Bogotá.
2.3 LOCALIZACIÓN
El desarrollo del trabajo de grado se llevará a cabo dentro de las instalaciones del
Laboratorio de Modelación de Procesos Geotécnicos (GeoLab), ubicado en la
sede centro de La Universidad de La Salle, en una edificación de una sola planta,
con acceso controlado e independiente y con un área total de 100 m2, dividida en
dos zonas: la primera de 70 m2 destinada a trabajos de modelación física y la
segunda de 30 m2 apta para la ubicación de la sala de sistemas especializada
para la simulación en software.
25
3. DISEÑO METODOLÓGICO PRELIMINAR
El trabajo de grado a realizar se clasifica como una investigación experimental
según Sabino “Una prueba experimental selecciona un objeto de estudio para
someterlo a distintas consideraciones, en condiciones de trabajo controladas con
previo conocimiento por parte de los investigadores, para poder observar y
analizar los resultados presentes en el objeto investigado.”1 En el desarrollo del
trabajo de tesis se consideraran tres fases metodológicas:
3.1 PRELIMINARES
En esta etapa se instaló el modelo completo de la pared de pruebas con su
respectivo aislamiento y puestos en sitio cada uno de los materiales e
instrumentos de medición contemplados para estudiar el comportamiento del
suelo artificial mezclado y compactado respectivamente. Se construyó e instaló el
modelo de la TBM junto con los elementos de sostenimiento del túnel, permitiendo
el estudio del efecto en superficie del avance de micro túneles TBM-EPB en
suelos blandos.
___________________ 1SABINO, Carlos. El proceso de investigación. Buenos Aires: 1978. p 99-100.
26
3.1.1 PROCESO EXPERIMENTAL
En esta etapa se ejecutó un ensayo de simulación a escala reducida en la pared
de pruebas con el modelo a escala de la TBM, con el fin de registrar el tipo de
comportamiento que se origina por su avance, trabajando a escala 1:10 por el
método de materiales equivalentes y proporcionando suficiente información al
modelo matemático que al finalizar establecerá la extrapolación precisa existente.
Además se realizarán registros fotográficos de alta definición, para detallar a
plenitud las deformaciones producidas en el modelo.
3.1.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Obtenidos los resultados producto de la experimentación en la pared de pruebas
de Geolab se apuntaron las conclusiones del funcionamiento del modelo físico.
27
Figura 1: Diagrama metodológico de la construcción del modelo físico.
Fuente: Diego González Jorge Lombana
INICIO
DISEÑO Y CORTE DE ACRÍLICOS
CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN DEL MODELO DE LA TBM
PLATAFORMA DE EMPUJE
CABEZA DE CORTE Y ESCUDO
CONSTRUCCIÓN DE LOS ELEMENTOS DE
SOSTENIMIENTO DEL TÙNEL
INSTALACIÓN DE ACRILICOS Y ALISTAMIENTO DE LA PARED DE PRUEBAS
CONSTRUCCIÓN DEL SUELO ARTIFICIAL
MEZCLA
COMPACTACIÓN
TOMA DE DATOS
ANALÍSIS DE
DATOS
CONCLUSIONES
PROCESO EXPERIMENTAL
INSTRUMENTACIÓN
DISEÑO DE TBM
28
3.2 OBJETO DE ESTUDIO
Esta investigación tuvo como objetivo construir un modelo físico a escala reducida
por el método de materiales equivalentes. Investigación que corresponde a la línea
de investigación: “excavaciones y estructuras de sostenimiento”, línea
perteneciente a CIROC; en el proyecto TORRES, Camilo. NIETO,
Fernando."Evaluación del fenómeno de la subsidencia originado por la
construcción de micro túneles en suelos blandos”. Para el estudio de los efectos
en superficie del avance de túneles con una tuneladora TBM-EBP en suelo blando
3.3 INSTRUMENTOS
En el desarrollo del proyecto de investigación se utilizaron formatos diseñados por
otro investigador, en este caso los realizados por Joseph Bowles y Natalia Marín.
Los formatos utilizados se encuentran en el Anexo A y B.
3.4 HIPÓTESIS
El sistema constructivo aplicado en la modelación física a escala reducida de
procesos geotécnicos está directamente relacionado con los resultados obtenidos
en el ensayo experimental.
3.5 COSTOS
El costo total de la presente investigación fue de $11.797.395,00. (Anexo B).
29
4. TRABAJO INGENIERIL
4.1 DESARROLLO
Durante el desarrollo de la investigación fueron ejecutadas diferentes actividades
descritas en un cronograma. A continuación se mencionan y describen cada una
de ellas.
4.2 MONTAJE DE PERFILERÍA
Ya construida la estructura base para la modelación física con dimensiones
interiores de 2.5m x 2.5m x 2.0m, se comenzó con la clasificación de la
perfilaría a ensamblar en el modelo.
Figura 2. Estructura base pared de pruebas.
30
Figura 3. Corte y alistamiento de perfiles C
Figura 4. Perfilaría C sobre piso de pared de pruebas
4 perfiles C Standard de 3 pulgadas de 2243,6mm de longitud, acoplados
verticalmente en la parte media de las caras laterales previstas para la
visualización del comportamiento del suelo homogéneo dentro de la
estructura. Conectados al piso y vigas superiores de la pared de pruebas
31
por medio de 4 pernos de 3/8 de pulgada cada uno.
Figura 5. Postura de perfiles C verticalmente
Figura 6. Perfiles C Standard de 3 pulgadas
32
4 perfiles C Standard de 3 pulgadas de 2463,1mm de longitud, acoplados
verticalmente en los extremos de las caras laterales traslucidas.
Conectados a 2 laminas triangulares y sujetados mediante 4 pernos de 3/8
de pulgada cada uno.
Figura 7. Unión perfil C con pernos de 3/8 de pulgada a la aleta triangular soldada
12 perfiles C Standard de 3 pulgadas de 2548mm de longitud, ubicados
horizontalmente en la parte inferior y superior de las caras laterales
designadas para la colocación de las láminas de acrílicos en la estructura,
conectados a los perfiles C Standard ubicados verticalmente en la
estructura y sujetados por medio de 8 pernos de 3/8 de pulgada cada uno.
33
Figura 8. Ubicación perfiles C horizontalmente
4.3 MONTAJE DE ACRÍLICOS
Dos de las caras laterales de la pared de pruebas se diseñaron para la
observación de los cambios geométricos producidos por el avance de túneles
con una tuneladora TBM-EPB en suelos blandos. Para ello se utilizaron 2 acrílicos
con dimensiones de 2520mm x 1447,8mm de superficie y 20mm de espesor.
Posteriormente cada uno de los acrílicos fue seccionado en el centro; al primer
acrílico ubicado en el frente de excavación se le realizó un corte circular de 45cm
de diámetro, y al segundo acrílico ubicado en la salida de excavación se realizó
un corte circular con un diámetro de 50 cm.
34
Figura 9. Lamina de acrílico cortada circularmente en la mitad
Figura 10. Láminas de acrílico previamente perforadas
35
Inicialmente los acrílicos estaban cubiertos en todo su perímetro por un cordón de
silicona como protección de los mismos, lo que conllevó al uso de una caladora
para originar sus medidas exactas previamente descritas en el diseño del modelo.
El corte de los acrílicos se realizó con una caladora industrial.
Los acrílicos tenían que encajar en la pared de pruebas de manera precisa
recreando un ambiente totalmente confinado, para lo cual se necesitaron 40
tornillos para sujetarlos a los perfiles verticales en los extremos de las caras
laterales. Las secciones circulares sobrantes del corte central realizado en cada
uno de los acrílicos fueron acondicionadas como tapas móviles en la pared de
pruebas.
Figura 11. Posición final de lámina de acrílico en la pared de pruebas
36
Para garantizar una mejor compactación del suelo blando, dentro de la pared de
pruebas se ubicaron 2 láminas en triplex de 2.5x1.5
Figura 12. Acople de láminas de triplex
4.4 PINTURA DE PERFILES
Con la pared de pruebas totalmente ensamblada se procedió a darle el acabado
de color a la perfilaría C acoplada inicialmente, optando por suministrar el mismo
tipo de tono que posee la base estructural de la pared de pruebas. El
recubrimiento total de la perfilaría C Standard con pintura se dificultó, por lo que se
debió desmontar cada uno de estos y continuar el proceso al exterior del modelo.
El proceso de acabado en la perfilería inició con la limpieza de óxido presente en
el material con la utilización de un galón de pentóxido y estopa, dejando secar por
37
20 minutos para posteriormente agregar las respectivas capas de esmalte
amarillo. (3 capas).
Figura 13. Materiales de acabados
Figura 14. Suministro de pentóxido a perfilería C Estándar
38
Figura 15. Perfilería en proceso de acabado
Figura 16. Toque final de acabado en perfilería
39
4.5 ANDAMIAJE
El director de la investigación advirtió acerca del cuidado extremo que se debe
tener con el material homogéneo contenido dentro de la pared de pruebas, con el
objeto de minimizar los cambios producidos en las propiedades mecánicas del
suelo por la manipulación experimental. El andamiaje construido, propiamente
constó de 4 tablas burras atornilladas con 4 pernos de 3/8 de pulgada en sus
extremos formando una cuadricula para el desplazamiento de los auxiliares de
construcción dentro del modelo físico.
Figura 17. Manila para andamiaje
Figura 18. Andamio dentro de la pared de pruebas
40
El andamio a su vez fue sujetado a las vigas superiores de la pared de pruebas
por medio de una manila con la utilización de nudos corredizos para la fácil
manipulación del mismo. Durante el proceso de llenado de la pared de pruebas, el
tablado fue desplazado verticalmente una vez se terminaran 10 capas, operación
realizada por los auxiliares asignados.
Figura 19. Utilización de andamiaje en el proceso constructivo
4.6 MATERIALES DEL SUELO MODELADO
Los materiales utilizados en el desarrollo de la presente investigación fueron arena
Sikadur 506, Bentonita y Aceite Shell Omala, dosificados con respecto al volumen
del trompo utilizado en la producción del suelo homogéneo a depositar dentro de
la pared de pruebas del laboratorio.
41
Figura 20. Arena Sikadur
En el laboratorio GeoLab fueron recibidos 200 sacos de arena con pesos
individuales de 30 kilos, que a su vez fueron depositados en 2 tolvas cilíndricas de
2.5 m3 de manera provisional, abriendo una llave de paso ubicada en la parte
inferior de cada una de las tolvas cada vez que se requiriera material.
Figura 21. Extracción de arena depositada en tolva
42
Figura 22. Sacos de bentonita (50kg)
De igual manera se depositaron los bultos de bentonita de 50 kg en una de las
tolvas cilíndricas de 2.0 m3 de capacidad de manera provisional, realizando la
extracción mediante una llave de paso ubicada en la parte inferior.
Figura 23. Tolva al interior de GeoLab y barril de aceite.
43
El aceite Shell Omala se recibió en el laboratorio en barriles y canecas dotadas
con un mecanismo de extracción eficaz para el manejo en laboratorio.
El volumen total obtenido por mezcla fue de 38984 grs, logrando llenar
completamente la capacidad del trompo.
Figura 24. Trompo utilizado en la preparación del material homogéneo
Figura 25. Material homogéneo
44
En promedio eran necesario 6 trompos llenos de material homogéneo (arena,
bentonita y aceite) para rellenar una capa de 0.15625m3 dentro de la pared de
pruebas, en donde previamente se habían demarcado posiciones verticales con el
uso de una cinta métrica cada 2.5cms desde el nivel 0 hasta los 1.5 m en su nivel
superior.
Figura 26. Vaciado de material homogéneo
4.7 PRODUCCIÓN DE LA MEZCLA HOMOGÉNEA
La combinación y dosificación de materiales en la obtención del suelo modelado
fue establecida por el director de la investigación Phd. Camilo Torres con base en
el trabajo de MARIN, Natalia. “Evaluación de parámetros elásticos de mezclas
artificiales de suelos para modelos del laboratorio GeoLab”. Las cantidades fueron
controladas con una balanza digital con una tolerancia de 16 kilogramos y la
utilización de baldes con argollas para su pesaje.
45
Teniendo en cuenta que la capacidad promedio del trompo era de 50 kg, los
materiales fueron dosificados de la siguiente manera:
DOSIFICACIÓN DE MATERIALES POR MEZCLA (TROMPO):
1. ARENA 33443 grs
2. BENTONITA 4028 grs
3. ACEITE 1513 grs
Figura 27. Proceso de pesaje del material
Inicialmente al trompo en movimiento se agregaban los 33443 grs de arena y
enseguida los 1513 grs de aceite. Combinados estos dos materiales y el trompo
en funcionamiento el proceso de mezclado continuaba por 10 minutos, para luego
proceder a agregar la bentonita.
Ya con los materiales completos y dosificados dentro del trompo el procedimiento
de combinado se prolongaba por 10 minutos más, para así completar un tiempo
46
promedio por mezcla de 20 minutos en donde resultaban 38984 grs de material
homogéneo listo para depositar dentro de la pared de pruebas. En promedio eran
necesarias 6 mezcladas en el trompo para suplir el volumen de una capa dentro
del modelo físico, equivalente a 0.15625m3. Teniendo en cuenta que fueron
necesarias 60 capas dentro de la pared de pruebas, equivalentes a 9.375 m3 de
material depositado en total.
Figura 28. Aceite Shell Omala
4.8 LLENADO Y MANEJO DEL MATERIAL HOMOGÉNEO DENTRO DE LA
PARED DE PRUEBAS
A medida que se producía el material homogéneo, se procedía con el llenado de la
pared de pruebas en la cual se depositarían más de 9.0 m3 de suelo modelado.
Inicialmente se rellenaron los vacios existentes en los perfiles C Standard de 3
pulgadas (ancho) ubicados horizontalmente dentro de la pared de pruebas y así
47
crear una superficie plana en su totalidad e iniciar el proceso repetitivo de
formación de capas dentro del modelo. Con el uso de baldes y palustres se rellenó
cuidadosamente desde el nivel cero procurando en lo posible el no contacto con el
material homogéneo para que no sufriera alteraciones en sus propiedades
geomecánicas.
Figura 29. Nivel cero de la construcción del suelo
A partir de ese momento debieron conformarse capas horizontales de 2.5 cm de
alto dentro del modelo.
Al ubicarnos en el nivel (6cm) de altura se optó por depositar por lo menos en
6cm más arena pura, extraída directamente desde los bultos suministrados, la
arena no fue compactada pero sí aislada del material subyacente y sobreyacente
(suelo homogéneo) por medio de viniltex evitando contaminarla.
48
Figura 30. Arena Sikadur dentro del modelo
El trabajo que debía realizarse con cada capa formada contempló también el
proceso de nivelación, el cual era realizado mediante la utilización de guías (nylon)
ubicadas horizontalmente en cada uno de los triples, de manera que se
desplazaban hacia arriba a medida que se avanzaba en el llenado con el material
homogéneo. Se fabricó una boquillera en madera de 2.2 m con la que era nivelado
el suelo homogéneo cada vez terminada la construcción de una capa, pasándola
varias veces en diferentes sentidos dejando a la vista sectores faltantes o
sobrantes de material para posteriormente nivelarlo.
Figura 31. Guía de nivelación de capas
49
Inicialmente el ingreso de los operarios a la pared de pruebas se hacía por la
apertura circular de los acrílicos, pero a medida que el nivel del suelo alcanzaba
esta área fue necesaria la utilización de una escalera para poder ingresar por la
parte superior de la pare de pruebas.
Figura 32. Entrada y salida a la pared de pruebas
Figura 33. Pared de pruebas en GeoLab
50
El equipo de operarios ejecutores de la construcción del modelo físico, utilizó
permanentemente la dotación básica de seguridad suministrada por GeoLab,
previendo el buen funcionamiento de los procesos desarrollados y la integridad
completa del proyecto.
Figura 34. Operarios del proyecto
4.9 COMPACTACIÓN DE MATERIAL HOMOGÉNEO DENTRO DE LA PARED
DE PRUEBAS
Después de estudiar varias opciones del equipo a utilizar en la compactación de
cada una de las capas del material homogéneo dentro de la pared de pruebas,
analizando parámetros como la energía de compactación y manejabilidad en el
interior del modelo, se seleccionó un instrumento sencillo de manejar y eficiente
en la búsqueda de la densidad teórica del suelo. Optando por trabajar con un tubo
de acero de 1.5m de largo x 6 pulgadas de ancho, y un peso neto de 29.9 kg.
51
Figura 35. Compactación del material homogéneo dentro de la pared de pruebas
Dentro del proceso se contó con el uso de una membrana en cuerina (cuerotex)
de 6.25 m2 de superficie para el aislamiento del tubo compactador y el material
homogéneo, siendo puesta repetidamente sobre cada capa construida y retirada
una vez se continuara con la siguiente.
Figura 36. Proceso constructivo del modelo físico.
52
Figura 37. Pared de pruebas
La manejabilidad del cilindro de acero requirió de sumo cuidado en su traslado
desde el exterior al interior de la pared de pruebas y viceversa, pues difícilmente
se podía dejar en el interior del modelo por no poseer una base estable donde
apoyarlo y sobretodo el riesgo constante que existía de tener contacto con la
superficie del suelo.
Básicamente el proceso de compactación; que en su totalidad fue realizado de
forma manual, fue dirigido hacia la superficie del suelo homogéneo en dos
sectores equivalentes al resultado de dividir el área cuadrada en 2 partes debido a
que el cilindro no cubría la totalidad del área dentro de la pared de pruebas.
Pasando el cilindro 10 veces por cada una de las zonas, es decir 20 por capa
realizada se completaron todas las capas de 2.5 cm de espesor con una
compactación definida por parámetros de ensayos en laboratorio que arrojaron un
53
valor promedio de densidad para el suelo de 1.65ton/m3 originada por el método
de compactación utilizado en el proceso constructivo. La densidad promedio del
material homogéneo se revisó en 3 ocasiones durante la construcción del suelo
dentro de la pared de pruebas, con la utilización de métodos convencionales del
laboratorio de suelos.
4.10 ENSAYOS DE DENSIDAD DEL MATERIAL HOMOGÉNEO DENTRO DE LA
PARED DE PRUEBAS
Dentro de la programación de actividades en la construcción del modelo físico en
GeoLab, se contemplaba la realización de 3 ensayos de densidad en el suelo
homogéneo dentro de la pared de pruebas para verificar si la densidad obtenida
en el proceso de compactación realizado mediante el tubo de acero y de forma
manual era la ideal. En este caso de 1.65ton/m3. El grupo investigativo de
GeoLab decidió realizar los 3 ensayos de densidad en distintos lugares del
modelo, el primero de estos a 65cms de avance vertical en la construcción del
suelo, arrojando un valor superior a la densidad óptima. Obligando al equipo de
trabajo a redefinir el proceso de compactación, empezando por disminuir el
número de pasadas con el tubo de acero que de 40 por capa se redujo a 20.
Además se optó por cambiar de método de ensayo para verificar la densidad del
material con el objeto de comparar datos con diferentes metodologías de
laboratorio y sobretodo porque este método alteraba mucho la superficie del
suelo.
54
La segunda y tercera prueba de densidad en el suelo homogéneo se realizaron en
la mitad y 2 capas antes del suelo terminado respectivamente; esta vez con el uso
del densímetro nuclear, teniendo cuidado de ejecutar los ensayos en zonas no
traslapadas (zonas en donde el rodillo pasa dos veces).
Figura 38. Determinación de densidad en el suelo homogéneo
Figura 39. Densímetro nuclear
55
Tabla 1. Datos de ensayo de densidad en el suelo modelado
PROFUNDIDAD 10 cm
DENSIDAD MAXIMA 103,3 lb/pie3
DENSIDAD SECA 101,1 lb/pie3
DENSIDAD HUMEDAD 115,9 lb/pie3
%PROCTOR 77,6
DATOS 1 DATOS 2
DENSIDAD SECA 98,3 102,1
DENSIDAD HUMEDA 104 107,6
%PROCTOR 75,5 78,4
%M 5,8 5,3
M 5,7 5,4
DENSIDAD MAX 130,3 130,3
PROFUNDIDAD 10 cm 10 cm
DATOS 1 DATOS 2
DENSIDAD SECA 97,9 98,4
DENSIDAD HUMEDA 104,8 104,3
%PRROCTOR 75,2 75,5
%M 7 6
M 6,8 5,9
DENSIDAD MAX 130,3 130.3
PROFUNDIDAD 10cm 10cm
CONO DINÁMICO
DENSÍMETRO NUCLEAR (PRUEBA 1)
DENSÍMETRO NUCLEAR (PRUEBA 2)
ENSAYOS DE DENSIDAD EN EL SUELO MODELADO
56
Figura 40. Densímetro nuclear
4.11 INSTRUMENTOS DE MEDIDA EN LA PARED DE PRUEBAS
Uno de los factores más importantes en la modelación física fue la determinación
de esfuerzos producidos en el suelo homogéneo por el avance de la TBM en el
proceso experimental, por ello fueron puestas celdas de presión en el interior de la
pared de pruebas en coordenadas posicionales distintas.
Figura 41. Celdas de presión en el modelo físico
57
Las celdas de presión son sumamente sensibles al contacto, lo que fue tenido en
cuenta en el momento de su ubicación dentro de la pared de pruebas pues se
localizaban a escasos cms de la proyección de recorrido de la TBM.
Figura 42. Ubicación y ajuste de celdas de presión
Tan pronto se finalizó la construcción del suelo homogéneo dentro de la pared de
pruebas y el alistamiento final en superficie se llevó a cabo la ubicación y
calibración de la instrumentación digital programada para medir las alteraciones
producidas en el suelo blando a causa del avance del modelo de la máquina
tuneladora.
Primero se construyó una cuadrícula en toda la extensión horizontal superficial del
suelo homogéneo a 10 cm del mismo sujetándola al perímetro de la pared que en
este nivel eran las láminas de acrílico y triplex, utilizando hilo rojo y conformando
cuadrantes de 20x20cms.
58
Figura 43. Cuadricula sobre superficie del suelo blando
Luego fueron distribuidos chinches en la superficie del material homogéneo
teniendo como referencia la cuadricula en hilo, con el objeto de hacer perceptible
el desplazamiento por medio de ensayos fotogramétricos en el momento de la
perforación mecánica del suelo. La gran cobertura del proyecto realizado por
GeoLab tuvo la inclusión de instrumentos especializados como lo son los Lvdts,
que al ser ubicados sobre la superficie terminada del suelo modelado en un
soporte de madera, permitieron obtener información precisa de los
desplazamientos verticales originados en la prueba. Se utilizaron 12 de estos
instrumentos de medida.
59
Figura 44. Instrumentos de medida
Dentro del proceso constructivo del suelo homogéneo fueron ubicados puntos de
referencia visual dentro de la pared de pruebas para las mediciones
fotogramétricas en el proceso de experimentación, estos puntos de madera eran
trozos de madera en forma cilíndrica puestos perpendicularmente a cada una de
las dos láminas traslucidas en acrílico y así registrar los movimientos sufridos en
el suelo blando por la acción del modelo de la TBM.
60
Figura 45. Maderos en el suelo homogéneo (color rojo)
4.12 PLATAFORMA DE TBM Y FRENTE DE EXCAVACIÓN
El frente de excavación del modelo estaba ubicado en el plano central de la cara
anterior de la pared de pruebas (costado trasero del laboratorio) coincidiendo con
el orificio circular de 45 cms de diámetro previamente realizado en la lámina
traslucida de acrílico. Para la postura del modelo de la tuneladora se necesitó de
una plataforma metálica que se creó con perfilaría C e I, siendo cortada a medida,
soldada, acoplada entre sí y posteriormente empotrada en la pared de pruebas
logrando conformar una base rígida y estable para soportar el constante empuje
mecánico del modelo de la tuneladora.
61
Figura 46. Plataforma de TBM en frente de excavación.
En el proceso de empuje de la máquina tuneladora se necesitó de un tornillo sin
fin de 2,5 m de diámetro y 3 m de largo con una palanca en su parte final diseñada
para realizar el empuje mecánico del modelo de la TBM. Este tornillo se sujetó a
un trozo de perfil I sobre la plataforma por medio de pernos, lo que permitía
desplazarlo a medida que el modelo de la máquina tuneladora ingresaba.
Figura 47. Pared de pruebas
62
4.13 PRUEBA EXPERIMENTAL
Una vez finalizada la construcción del modelo físico para el estudio de los efectos
en superficie del avance de una TBM-EPB en suelos blandos, se llevó a cabo la
perforación mecánica por medio de una palanca acoplada al tornillo sin fin de
manera que permitiera realizar desplazamientos cortos pero constantes dentro del
material homogéneo. En algunos casos la manipulación de la palanca necesitó de
2 operarios que junto a los demás auxiliares presentes en el ensayo se
sincronizaron con cronómetros digitales, realizando 2 giros consecutivos de 360
grados equivalentes a 2.5 cm de avance dados a la señal del ingeniero a cargo.
Figura 48. Sistema mecánico de perforación
Para el proceso de extracción del material homogéneo se optó por utilizar una
aspiradora, que en obra se asemeja a la banda transportadora que lleva consigo la
TBM, la cual facilitó enormemente el rendimiento de operación en el avance del
túnel además de añadirle tubería en pvc de 1” para mayor alcance en el interior de
la excavación. El proceso de retiro de material se realizaba después de 3cm de
63
avance mecánico, obteniendo en promedio cada vez 10 kg de material residual
que al final del ensayo sumo un volumen de 0,5 m3.
Fue necesario limpiar periódicamente la aspiradora para la eficiencia del proceso
experimental.
Figura 49. Limpieza de aspiradora
También se contó con un bombillo de pila que facilitó la visibilidad dentro del
túnel, pues a medida que avanzábamos se perdía iluminación en interior.
Figura 50. Bombillo de pila.
64
Al final del ensayo se perforó en su totalidad lo previsto inicialmente, en total 2.5 m
de longitud dentro de la pared de pruebas con un volumen de material blando
extraído de 0.5 m3, que posteriormente fue depositado en una de las tolvas de
almacenamiento.
En su totalidad todo el material homogéneo fue depositado en las 3 tolvas de
almacenamiento.
4.14 CÁLCULO DE CUANTÍAS
El proceso constructivo del modelo físico contó con la participación de 4 operarios
en laboratorio, desarrollando cada uno de ellos tareas específicas y previamente
programadas por CIROC.
Actividades realizadas en el proceso constructivo del modelo:
1. CORTE DE ACRÍLICOS: Corte sobre medida de las láminas de acrílico,
pulida y verificación a escuadra.
2. MONTAJE DE ACRÍLICOS: Acople de las 2 láminas de acrílico en la pared
de pruebas con tornillos de 3/8”
3. CORTE DE PERFILERÍA: Demarcación a escuadra de perfiles C de 3
metros y posterior corte sobre medida con el uso de segueta.
4. PERFORACION DE PERFILERÍA: Perforación de perfiles C para tornillería
de 3/8, con el uso de un taladro empotrado.
65
5. MONTAJE DE PERFILERÍA: Acople de perfiles C de posición vertical y
horizontal en la pared de pruebas.
6. PINTURA DE PERFILERÍA: Aplicación previa de pentóxido a la perfilería C
y posteriormente anticorrosivo y pintura en esmalte.
7. ALMACENAMIENTO DE INSUMOS EN TOLVAS: Depósito de arena y
bentonita en tolvas cilíndricas por bultos de 30 y 50 kg respectivamente,
descargados desde transporte vehicular.
8. MEZCLA DE MATERIAL HOMOGÉNEO: Dosificación y mezcla de
materiales puros en el mezclador eléctrico.
9. ALISTAMIENTO DE MATERIAL HOMOGÉNEO: Conformación y
nivelación de capas de suelo homogéneo con una altura de 2.5 cm cada
una.
10. COMPACTACIÓN DE MATERIAL HOMOGÉNEO: Compactación con
cilindro de acero la superficie del suelo blando en cada una de las 60
capas construidas.
11. DISTRIBUCIÓN PUNTOS FOTOGRAMETRICOS EN LA PARED DE
PRUEBAS: Distribución y posicionamiento de maderos de 5 cms de
longitud de forma perpendicular a las láminas de acrílico y sobre capas
intermedias de suelo homogéneo.
12. CONSTRUCCIÓN CUADRÍCULA FOTOGRAMÉTRICA SOBRE LA
PARED DE PRUEBAS: Realización de cuadrÍcula con hilo a 10 cm de
distancia vertical de la superficie terminada del suelo homogéneo dentro de
66
la pared de pruebas, conformando cuadrantes de 20 x 20 cm en toda su
extensión, además de la colocación aleatoria de puntillas con cabeza
grande y de colores sobre la superficie finalizada. Lo anterior para el
análisis fotogramétrico en planta sobre el modelo físico.
13. POSICIONAMIENTO DE DEFORMÍMETROS SOBRE LA SUPERFICIE
DEL SUELO: Posicionamiento de deformimetros digitales sobre la
superficie terminada del suelo homogéneo del modelo físico sobre su
respectiva estructura base, realizando las conexiones correspondientes
para el funcionamiento del hardware y software especializado.
14. CONSTRUCCIÓN PLATAFORMA DE LANZAMIENTO: Construcción de
estructura en perfilería como base de la TBM como sostenimiento para el
desarrollo de toda la perforación del túnel.
15. POSICIONAMIENTO TBM EN PLATAFORMA DE LANZAMIENTO: Acople
de máquina tuneladora a plataforma de lanzamiento para la perforación del
suelo.
16. PERFORACIÓN MECÁNICA SUELO HOMOGÉNEO: De forma mecánica
se atraviesa en toda su longitud la pared de pruebas por la TBM a razón de
2.5 cm/seg.
El trabajo horas hombre está dado por la expresión:
TRABAJO HORAS/HOMBRE=
(TIEMPO TOTAL DE EJECUCIÓN DE LA ACTIVIDAD) X (No DE OPERARIOS) / CANTIDAD
67
Tabla 1. Trabajo horas/hombre
ITEM CAPÍTULO ACTIVIDAD UNIDAD TIEMPO (HORAS)
No DE OPERARIOS
CANTIDAD REALIZADA
HORAS /HOMBRE
1
PARED DE ACRÍLICOS
CORTE DE ACRÍLICOS
ML 4 2 18 0.45
2 MONTAJE DE ACRÍLICOS
M2
3 3 7.5 1.2
3
ESTRUCTURA EN PERFILERÍA
CORTE DE PERFILERÍA
UN 8 2 20 0.8
4 PERFORACIÓN DE PERFILERÍA
PUNTO 12 2 128 0.19
5 MONTAJE DE PERFILERÍA
ML 32 3 49.5 2.1
6 PINTURA DE PERFILERÍA
ML 8 2 49.5
0.32
7
SUELO HOMOGÉNEO
ALMACENAMIENTO DE INSUMOS EN TOLVAS
M3 4 4 9
1.77
8 MEZCLA DE MATERIAL HOMOGÉNEO
M3 150 2 9.3
32.3
9 ALISTAMIENTO DE MATERIAL HOMOGÉNEO
M3 70 2 9.3
15.1
10 COMPACTACIÓN DE MATERIAL HOMOGENEO
M3 50 2 9.3 10.8
68
11
INSTRUMENTACIÓN DE MEDIDA
DISTRIBUCIÓN PUNTOS FOTOGRAMÉTRICOS EN LA PARED DE PRUEBAS
PUNTO 20 2 366 0.11
12
CONSTRUCCIÓN CUADRÍCULA FOTOGRAMÉTRICA SOBRE LA PARED DE PRUEBAS
M2 7 2 6.25 2.24
13
POSICIONAMIENTO DE DEFORMÍMETROS SOBRE LA SUPERFICIE DEL SUELO HOMOGENEO
M2 8 2 6.25 2.56
14
ENSAYO EXPERIMENTAL
CONSTRUCCIÓN PATAFORMA DE LANZAMIENTO
ML 5 2 1.5 6.5
15
POSICIONAMIENTO TBM EN PLATAFORMA DE LANZAMIENTO
UN 4 4 1 16
15 PERFORACIÓN MECÁNICA SUELO HOMOGÉNEO
ML 9 8 2.5 28.8
16
RETIRO DE MATERIAL HOMOGÉNEO DE LA PARED DE PRUEBAS
M3 16 3 9.3 5.2
4.15 ENSAYO DE TRIAXIAL
Al finalizar la perforación del túnel se desconocían los valores de cohesión y
ángulo de fricción del suelo modelado; que en conjunto caracterizan ampliamente
el material homogéneo y definen concretamente su resistencia. Por tal razón, se
realizaron 3 ensayos triaxiales con muestras obtenidas directamente del suelo
fabricado en GeoLab.
69
Tabla 2. Resultados finales del ensayo triaxial
70
5. CONCLUSIONES
El orden de incorporación de los materiales para la mezcla de suelo en el
trompo mezclador se debe añadir en la secuencia de arena-aceite-bentonita
para obtener un mejor resultado en la forma y textura del suelo homogéneo,
brindando así una mejor manejabilidad en todo el proceso constructivo de
las capas consecutivas.
Según el cálculo de cuantías laborales dentro de la construcción del modelo
físico, se pudo establecer que; la actividad que demandó mayor tiempo de
ejecución fue la producción de mezclas de material homogéneo conformado
por (arena-aceite-bentonita), en donde se detectó que la calidad del suelo
conformado estaba directamente relacionado con el tiempo de mezclado y
la exactitud en la dosificación de insumos.
La construcción del modelo físico demandó la producción final de 9.4 m3 de
material homogéneo distribuidos en 60 capas de 2.5 cm de altura cada una
y la fabricación de 300 mezclas compuestas.
71
La máquina tuneladora impulsada manualmente finalizó la perforación
inclinada entre 5 y 10 grados del eje longitudinal del túnel, en su efecto por
variaciones en el empuje y el sistema de lanzamiento de la TBM.
Los valores del ángulo de fricción obtenidos en el material homogéneo se
encuentran entre 25 y 35˚.
Los valores de cohesión obtenidos en el material homogéneo se
encuentran entre 5 y 15 kPa.
72
6. RECOMENDACIONES
Para la perforación de los perfiles C deberá usarse un taladro industrial
previamente ajustado a una base empotrada en un mesón de concreto
reforzado.
Para la realización de los ensayos de densidad al material homogéneo
contenido en la pared de pruebas es necesario considerar el no proceder
sobre la zona traslapada por el rodillo compactador.
Se recomienda realizar varios ensayos de densidad al material homogéneo
dentro de la pared de pruebas para considerar la energía de compactación
establecida constantemente para el proceso constructivo del suelo modelo.
Para conformar cada una de las capas de material homogéneo se debe
realizar una distribución uniforme con la menor magnitud de caída libre
posible del material, con en el objeto de contrarrestar el asentamiento por
manipulación.
73
La secuencia de incorporación de materiales puros (insumos material
homogéneo) en el trompo mezclador deberá realizarse plenamente con un
intervalo de añadido de 10 minutos mínimo entre cada uno de ellos con la
sucesión de arena, bentonita y aceite.
Fue necesario la utilización de una boquillera en madera para la nivelación
de cada una de las capas de material homogéneo en toda su extensión
superficial, debido a que el volumen requerido de material en la
conformación de cada una de las 60 capas estaba previamente
cuantificado, y por consiguiente cualquier descuadre geométrico dentro de
la pared de pruebas conllevaría a deficiencias de arena bentonita y aceite al
final de la construcción del suelo.
En el proceso de compactación deberá colocarse provisionalmente una
membrana geotextil sobre cada una de las capas conformadas, para evitar
el contacto directo con la superficie del suelo homogéneo.
El empotramiento de la plataforma de lanzamiento del modelo de la TBM
tendrá que ser sobrereforzado, debido a las fuerzas producidas por el
empuje mecánico del sistema completo.
74
En todo el proceso constructivo del modelo físico se debe tratar de reducir
en lo posible el contacto con el material homogéneo.
Se recomienda el uso permanente y adecuado de los elementos de
protección industrial, tales como: overoles, botas punta de acero, guantes
industriales, tapabocas, tapa oídos, gafas, entre otros.
75
BIBLIOGRAFÍA
INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN.
Normas Colombianas para la presentación de tesis de grado
(QuintaActualización). Bogotá: ICONTEC., 2006. 132p. NTC 1486.
MARIN, Natalia. Evaluación de parámetros elásticos de mezclas artificiales de
suelos para modelos del laboratorio geolab. Universidad de la Salle. Facultad de
Ingeniería Civil. Bogotá 2008.
MUIR, David. Geotechnical Modelling. 1ed. London: 2004. pp. 299-304.
NIETO, Fernando. TORRES, Camilo. Evaluación del fenómeno de la subsidencia
originado por la construcción de micro-túneles en suelos blandos. Primer informe
preliminar científico. Bogotá: ULS, 2007. 57 p.
RUIZ, Rosa. Estructura para la presentación escrita de informes del proyecto
integrador. En: ASESORÍA METODOLÓGICA (1er: 2003: Bogotá) memorias de la
primera asesoría metodológica para la presentación de informes del proyecto
integrador. Bogotá: U.S.B, 2003. 15 p.
SABINO, C. El proceso de investigación. Buenos Aires: 1978. p 61.
76
SARMIENTO, Camilo. VIDAL, Harold. Caracterización geomecánica de mezclas
de suelos para modelos físicos por el método de materiales equivalentes.
Universidad de la Salle. Facultad de Ingeniería Civil. Bogotá 2007.
FAJARDO, Edgar. BEDOYA, Julio. Guía de procedimientos para la elaboración de
modelos físicos del laboratorio GEO-LAB del grupo de investigación “CIROC”.
Universidad de la Salle. Facultad de Ingeniería Civil. Bogotá 2008.
Universidad de La Salle. Programa de Ingeniería Civil. Bogotá: 2009.
ANEXO A
FORMATO ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL
ANEXO B
RECURSOS MATERIALES
CONCEPTO UNIDAD CANTIDAD VR. UNITARIO VR. TOTAL
Papel Bond Tamaño Carta Unidad 2 $ 10.000,00 $ 20.000,00
Discos Compactos Unidad 8 $ 1.000,00 $ 8.000,00
Fotocopias Unidad 200 $ 100,00 $ 20.000,00
Impresiones( Cartuchos) Global 1 $ 500.000,00 $ 500.000,00
Materiales de laboratorio Global 1 $10.000.000,00 $10.000.000,00 TOTAL RECURSOS TECNOLÓGICOS $10.548.000,00
RECURSOS INSTITUCIONALES
Los recursos institucionales que serán utilizados para el desarrollo del presente
trabajo de grado son:
Universidad de la Salle
Laboratorio de Procesos Geotécnicos del Grupo CIROC
RECURSOS TECNOLOGICOS
CONCEPTO UNIDAD CANTIDAD VR. UNITARIO VR. TOTAL
Computador Unidad 1 $ 1.800.000,00 $ 1.800.000,00
Impresora Unidad 1 $ 400.000,00 $ 400.000,00
Cámara digital Unidad 1 $ 700.000,00 $ 700.000,00
TOTAL RECURSOS TECNOLÓGICOS $2.900.000,00
RECURSOS HUMANOS
CARGO ENCARGADO No HORAS VR. TOTAL
Investigador Estudiante proyecto de grado 300 ------------------
Coinvestigadores Director temático * $ 128.000,00
Asesora metodológica ** 20 $ 148.148,00
TOTAL RECURSOS HUMANOS $ 276.148,00
RECURSOS FINANCIEROS
La totalidad de recursos a utilizar para el desarrollo del presente trabajo de tesis
son:
Tabla 4. Presupuesto recursos financieros
ITEM
FUENTES DE FINANCIACIÓN
UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
ESTUDIANTES TOTAL
MATERIALES $10.000.000,00 $ 548.000,00 $10.548.000,00
TECNOLOGICOS $ 350.000,00 $ 350.000,00
HUMANOS $ 148.148,00 $ 148.148,00
SUBTOTAL $ 10.148.148,00 $ 3.048.000,00 $13.311.248,00
IMPREVISTOS (5%) $ 507.407,00 $ 152.400,00 $ 665.562,00 TOTAL $ 10.655.555,00 $ 3.291.840,00 $13.947.395,00
TOTAL RECURSOS FINANCIEROS $11.797.395,00
_______________________
*Valor asumido por la Universidad de La Salle, según resolución rectoría No. 175 de noviembre 20 del 2007.
**Valor asumido por la Universidad de La Salle, según contrato laboral.
