para las líneas 3 y 6 de Metro de Santiago de Chile
Simulación de voladuras en túneles: una ventaja para el control de perímetros/17
Vector
Nº 84 Diciembre 2015 Costo
$ 50.00
El Túnel de Zhongnanshan/8
El túnel de Lötschberg/26
Jurong/38
2
Vector Diciembre 2015
Índice
En portada
AMIVTAC
•Ingeniería Civil del Siglo XXI Diseño del sistema de ventilación forzada para las líneas 3 y 6 de Metro de Santiago de Chile /4
Instituto Mexicano de la Construcción en Acero
• Infraestructura
—El Túnel de Zhongnanshan/8
• Empresas y Empresarios
—EUCLID CHEMICAL—Concreto Lanzado/10
—FESTER—Grouts Fester./12
—VAG—La tecnología de VAG atrae la confianza de los clientes/16
• Suplemento especial Túneles
—Simulación de voladuras en túneles: una ventaja para el control de perímetros/17
—¿Por qué el Concreto Lanzado?/20
• Maravillas de la ingeniería
—El túnel de Lötschberg/26
• Tecnologías
—Impermeabilización de túneles/32
• Ingeniería Civil Mexicana
—La solución al derrumbe del túnel No. 13/36
• Actualidades
—Jurong/38
• Libros
—Túneles en México/40
comunicar para servir
www.revistavector.com.mx
Editorial Cozumel # 63-A • Col. Roma Norte C.P. 06700 México, D.F. Tel. (55) 5256 1978
Carlos Arnulfo López López Leopoldo Espinosa Benavides José Rafael Giorgana Pedrero Roberto Avelar López Manuel Linss Luján Jorge Damián Valencia Ramírez Enrique Dau Flores CONSEJO EDITORIAL Raúl Huerta Martínez DIRECTOR GENERAL Daniel Anaya González DIRECTOR EJECUTIVO Patricia Ruiz Islas DIRECTORA EDITORIAL Daniel Amando Leyva González JEFE DE INFORMACIÓN Ana Silvia Rábago Cordero COLABORACION ESPECIAL
Ventilación forzada en túneles El diseño e implementación de un sistema de ventilación forzada dentro de cualquier tipo de túnel, es una de las tareas más importantes que se deben cumplir a la perfección, la introducción de aire fresco y limpio permite generar una atmósfera sustentable para las personas. Una de las principales causas de pánico al quedar atrapado dentro de un espacio confinado llámese túnel, galería, pique, etc. Es la falta de oxígeno, el poder sentir un flujo de aire fresco con velocidad, es una bocanada de tranquilidad, se puede tomar como un mensaje de que todo está bien, de manera casi inmediata el ser humano disminuye su estrés y comprende que existe una salida, dicha salida es segura y confortable. Los distintos escenarios de emergencia que se pueden dar dentro de un túnel son innumerables, esto depende muchos factores como lo son áreas transversales del túnel, pendiente, potencia de incendio, ubicación de las galerías de ventilación o piques de ventilación, etc., es por eso que en los últimos años se han desarrollado sistemas de ventilación inteligentes, capaces de operar de manera automática con ventiladores que pueden ofrecer reversibilidades de hasta el 100% y operar hasta por 2 horas a 400°C.
Historia de la ingeniería civil
Alfredo Ruiz Islas
CORRECCIÓN DE ESTILO Iman Publiarte Nallely Morales Luna
Un sistema de ventilación no se limita a la implementación de ventiladores, el sistema se debe conformar por detectores de calor, detectores medioambientales, PLC, variadores de frecuencia, compuertas, etc, todo tiene que ser operado por medio de sistema SCADA.
DISEÑO
Ernesto Velázquez García DIRECTOR DE DISTRIBUCIÓN Aide Celeste Cruz Martínez WEB MASTER Carlos Hernández Sánchez DIRECTOR DE PROYECTOS ESPECIALES Herminia Piña González DIRECTORA COMERCIAL
Es claro que la construcción de túneles es la mejor opción de comunicación, esto por el bajo impacto ambiental que presenta en la fase de construcción como de operación, el sistema de ventilación también debe garantizar un nivel de ruido que no contamine y que cumpla con de la normativa solicitada por el cliente, a manera de resumen un sistema de ventilación se considera un “Sistema de seguridad indispensable para garantizar la buena operación de un sistema de Transporte Subterráneo”
Myrna Contreras García DIRECTORA DE ADMINISTRACIÓN
SUSCRIPCIONES
(55) 5256.1978 www.revistavector.com.mx
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“S on ya 9 años de p ertene cer a S&P Ventilation G roup, en los cuales se me ha p ermitido cre ar uno de los dep artamentos de ingeniería en sistemas de ventilación más comp etitivos a nivel mundial. H oy en día somos la única empresa en M éxico cap az de ofre cer un sistema de ventilación p ara túneles llave en mano, el dep artamento de S&P APL trab aja en el diseño de proye ctos nacionales e internacionales como lo son los 40.964 km de túneles de las líne as 6 y 3 de la ciudad de S antiago de Chile” José S. López López Gerente General división S&P APL
REVISTA VECTOR, Año 8, Número 84, Diciembre 2015, es una publicación mensual editada, diseñada y distribuida por Comunicaciones La Labor, S. A. de C.V. Cozumel 63 – A, Col. Roma Norte, Delegación Cuauhtémoc, C.P. 06700, Tel. 5256 – 1978, www.revistavector.com.mx, daniel.anaya@revistavector.com.mx •Editor responsable: Daniel Anaya González. Reservas de Derechos al Uso Exclusivo No. 04-2011- 010512575900-102, ISSN: (En trámite) Licitud de Título y contenido: Certificado No. 15819 Expediente CCPRI/3/TC/13/19755, ambos otorgados por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Permiso SEPOMEX No. IM09- 0754. Impresa por Publicomp/Catalina Mariles Ortega, Calz. de la Viga 577 Col. Nueva Santa Anita, Iztacalco, C.P. 08210, Tel.5579 3675. Este número se terminó de imprimir el 5 de Diciembre 2015 con un tiraje de 8,000 ejemplares. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Queda estrictamente prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor.
3 Punto de Origen
Publicomp/Catalina Mariles Ortega IMPRESIÓN
Ingeniería civil del siglo XXI
4
Diseño del
sistema de ventilación forzada para las líneas 3 y 6 de Metro de Santiago de Chile
E
l pasado 29 de julio del 2014 la empresa Metro de Santiago adjudico a S&P México el contrato por el “Diseño, suministro, instalación y mantenimiento del sistema de ventilación forzada para las líneas 3 y 6”. El proyecto consiste en el la implementación de un sistema de ventilación capaz de mantener un ambiente confortable y seguro en sus 40.96 km de túnel, para lo cual se plantea la instalación de 56 ventiladores Axiales de 2.5 m de diámetro con 250 kw de potencia. Al ser considerando un sistema de emergencia, el diseño del mismo deberá cumplir además de los criterios de ingeniería, los criterios de confiabilidad, disponibilidad, mantenibilidad y seguridad, (RAMS), los cuales solicitan una disponibilidad técnica del 99.95% mínimo, con un tiempo medio entre fallas mayor a 2000 horas y un tiempo medio de reparación de 30 minutos.
En primer lugar se realiza un larguillo en el cual se resume la longitud de los intertramos, pendientes, áreas transversales y curvas. El cliente proporciona información del material rodante y de las instalaciones mecánicas fijas, así como las marchas tipo, dentro de los parámetros más importantes que se reciben, es la curva de incendio del material rodante, ya que de esta información depende el éxito del proyecto, esto es un detonante importante para la generación del estudio cuasiunidireccional, donde se determinan los caudales de emergencia a mover en caso de un incendio, en dicho estudio
también se determinan las pérdidas de carga que ocasiona el movimiento de aire dentro del túnel, dicha perdida de carga deberá ser abatida por los ventiladores de 250 kw, una vez que se concluye con el estudio se procede con la validación de los resultados mediante simulaciones CFD, en las cuales se deberán observar los niveles de Temperatura, Monóxido, y tiempos que se puedan mantener las atmosferas sustentables. La generación de toda la documentación se apega a un proceso de aseguramiento de calidad, el total de documentos generados asciende a 432 documentos de ingeniería, se divide en las áreas de Mecánica de Fluidos, Simulación CFD, Control, Automatización, Eléctrica, Arquitectura y RAMS, toda la gestión documental es por medio de ACONEX. Al día de hoy nos encontramos en la etapa de definición de equipamiento, donde ya se han determinado la fabricación de 20 ventiladores axiales con diámetro de 2.5 metros, peso estimado de 4,5 toneladas y una potencia de 250 kw, reversibles para operar por un periodo de 2 horas a 250°C, variadores de frecuencia, Compuertas y silenciadores rectangulares, mando local, remoto y automático. Dentro de los desafíos más importantes se encuentran es el estudio de RAMS, a manera de resumen se explica el proceso de dicho estudio. En el análisis RAM´S que viene de las siglas en ingles de Reliability, Aviability, Maintainibility and Security, une los siguientes conceptos. 1. Confiabilidad. - es la probabilidad que tiene un equipo de operar en forma adecuada dentro de un periodo de tiempo en las condiciones adecuadas. 2. Mantenibilidad. – Indica la probabilidad de que, bajo condiciones y procedimientos establecidos, el mantenimiento de un equipo se realice en el tiempo establecido. 3. Disponibilidad. - es la probabilidad de que un equipo se encuentre bajo condiciones establecidas operativo en el tiempo dado. 4. Seguridad. - Se encarga de registrar y evitar cualquier riesgo inaceptable a personas (usuarios de los sistemas u operadores).
Elementos críticos
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Figura 1.- Elementos críticos.
Ingeniería civil del siglo XXI
El diseño inicia con una minuciosa revisión de requerimientos técnicos los cuales ascienden a 247 de tipo ingeniería y 86 de tipo RAMS, dentro de los cuales se debe cumplir con normativas Chilenas e internacionales, en las que se encuentran: NFPA-130, NFPA-92, EN-13779, DS146/97, SEDH, EN-50126, NFPA70, IEC- 60228, EN-60529, NCh 4/2003, IEC 61034-1, IEC-61034-2, EN-50267-2-1, EN-50267-2-3, EN50266-2-3, EN 60332-2 Nch 433, ISO 9001, AMCA 210, AMCA 300, AMCA 250, ASHRAE 149, así mismo Metro entrego cerca de 5000 planos, de las áreas de obra Civil, eléctrica y de control.
Ingeniería civil del siglo XXI
6 El propósito de este tipo de estudios es presentar un análisis que permita identificar los equipos y sistemas críticos, y proponer acciones de mitigación basadas en un análisis costo riesgo. Predecir la mayoría de los escenarios de detenciones o fallas del proceso, modelando las incertidumbres de los procesos de deterioro y fallas que soportarán los equipos, subsistemas y sistemas asociados. Identificar las implicaciones económicas de cada escenario probable considerando la configuración de los sistemas, confiabilidad de los equipos, políticas de mantenimiento y filosofía operacional entre otras para establecer las estrategias óptimas de mantenimiento.
Con esto es posible responder lo siguiente:
¿Cuáles son los componentes potencialmente críticos? ¿Cuáles son los equipos que presentan mayor riesgo ante una falla? ¿Cuáles son los escenarios posibles y sus consecuencias? ¿Cuáles son los posibles puntos de falla? Es decir, a partir de un modelo dado (figura 2), se lleva a cabo un análisis en el cual se consideran las interacciones de los modos de falla de los diferentes componentes del sistema y se centra en la identificación de la disponibilidad operacional, mediante simulación por Monte Carlo; adicional a esto se consideran las tasas de falla de los componentes, los tiempos medios de reparación, disponibilidad de repuestos, etc. Para lograr resultados más precisos.
Con este estudio se obtienen los resultados siguientes: 1. Se calcula la confiabilidad de los equipos 2. Mejoras en las configuraciones de los sistemas propuestos. 3. Predicción de probables fallas aleatorias y mejorar sus reparaciones.
Figura 2.- Diagrama para análisis de confiabilidad de un sistema de ventilación.
Este análisis se lleva a cabo desde la fase de diseño para obtener: 1. El análisis de confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad (RAM) 2. El análisis RAM para el suministro. Durante la etapa de detalle de diseño se obtiene: 1. La predicción del mantenimiento centrado en confiabilidad (RCM). 2. Inspección basada en riesgo (RBI). 3. Nivel de seguridad(SIL) 4. Análisis de repuestos y predicción de uso. 5. Predicción de presupuesto de mantenimiento en el ciclo de vida activo. 6. Desarrollo de procedimientos de mantenimiento, inspección y pruebas. Durante la etapa de operación del sistema: 1. Se realizan los mismos estudios que se llevan a cabo en la etapa de diseño, pero ajustando los parámetros en función de los datos registrados, para realizar la optimización de los mismos. En la figura 3, se muestra el estudio RAM durante las fases del proyecto. 4. Calcular la influencia del error humano. 5. Calcular el tiempo fuera de equipos por mantenimiento programado. 6. Se puede predecir las piezas de repuesto (stock mínimo) 7. Predecir la ocurrencia de eventos no deseados.
7
Figura 3.- Estudio RAM
Ingeniería civil del siglo XXI
Entre otros.
Al día de hoy nos encontramos a una tercera parte del proyecto, con más energía y entusiasmo que al inicio, con la firme convicción de poner en alto el nombre de nuestro país, y la conciencia que en toda la historia de las empresas Mexicanas de ventilación, S&P México es la primera en ganar un proyecto de esta importancia, trabajando para una empresa que tiene uno de los mejores metros del Mundo como lo es METRO DE SANTIAGO.
Infraestructura
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El Túnel de Zhongnanshan El túnel carretero más largo de Asia
E
l túnel de Zhongnanshan, o túnel de la montaña Zhongnan, en China, es actualmente el túnel de carretera más largo de Asia y el segundo más largo del mundo; pero es también hoy día, el túnel de dos tubos de mayor longitud en el mundo. Este túnel doble de 18,020 metros de longitud, puesto en servicio el 20 de enero de 2007, que pasa a través de la cadena montañosa de Qinling, en la provincia de Shaanxi, solo es superado por el Túnel Aurland – Laerdal, localizado entre las ciudades de Oslo y Bergen, en Noruega, el cual fue abierto en noviembre de 2000 y tiene una longitud de 24.5 kilómetros. Esta proeza de la ingeniería se encuentra sobre la autopista Xi´an- Ankang, que es parte de la autopista nacional
que conecta Baotou, en la provincia de Mongolia interior, en el norte de China, con Beihai en la región autónoma de Guangxi Zhuang, en el sur. El túnel empieza en Qingcha, en la ciudad de Xi´an y acaba en Yingpan, en la ciudad de Shangluo. Cada uno de sus dos tubos, de 6 metros de alto y 10.92 metros de ancho integra dos carriles para el tráfico de vehículos, en los cuales se permite circular a una velocidad máxima de 80 kilómetros por hora. La distancia entre los ejes de los dos tubos es de 30 metros. La ventilación se asegura mediante tres pozos. Se determinó que la geología de la zona consistía de gneis y granitos y la construcción empezó en marzo de 2002, utilizando el método tradicional de perforación mediante explosivos y el empleo de maquinaria especial desarrollada específicamente para esta obra. La evacuación del material se realizó mediante camiones. La obra, en cuanto a la construcción, estuvo a cargo de cuatro compañías chinas: la Oficina de Construcción No. 5, la Oficina de Construcción No. 12, la Oficina de Construcción No. 18 y la Oficina de Ingeniería de Túneles de China y fue supervisada por el Primer Instituto de Proyectos y Supervisión de Autopistas de China. El túnel fue equipado con luminarias de diferentes colores y modelos para que los conductores mantengan la atención. Cada túnel está decorado con plantas artificiales e imágenes de nubes proyectadas en algunos tramos del techo para reducir la impresión de limitación del campo visual, reducir la fatiga y hacer más agradable el trayecto. El túnel tiene un importante papel en la reducción de los tiempos de viaje en la provincia de Shaanxi y como consecuencia, en el costo del transporte y en la promoción del desarrollo económico a lo largo de la autopista como conexión principal entre la zona del río Amarillo y la región del delta del río Yangtze, ya que permite hacer en sólo 40 minutos, un recorrido que antes tomaba tres horas para llegar de Xi´an al condado de Zha Shui.
Infraestructura
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Empresas y Empresarios
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Concreto Lanzado
Ing. Javier Esparza Díaz.
En los últimos 20 años se ha incrementado la utilización del “concreto lanzado”, dado la facilidad que tiene este concreto para realizar obras donde el cimbrado no es posible, donde se requiere la creación de elementos como bóvedas, estabilidad de taludes o de túneles. Este aumento en el uso del concreto lanzado nos lleva a que los requerimientos de calidad y desempeño se vean impactados en cuanto a:
• Mejor cohesión. • Rápida aplicación. • Mayor resistencia a compresión. • Mínimo índice de rebote del concreto lanzado. • Mayor durabilidad del concreto lanzado, aún en condiciones severas. • Etcétera. En Euclid Chemical nos hemos preocupado por darle a este segmento de la construcción, los productos adecuados para que las obras se realicen acorde a las especificaciones, con el mejor costo-beneficio para dueños y lanzadores de concreto y reducción en los tiempos de obra, para reducir los costos directos e indirectos de la construcción. Dependiendo del tipo de concreto lanzado, Euclid Chemical oferta a este segmento los productos adecuados para los concretos lanzados vía húmeda o vía seca con una gama de productos libre de álcalis (para evitar daños futuros al acero de refuerzo) como, Eucolanz L y Eucolanz P. En caso de que se requiera un concreto o mortero lanzado
www.eucomex.com.mx
El producto de innovación Sureshot AF, muestra excelentes resultados en los concretos lanzados utilizados en túneles, minas y estabilización de tierras y taludes versus la mayoría de productos que se tienen en el mercado. Tradicionalmente al concreto lanzado se le agrega fibra para mejorar su desempeño; Euclid Chemical ofrece hoy para el concreto lanzado el producto de innovación Tuf Strand SF, que es una macro fibra estructural sintética que proporciona mejoras en el desempeño del concreto lanzado y en la parte operativa y de ahorro en costos y tiempos, por ejemplo: • Menor desgaste en el equipo de lanzado.
• Facilidad en la dosificación y en la cantidad de fibra presente en el concreto lanzado. • Menor costo por m3 del concreto lanzado adicionado con fibras (fibras de acero vs fibras sintéticas). • Evita en ciertos casos el uso de la malla electro-soldada. • Mejora el comportamiento de desempeño del concreto lanzado. Etc. En Euclid Chemical nos esforzamos día a día para que la construcción cuente con productos de excelente desempeño, que permitan mejorar los tiempos tradicionales de construcción y a costos competitivos que lleven a los constructores al ahorro buscado en un mercado altamente competitivo. Todo lo anterior es avalado por nuestros departamentos de innovación tecnológica y laboratorios equipados con la tecnología de punta que soportan los cumplimientos en los requisitos o de especificación de cada obra.
Euclid Chemical, experiencia y prestigio que ponemos a su disposición. Del interior de la República 01 800 8 EUCLID (382543) Del D.F. y Zona Metropolitana 5864 9970
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para reparación, se sugiere utilizar el Eucoshot o el Eucoshot AF 750.
Grouts Fester
®
E
n la industria o en la construcción es frecuente la necesidad de anclar y nivelar estructuras, maquinaria o equipo para tener un óptimo funcionamiento y seguridad estructural. Estas aplicaciones requieren del uso de materiales que alcancen alta resistencia a la compresión en poco tiempo y que no presenten contracciones una vez instalados. A estos productos se les conoce como grouts, morteros sin contracción o estabilizadores de volumen.
Anclaje y nivelación de vialidad elevada
Anclaje y nivelación de bombas de agua industriales
Los Grouts Fester® se caracterizan por ofrecer una solución para cada necesidad que requiera del uso de un mortero sin contracción en cualquier proyecto. Nuestras soluciones ayudan a reducir tiempos y costos a la vez que incrementarán la calidad, durabilidad y seguridad de la obra. Las principales ventajas y beneficios de los Grouts Fester® son:
Características
Ventajas
Beneficios
Resistencia a edades tempranas
Permite poner en marcha la obra en menos tiempo sin tener que esperar varios días.
Reduce costos en obra por días, mano de obra y mantenimiento por desgaste de la aplicación.
No se contrae
No pierde área de contacto en la aplicación además de evitar agrietamientos.
Garantiza la seguridad en obra sin dañar la estructura o equipo instalado evitando costos por mantenimiento o retrabajo posterior.
Alta adherencia
Se adhiere perfectamente al concreto en donde se va a aplicar.*
Carga el elemento con un excelente desempeño, evitando cualquier riesgo en la aplicación.
Fluidez
Se acomoda de manera adecuada en encofrados densos sin dejar aire atrapado en la aplicación.
No se compromete la resistencia del producto evitando cualquier costo de mantenimiento posterior.
*Para generar la mayor adherencia es necesario preparar la superficie y abrir poro al concreto.
11 Empresas y
Empresas y Empresarios
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Fester® cuenta con un amplio portafolio de grouts cementosos o epóxicos. Todos ellos, morteros libres de contracción y de expansión controlada con excelentes propiedades de resistencia a la compresión, así como la fluidez que usted necesita para una fácil colocación de los productos; además no dañan el acero de refuerzo pues no contienen cloruros. Además, nuestro equipo de Servicio Técnico cuenta con amplia experiencia resolviendo cualquier duda en aplicaciones y emitiendo la mejor recomendación para tu proyecto.
Festergrout NM 800
Fester Epoxine 600 Grout
Grout cementoso no metálico. Rapidísimo desarrollo de resistencia, en 24 hrs alcanza 580 kg/cm² de resistencia a la compresión y llega hasta 960 kg/cm² a 28 días. Ideal para asentar y nivelar maquinaria pesada, anclar pernos o varillas y recibir placas de apoyo para estructuras metálicas.
Grout epóxico de rápida catalización, altísima resistencia y flexión, en 24 hrs alcanza 1100 kg/cm² de resistencia a la compresión soportando vibración sin fisurarse. Es ideal para asentar y nivelar maquinarias con alta vibración y tiene alta resistencia química, en tan sólo 24 hrs los equipos se pueden poner en uso.
Festergrout NM 600
Fester Epoxine 800 Grout
Grout cementoso no metálico. Desarrolla 625 kg/cm² de resistencia a la compresión a 28 días. Ideal para asentar y nivelar maquinaria pesada, anclar pernos o varillas y recibir placas de apoyo para estructuras metálicas.
Grout epóxico, altísima resistencia y flexión, en 24 hrs alcanza 1000 kg/cm² de resistencia a la compresión soportando vibración sin fisurarse. Es ideal para usarse en zonas cálidas sin que afecten los tiempos de catalización del producto. Usado para asentar y nivelar maquinarias con alta vibración y tiene alta resistencia química, en tan sólo 24 hrs los equipos se pueden poner en uso.
Festergrout NM AF Grout cementoso no metálico de alta fluidez. Además de su elevada resistencia a la compresión, su alta fluidez permite que sea colocado en espacios muy reducidos. Ideal para asentar y nivelar maquinaria pesada, anclar pernos o varillas y recibir placas de apoyo para estructuras metálicas.
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Empresas y Empresarios
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APLICACIONES MÁS COMÚNES
Anclaje y nivelación de una estructura con FESTERGROUT NM 800.
Colocación de Festergrout NM 800
Puesta en uso a 24 hrs
Recuerda que Fester® cuenta con productos de alta tecnología que se adaptan a cualquier tipo de aplicación y desempeño, brindando seguridad y rapidez en obra. Todo esto respaldado por un equipo de expertos en los campos de aplicación.
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Empresas y Empresarios
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Anclaje y nivelación de maquinaria con alta vibración y ambientes severos con FESTER EPOXINE GROUT 600
Colocación de Fester Epoxine 600 Grout
Puesta en uso a 24 hrs
Para mayor información sobre la línea de Grouts Fester® consulta a tu distribuidor autorizado Fester, consulta nuestra página web
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15 o recibe información a través de nuestra línea
01 800 FESTER7
Empresas y Empresarios
Empresas y Empresarios
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La tecnología de VAG atrae la confianza de los clientes
“
En VAG, nuestro equipo utiliza las herramientas de marketing en línea y la tecnología para ayudar con las campañas de promoción, el crecimiento de las ventas, y principalmente para satisfacer las necesidades del cliente”, explica Peter Oppinger, Director de Marketing del Grupo VAG. “Un ejemplo en el que la tecnología ayudó a impulsar las ventas fue en colaboración con el Centro de Innovación Rexnord (RIC).” Un contrato con valor de $ 1 millón (de dólares) fue otorgado a VAG por un líder del campo de energías renovables con sede en Australia. Peter explica que VAG necesitaba desarrollar cálculos muy precisos para le ingeniería del proyecto. Las restricciones fueron altas debido al espacio limitado dentro de la presa donde se instalarían las válvulas VAG EKN® (Mariposa) y RIKO® (émbolo). Basándonos en la tecnología de la RIC se produjo un modelo de cálculo que añade credibilidad a nuestra propuesta. Este modelo de cálculo ayudó a probar la validez del diseño de las válvulas VAG seleccionadas para esta aplicación, que se basaba en otra tecnología importante - la dinámica de fluidos computacional de modelado (CFD). “El usuario final ha quedado impresionado y satisfecho con las capacidades tecnológicas de la empresa y el excelente apoyo del equipo durante todas las fases del proyecto”, dijo Peter.
VAG EKN® (Mariposa) RIKO® (émbolo)
¿Qué es el CFD de Modelado? Dinámica de fluidos computacional (CFD) de modelado es el uso de las matemáticas aplicadas, física y software computacional para visualizar cómo un gas o líquido fluye, así como la forma en que el gas o líquido afecta a los objetos a su paso a medida que fluye. El Software de CFD se basa en datos sobre el tamaño, contenido y el diseño de un espacio de trabajo. Utiliza esta información para crear un modelo matemático tridimensional que se hace girar y se ve desde diferentes ángulos. Un programa de CFD simula cambios y ayuda a los usuarios a entender lo que sucederá y lo que se requerirá en los diversos proyectos antes de que tiempo excesivo o dinero se inviertan en él.
Túneles Simulación de voladuras en túneles:
una ventaja para el control de perímetros
En la actualidad, en el contexto del proceso de cargado y transporte, el principal objetivo de la voladura es la fragmentación, es decir, la creación de la mayor zona de daño
posible para obtener un material con una fragmentación que permita la adecuada continuidad en el ciclo. Sin embargo, en el perímetro de la voladura el resultado óptimo es crear el menor daño posible. En la mayoría de los casos un mayor daño en las labores mineras se traduce en un aumento de costos, ya que es necesario aplicar un sistema de fortificación más robusto que evite el desprendimiento de bloques en el macizo rocoso o en su defecto que evite el colapso de un sector del nivel de producción. Para esto existen modelos predictivos de daño al macizo rocoso, el modelo Holmberg & Persson (1879) y más tarde modificado (1994) es el mas usado en la industria minera como una herramienta para el diseño de los diagramas de barrenación y voladura, este modelo al igual que otros necesitan el establecimiento de constantes empíricas que permitan una calibración en su formula.
17 Suplemento Especial
E
n perforación subterránea y voladura, el proceso de diseño y puesta en práctica requiere una buena comprensión de las condiciones geotécnicas y la respuesta esperada del macizo rocoso a la excavación final. A medida que nuestra comprensión de las condiciones aumenta, los diseños se pueden mejorar de forma continua para lograr mejores resultados. Este proceso iterativo requiere un sistema que puede ayudar a los ingenieros a organizar y gestionar información clave, como las condiciones geotécnicas, geometría del diseño, explosivos, sistemas de iniciación y cebado, secuencia de inicio, tiempo de retardos y resultados globales tales como la fragmentación, el movimiento de la roca, daños al macizo, etc. Existen diversos software que ofrecen asistencia en el análisis y organización de esta información para capturar observaciones, registros y proponer nuevos diseños en los diseños para la optimización de los recursos.
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Barrenos de perĂmetro
Suplemento Especial
Barrenos amortiguados
Barrenos de producciĂłn
Figura 3. La concentraciĂłn de carga explosiva en los barrenos cercanos al contorno se deben ajustar de modo que la zona de daĂąo de cada barreno coincida con el limite de corte esperado.
Figura 1. Modelo de Holmberg & Persson
Donde K y Îą son constantes empĂricas obtenidas en campo. Esta relaciĂłn muestra que la velocidad de partĂcula mĂĄxima en un punto en el espacio 3D. Debido a la relaciĂłn directa entre la tensiĂłn y el PPV , los autores definieron los umbrales crĂticos de PPV de daĂąo: Velocidad de la
TensiĂłn
partĂcula PPV 700
(stress) 7
1000
10
DaĂąo considerable
2500
25
FragmentaciĂłn
5000
50
Buena FragmentaciĂłn
15000
150
Demoledor, (aumento de finos)
Efecto TĂpico en roca Punto Inicial de daĂąo intenso
La barrenaciĂłn para el control del perĂmetro en cielo es comĂşnmente aplicado, pero tambiĂŠn se empieza a aplicar en paredes tambiĂŠn. En la figura 2 se ilustran los diferentes sectores de un diseĂąo para estos.
La forma de medir estas distancias de una manera teĂłrica es utilizando simuladores que permiten realizar pruebas con diferentes diseĂąos de patrones de barrenaciĂłn, cargas explosivas y llevarlas a prĂĄctica para realizar los ajustes necesarios dentro del software haciendo asĂ una calibraciĂłn del sistema en sus constantes empĂricas.
Caso prĂĄctico para la optimizaciĂłn de plantillas Del siguiente diseĂąo de una obra de 3.5 x 3.5 con un total de 48 barrenos de 47.6 mm donde 43 de ellos son cargados con ANFO y 5 no para el ĂĄrea vacĂa de la cuĂąa, se buscĂł el ahorro de explosivo y barrenaciĂłn a travĂŠs de la disminuciĂłn de barrenos. Se realizaron pruebas para obtener los valores de K y Îą mediante la colocaciĂłn de sismĂłgrafos en diferentes voladuras, asĂ como su respectiva calibraciĂłn de las constantes para encontrar la distancia de daĂąo de los barrenos en el macizo rocoso.
Escala
Figura 2. RepresentaciĂłn de un diseĂąo involucrando los sectores de una frente.
K= 125
mm/s 700 2,133 3,566
a a a > �= 0.9
mm/s 2,133 3,566 5,000 5,000
Figura 4. DistribuciĂłn del PPV de acuerdo a Holmberg & Persson
AnĂĄlisis De acuerdo a las concentraciones de los halos de vibraciĂłn, se observa un perĂmetro uniforme. Sin embargo se tienen dos barrenos que son posibles de suprimir debido a que presentan una sobrecarga en la parte superior y cercanos a los barrenos de perĂmetro. Al suprimir estos barrenos es necesario realizar una nueva simulaciĂłn debido a la falta de energĂa en la zona donde fueron eliminados estos, asĂ como un ajuste de las distancias entre los barrenos de esta zona para cubrir esta falta.
Plantilla Original
Figura 5. Barrenos prospectos a suprimir por sobrecarga en zona de perimetro.
Barrenos eliminados
Plantilla Ajustada
Figura 6. ModificaciĂłn de plantilla
DaĂąo al Macizo rocoso Para encontrar la distancia de daĂąo al macizo rocoso basta con tomar la medida desde el centro del barreno hasta la distancia mĂĄxima donde se tiene un valor de 700 mm/s de PPV, en este caso tenemos un halo final de 0.50 m de radio.
Escala
mm/s 700 2,133 3,566
K= 125
a a a > �= 0.9
mm/s 2,133 3,566 5,000 5,000
Figura 7. Halos de concentraciĂłn de PPV
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Las vibraciones producto de la voladura y el conocimiento de las propiedades geomecĂĄnicas del macizo rocoso, permiten estimar la probabilidad de ocasionar daĂąo en dicho macizo. Altos niveles de vibraciĂłn pueden daĂąar la roca, creando fracturas nuevas o extendiendo fracturas existentes. La vibraciĂłn puede ser considerada como un esfuerzo o deformaciĂłn del macizo rocoso.
Los parĂĄmetros de ajuste del modelo son directamente dependientes del comportamiento de las vibraciones en cada tipo de roca, estos presentan un amplio rango de variabilidad lo que restringe su aplicaciĂłn al sector donde fueron obtenidos.
Suplemento Especial
Conclusiones
Suplemento Especial
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¿Por qué el Concreto Lanzado? Ing. Raúl Armando Bracamontes Jiménez ADRA Ingeniería S.A. de C.V.
• El mercado mundial del concreto lanzado será una industria de 6.5 billones de dólares para 2018. • Ofrece muchas ventajas para resolver problemas de estabilidad • Puede eliminar la aplicación de cimbras • Su principal aplicación es el recubrimiento de túneles y construcciones subterráneas en minas.
D
urante la excavación de un túnel, provocamos cambios en los esfuerzos del terreno, afectando principalmente la roca que la rodea; si dichos esfuerzos son muy grandes o la roca es muy débil esto provocará un desplazamiento. Está deformación del terreno puede ser controlada por algún sistema de soporte que contrarreste o redistribuya dichos esfuerzos, para evitar que provoquen el colapso en alguna zona, poniendo en riesgo la vida de los trabajadores, daños al equipo y afectando el desarrollo de la obra. Hoy en día existen diversos métodos de soporte, cada uno de ellos con diferentes características y con sus ventajas particulares. Entre esos sistemas cabe mencionar el concreto lanzado, el cual es un método de soporte que ofrece muchas ventajas que no tiene ningún otro para resolver problemas de estabilidad en minas y otras construcciones subterráneas.
EL CONCRETO LANZADO El concreto lanzado es concreto proyectado neumáticamente a gran velocidad contra una superficie y se puede clasificar, según su proceso de aplicación, en vía seca o vía húmeda. El concreto lanzado es un método muy efectivo de colocar concreto que puede eliminar la aplicación del uso de cimbras y su principal aplicación es en el recubrimiento de túneles y construcciones subterráneas mineras. Más del 90% de su uso se destina para soporte de rocas, pero también se utiliza en trabajos de rehabilitación, aplicaciones refractarias y otros. La demanda del concreto lanzado está influenciada por su versatilidad e innovación ya que se puede aplicar en una gran variedad de superficies tanto verticales como sobre cabeza, sin importar su forma. Para elaborar el concreto lanzado se utilizan los mismos ingredientes que en el concreto tradicional: agua, cemento, aditivos y agregados.
El concreto lanzado es simplemente un sistema de colocación del concreto a gran velocidad, contra una superficie vertical, horizontal o techo -sobre cabeza-. Es un método ideal para colocar concreto que mantiene algunas diferencias en comparación con el concreto tradicional, tales como: a)
Las partículas individuales de agregado cubiertas con cemento salen de la boquilla a gran velocidad contra la superficie de aplicación, sobre la cual se adhieren y compactan al mismo tiempo por la fuerza de impacto, creando una masa sólida. Contrariamente a lo que ocurre con el concreto tradicional, que se coloca primero en obra y se compacta después, generalmente por vibración.
b)
El tamaño máximo de agregado del concreto lanzado es de 13 mm. (1/2”) debido a las limitaciones del equipo de bombeo y también para evitar grandes pérdidas por rebote.
c)
En el momento de su impacto sobre la superficie de aplicación, una parte del material es rechazado. Ese material recibe el nombre de “rebote”, por lo que la composición del concreto lanzado colocado es diferente al concreto que sale de la boquilla.
d)
La superficie de aplicación o soporte, puede presentar cualquier forma e inclinación. El concreto lanzado tiene una mayor adherencia a la superficie de aplicación y se coloca en obra por capas. También esto marca una diferencia del concreto normal. Debido a la fuerza del impacto, los morteros y concretos lanzados logran una adherencia óptima con el material de soporte y permiten obtener la forma de superficie deseada. La relación agua/cemento en el concreto lanzado es generalmente baja aproximadamente de 0.40
f) Con respecto al concreto convencional, el concreto lanzado requiere de una mayor cantidad de cemento, entre 350 a 500 kg/m3. Las propiedades del concreto lanzado son parecidas a las de un concreto convencional, en lo que respecta a la densidad, a la resistencia a compresión, a la tracción y al cortante. Gracias a su estructura particular, el concreto lanzado es más impermeable y más resistente a los ciclos de hielo y deshielo, al fuego, que un concreto convencional de la misma composición. Debido a su método de colocación se obtienen concretos más compactos y con mayor adherencia, permitiendo lograr elementos delgados y formas libres que difícilmente pueden construirse con técnicas convencionales. La ejecución de trabajos con concreto lanzado es un arte que requiere de nociones teóricas y de equipos adecuados, pero especialmente una gran experiencia práctica, por tal motivo la certificación de los lanzadores se vuelve una prioridad. Mediante la aplicación con robots, no se expone a las personas en terrenos inestables. El empleo del concreto lanzado se debe a razones de costo o conveniencia, al desarrollo de resistencias a tempranas edades y finales y a la flexibilidad de su aplicación. Es una realidad que el concreto lanzado aplicado correctamente, vía húmeda o vía seca, es un material de construcción sólido y durable, puede obtener un concreto denso, con relaciones agua/cemento bajas, de alta resistencia, baja absorción, buena resistencia a las condiciones de intemperie y buena adherencia al substrato, entre otras ventajas.
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Aplicación robótica de concreto lanzado
Aplicación robótica del concreto lanzado
Suplemento Especial
e)
y la resistencia cuando es colocado adecuadamente, es mayor.
Suplemento Especial
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EL CONCRETO LANZADO EN EL MUNDO El reporte “Shotcrete/Sprayed Concrete Market by Process (Wet & Dry), Applications (Underground Construction, Water Retaining Structures, Protective Coatings, Repair Works & Others), Systems & Geography: Global Trends and Forecasts to 2018”, define y segmenta el mercado mundial del concreto lanzado con análisis y predicciones del uso y consumo. También identifica los factores para el mercado mundial del concreto lanzado con análisis de las tendencias, oportunidades, temas de actualidad e inversiones. El mercado está dividido en las principales regiones como América del Norte, Europa, Asia-Pacífico y resto del mundo y prevé el consumo y los ingresos generados por esta aplicación. El reporte se enfoca a los países clave y pronostica por cada región. Además, segmenta el mercado y prevé los ingresos sobre base de las principales aplicaciones del concreto lanzado en diversas industrias como la construcción subterránea, estructuras de retención de agua, aplicaciones de protección, trabajos de reparación, y otros. Se calcula que el mercado mundial de concreto lanzado alcanzó un valor de alrededor de 4.2 mil millones de dólares a finales de 2012, y se prevé que alcanzará un valor de 6.5 mil millones de dólares en 2018. Esto sugiere una tasa de crecimiento de 7.8% entre 2013 y 2018. La región europea domina el mercado mundial del concreto lanzado en ingresos en 2012. Y se esperan un mayor crecimiento en 2018 seguido por la región Asia-Pacífico. Se prevé un crecimiento del 8,7 % en el resto del mundo con un aumento en el mimo periodo de 2013 a 2018 debido al crecimiento de usuarios de concreto lanzado. También se pronostica un crecimiento en el mercado norteamericano de un 8.0% en su aplicación. En México, actualmente se estima que se están aplicando 65,000 m3 anuales, tanto en minería como obra civil. Japón es el mayor consumidor de concreto lanzado en la región Asia-Pacífico y el tercero a nivel mundial. Alemania es el mayor consumidor en la región europea y el cuarto a nivel mundial. El consumo de Japón se espera que crezca 4.4% de 2013 a 2018. Alemania genera un 20.0% del consumo del mercado europeo en 2012 y se estima un crecimiento de un 3.3% de 2013 a 2018. China, el segundo mayor consumidor en la región Asia-Pacífico, se espera que domine el mercado en 2018 con el mayor crecimiento de un 8.4%. El mercado global del concreto lanzado esta moderadamente fragmentado, donde BASF SE, Sika AG, Heidelberg Cement AG, y Cemex S.A.B. De C.V. constituyen cerca del 60% del mercado en producción y suministros
Estabilización de los portales con concreto lanzado de un túnel carretero
PROCESO DEL CONCRETO LANZADO VÍA SECA Aunque la tendencia mundial es la aplicación de concreto lanzado vía húmeda, explicaré la aplicación del concreto lanzado vía seca, para ello se prepara una mezcla de cemento, agregados secos o con su humedad natural (del 3 al 6%), fibras metálicas - si son especificadas - y en su caso aditivos en polvo (microsílice, etc.), se mezclan hasta conseguir una perfecta homogeneidad. La mezcla se carga en la máquina lanzadora, en ese momento se pueden agregar los aditivos acelerantes en polvo para conseguir resistencias iniciales altas y disminuir el rebote. El equipo introduce el material hacia la manguera, mediante el empleo de aire comprimido. El material es transportado mediante aire comprimido hacia la boquilla a gran velocidad. En ésta se introduce agua a presión junto con el aditivo acelerante líquido, si se usa, mediante un anillo perforado, mezclándose con los demás ingredientes. La mezcla ya húmeda es lanzada a alta velocidad desde la boquilla hacia la superficie, mezclándose, y compactándose simultáneamente con la colocación.
PROCESO DEL CONCRETO LANZADO VÍA HÚMEDA A diferencia de la vía seca, en el concreto lanzado vía húmeda se mezcla el cemento, los agregados, el agua, fibras tanto metálicas como de polipropileno, y los aditivos, exceptuando el acelerante, hasta conseguir una mezcla homogénea, con la trabajabilidad adecuada, con el revenimiento mínimo que pueda ser bombeado. El concreto se carga en la tolva de la máquina lanzadora y es introducida hacia la manguera de transporte. El material es transportado por presión hidráulica, desplazamiento mecánico similar al del concreto bombeado,- flujo denso-. En la boquilla se inyecta aire comprimido para incrementar la velocidad, este aire comprimido que se añade en la boquilla, tiene dos funciones para descompactar y darle velocidad al concreto y es donde se adicionan los aditivos acelerantes si se usan.
Aplicación manual de concreto lanzado vía húmeda
El concreto es proyectado a alta velocidad contra la superficie, compactándose junto con la colocación. Con la adición de aditivos acelerantes en la boquilla su primer efecto sobre el concreto es el de eliminar el revenimiento - obtener una consistencia seca- mientras el concreto se encuentra en el aire, así cuando se impacta contra la superficie, permite adherirse a está, e incrementar el espesor de capa que se está colocando. Esta reducción de revenimiento debe de ocurrir en segundos. El segundo efecto es el desarrollo de resistencia a tempranas edades.
Aplicación manual de concreto lanzado vía húmeda
23 Suplemento Especial
Nota: A mayor relación agua/cemento mayor dosificación de aditivo acelerante para evitar que se desprenda al aplicarse en superficies verticales o sobre cabeza.
Suplemento Especial
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COLOCACIÓN Al igual que todo método de construcción, el procedimiento de proyección se encuentra sometido a ciertos principios, notablemente en lo que respecta el manejo de la boquilla y la composición del concreto lanzado. El conocimiento y la observación de estos principios distinguen al lanzador experto del que no lo es. El objetivo de la colocación de mezclas proyectadas, es obtener un concreto o mortero compacto, resistente y bien adherido, reduciendo al mínimo la pérdida de material debido al rebote en una operación continua y uniforme. En la aplicación vía seca el lanzador tiene la habilidad de controlar: • El agua que se añade en la boquilla. • La técnica de colocación, distancia de la boquilla a la superficie, ángulo de impacto. • Con una adecuada comunicación con el operador del equipo, puede controlar volumen de aire y la cantidad de material.
• La técnica de colocación, distancia de la boquilla a la superficie, ángulo de impacto. • En la mayoría de los equipos de vía húmeda, en comunicación con el operador del equipo, puede controlar la cantidad de material. Aunque aparentemente se puede ver que el lanzador de vía húmeda tiene un reto fácil, en comparación con el lanzador vía seca, es importante recordar que el lanzador de vía húmeda no tiene control sobre la mezcla de concreto, por lo que la mezcla debe de tener la consistencia deseada antes de descargarla en la bomba de concreto
Como se puede ver el lanzador toma muchas decisiones durante la colocación, por ello es que su habilidad, experiencia y entrenamiento son muy importantes para garantizar una excelente reparación. En el concreto lanzado vía húmeda el lanzador solo controla: • La cantidad de aire en la boquilla.
Inicio de excavación del túnel una vez que se estabilizó los cortes del cerro con concreto lanzado
Maravillas de la ingeniería
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El túnel de
Lötschberg El túnel ferroviario terrestre más largo del mundo.
E
l túnel de base Lötschberg, en los Alpes suizos, es actualmente el túnel ferroviario terrestre más largo del mundo. Se dice fácil, pero es una de las obras de ingeniería civil más importantes e impresionantes de todos los tiempos. ¿Pueden imaginar la increíble sensación que produce encontrarse en el corazón de los Alpes gracias a una construcción concebida y realizada por el ser humano?. Aunque su longitud es superada por el Túnel Seikan, de Japón y por el Eurotúnel bajo el Canal de la Mancha que une Inglaterra y Francia, estos túneles ferroviarios son mayormente submarinos, por lo que el récord de esta maravilla europea realizada en tierra es plenamente reconocido y lo mantendrá hasta que su hermano, el Túnel de San Gotardo que se construye en la misma región sea inaugurado y entre en servicio. El viaje entre las ciudades de Zurich, en Suiza y Milán, en Italia, tenía una
duración de aproximadamente cuatro horas y media, y para realizarlo, los trenes debían atravesar los Alpes, la gran cadena montañosa situada en el centro de Europa. El sueño de los países suizo e italiano siempre fue reducir la duración del viaje, pero para ello, era necesario llevar a cabo una auténtica proeza: construir los túneles ferroviarios más largos del mundo. Y así se hizo. Las administraciones de ambos países decidieron perforar las entrañas del imponente macizo en un proyecto que resultaba indispensable para mejorar la circulación y el tráfico en el corazón mismo del continente, el reemplazo de dos de los túneles más importantes de esta vía: Los antiguos túneles de Lötschberg y San Gotardo. Pero la importancia de estas obras fenomenales no radica solo en la reducción del tiempo de los viajes en tren. El proyecto AlpTransit, también conocido como New Railway Link through the Alps - Nuevo Enlace
Ferroviario a través de los Alpes- o NRLA, es la pieza clave de la Red Europea de Ferrocarril, para disponer de un enlace ferroviario rápido a través de los Alpes, mediante la construcción de “túneles de base” a niveles muy inferiores a los de los túneles originales. Este proyecto federal suizo, consta de dos secciones principales, el eje San Gotardo, al este y el eje Lötschberg, al oeste. El eje San Gotardo, compuesto por tres túneles de base; Zimmerberg, en el norte; San Gotardo, en el centro y Monte Ceneri, en el sur, está siendo construido por la empresa AlpTransit Gotthard AG, bajo contrato del gobierno federal suizo y se espera que quede concluido para finales del próximo año. Con una longitud de 57.072 kilómetros, el túnel de base San Gotardo se convertirá en el nuevo túnel ferroviario más largo del mundo cuando se complete y permitirá reducir en una hora el viaje entre Zurich y Milán .
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Maravillas de la ingeniería
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La combinación de los tres túneles de base ha sido diseñada para que formen el primer enlace ferroviario transalpino plano con una cota máxima de 550 msnm. Esto lo convertirá en un enlace de alta velocidad con una máxima de 250 kilómetros por hora, lo que permitirá reducir notablemente, tal como fue planteado como uno de sus principales objetivos, los tiempos de viaje. El eje Lötschberg, por su parte, incluye el nuevo túnel de base Lötschberg que reemplaza al viejo túnel de 14.612 kilómetros construido en 1913 a unos 400 metros de mayor altitud. Por razones de seguridad, el proyecto original consideraba que todos los túneles consistirían de dos tubos paralelos de una sola vía cada uno, conectados mediante túneles transversales menores cada 300 metros aproximadamente, a fin de permitir la evacuación desde un túnel hacia el otro en caso de emergencia. Sin embargo, a causa del aumento de los costos, en una primera etapa, solo se completó el túnel este. Del oeste, se completaron únicamente unas dos terceras partes – las situadas más al sur- . Por ello, el túnel oeste es utilizado solo en su parte sur, desde allí, las dos vías se unen y continúan como vía única por el túnel este durante 22 kilómetros aproximadamente. El segundo tercio – el central - del túnel oeste no posee vías y tiene como función la eventual evacuación del túnel oeste. Finalmente y ante la inexistencia del tercio norte
Boca norte del túnel en Frutigen.
Boca sur del túnel en Raroña.
del túnel oeste, se han adaptado túneles de exploración para ser utilizados para evacuaciones del tercio norte del túnel este.
y que desgarró un tren de mercancías al momento de abrir la galería, en el momento de la inauguración.
El nuevo túnel de Lötschberg construido en los Alpes berneses por la compañía BLS AlpTransit Lötschberg AG, tiene una longitud de 34.577 kilómetros y discurre entre el cantón de Bern y el de Valais conectando Frutigen y Raroña. Fue abierto al tráfico de mercancías el 16 de junio de 2007 y al de pasajeros el 9 de diciembre del mismo año, convirtiéndose en la primera infraestructura del proyecto AlpTransit en ser finalizada. El costo estimado del túnel fue de 2,700 millones de euros a costos de 1998. El ministro suizo de Transportes, Moritz Leuenberger, inauguró el túnel y la línea de ferrocarril Berna – Lötschberg – Simplon, el 16 de junio de 2007. Retenido en Roma por una sesión de gobierno, su homólogo italiano Antonio Di Pietro, no pudo asistir pero envío un mensaje en el que confirmó el compromiso de su país con las Nuevas Líneas Ferroviarias a través de los Alpes –NLFA-. Durante la ceremonia, los 1,200 invitados, incluido el Ministro alemán de Transportes, Wolfgang Tiefensee, recorrieron los casi 35 kilómetros del túnel en un tren especial. La cinta tradicional fue reemplazada por un muro de papel que cerraba la entrada norte del túnel en Frutigen, del lado bernés,
Moritz Leuenberger agradeció a los trabajadores y a los diseñadores y constructores la realización de la colosal obra en los plazos convenidos, acompañado de Peter Teuscher, director de BLS AlpTransit y de Mathias Tromp, director de la Compañía BLS, así como de responsables de despachos de ingenieros y empresas de construcción. “Tenemos un túnel de alta tecnología y estamos dispuestos a explotarlo”, dijo Mathias Tromp. El túnel inició su servicio prácticamente al límite de su capacidad – 96% - por lo que los trenes con retraso de más de 7 minutos – algo frecuente para los que llegan de Italia – deben utilizar la línea antigua – o en el caso de trenes demasiado pesados esperar a que se libere un turno -. A los pocos meses de su inauguración la línea del túnel alcanzó el límite de circulaciones diarias: unos 50 trenes de pasajeros y unos 70 trenes de mercancías – otros 37 trenes de pasajeros y 40 trenes de mercancías circulan por la antigua línea del túnel de Lötschberg. La velocidad máxima para los trenes de pasajeros es de 250 kilómetros por hora, la más alta en Suiza. Sin embargo, para no perder capacidad de tráfico, los trenes de pasajeros circulan solo a 200 kilómetros por hora, pudiendo cambiar de vía a 180 kilómetros por hora.
Maravillas de la ingeniería
30 Los trenes de mercancías tienen una longitud máxima de 750 metros y como máximo un peso de 3,250 toneladas. El túnel tiene el gálibo suficiente para que trenes especiales transporten camiones de hasta 40 toneladas. La pendiente máxima es de 15 milésimas. Anteriormente, el recorrido en automóvil era más rápido en 69 de 78 destinos accesibles por ferrocarril a partir de Valais. Con el Lötschberg el tren es más rápido en 55 de los casos.
Cronología del Lötschberg
25 de septiembre de 1992
Febrero de 1994
Al momento continúan los trabajos para completar la instalación del sistema de ventilación, la realización de pruebas de los trenes en tramos pequeños y la comprobación del correcto funcionamiento de todas las instalaciones. La proeza de perforar más de 50 kilómetros en el interior de los Alpes ha significado un costo de más de 10,000 millones de euros para la Confederación conformada por el gobierno suizo, el gobierno italiano y la compañía AlpTransit, pero la inauguración del nuevo túnel más largo del mundo está programada para finales de 2016.
Aprobada en votación popular, la iniciativa de los Alpes exige la transferencia de los transportes de mercancías de las autopistas a las líneas férreas en diez años.
12 de abril de 1994
Empiezan los trabajos previos.
24 de abril de 1996
Debido a las dificultades financieras se toma la decisión de que en una primera fase, 22 de los 34.6 kilómetros entren en servicio en vía única.
San Gotardo En 2011 se terminó la excavación para construir el nuevo túnel ferroviario de San Gotardo, y desde entonces, se han realizado todo tipo de pruebas para comprobar la construcción. Hasta junio de 2014, se realizaron exámenes para verificar que los trenes pueden circular a través del túnel ferroviario sin problemas. Aunque las primeras pruebas de velocidad en todo el trazado del túnel ferroviario se realizaron a 40 y 80 km/h en octubre de 2015 ahora el ferrocarril alcanza los 220 km/h en un tramo de 13 kilómetros situado entre Bodio y Faido West.
Con el 63.6 % de los votos, el pueblo suizo aprueba en referéndum la realización de las nuevas líneas ferroviarias a través de los Alpes - NLFA -.
Marzo de 1998
Las cámaras federales aprueban la construcción simultánea de ambos túneles de base San Gotardo y Lötschberg. Lötschberg tendrá solo una vía.
Noviembre de 1998.
El 63.5% de los suizos aprueba la disposición federal sobre la construcción y el financiamiento de los transportes públicos.
5 de junio de 1999
Inicio de las obras en el túnel principal.
Diciembre de 1999
Las Cámaras aceptan un crédito de 12,600 millones de francos para las NLFA.
Julio de 2001
El Consejo Federal — Gobierno- aumenta el crédito de las NLFA de 12,600 a 14,700 millones de francos.
Abril de 2005
Concluye la horadación del Lötschberg
15 de junio de 2005
Pruebas del túnel
16 de junio de 2006
Terminación de la obra civil e inicio de las pruebas en vía.
Septiembre de 2006
Después de varios aumentos, la factura del las NLFA es fijada en 24,000 millones de francos.
15 de junio de 2007
Inauguración oficial del Lötschberg e inicio de la circulación comercial de pruebas. Se había previsto la circulación de 10,000 trenes en el periodo de 6 meses de circulación comercial de pruebas, pero debido a varios problemas, fueron 9000 trenes, todos bajo ERTMS nivel 2 los que circularon.
15 de septiembre de 2007.-
Primeros trenes de pasajeros en circulación comercial de pruebas.
17 de octubre de 2007
9 de diciembre de 2007 30 de diciembre de 2008
Descarrila la locomotora de un tren alemán de mercancías en un desvío. En un primer momento se atribuye el accidente al ERTMS, pero la investigación muestra que es debido a un error del software de control del propio túnel. El error es subsanado en una nueva versión del software Inicio de la circulación comercial plena Homologación a 250 kilómetros por hora.
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Tecnologías
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Impermeabilización de túneles Impermeabilización de túneles con Vinitex SL o Vinitex TR Conforme a la Norma UNE 104424
La corrosión La corrosión forma parte de nuestra vida diaria; desgraciadamente, no consideramos sus efectos hasta que éstos se hacen visibles. Las estructuras de concreto están reforzadas interiormente con varillas de acero, las cuales se cubren de concreto con el objeto de proporcionarles una adecuada resistencia mecánica. Debido a su propia constitución, el concreto contiene una gran cantidad de poros, los cuales pueden estar interconectados, siendo permeable a líquidos y gases. Esto es de gran importancia para el proceso de corrosión del acero de refuerzo. La herrumbre que se va formando como resultado del proceso, hace perder la adherencia entre el acero y el concreto. A medida que se va formando herrumbre por la corrosión del acero,
ésta ejerce una gran presión sobre el concreto que lo rodea. Las fuerzas son de tal magnitud dentro del concreto que provocan grietas que lo fragilizan, perdiendo sus buenas propiedades mecánicas y por lo tanto la seguridad de la estructura. El drenaje y la impermeabilización de túneles tiene una gran importancia tanto técnica como económica, ya que contribuye a la calidad y durabilidad de las obras. Se requiere evitar un alto costo de mantenimiento. Generalmente se considera que una óptima impermeabilización es lo más importante en un túnel; sin embargo, si no se efectúa una correcta elección de los materiales de acuerdo a las condiciones del terreno y características del agua conforme a los estudios hidrogeológicos, podemos enfrentarnos a problemas.
Problemas por una inadecuada impermeabilización La penetración de agua por fisuras, dañando el armado de acero de refuerzo y por consiguiente el daño al revestimiento. El agua filtrante produce que en invierno se forma hielo en la calzada con el consecuente peligro en la circulación. La agresividad del agua produce agrietamientos. Una mala impermeabilización produce un alto costo de mantenimiento, ya que requiere de un sello de las fisuras, como una solución temporal y constante. La impermeabilización de los túneles comprenden el empleo de un geo textil y una membrana, los cuales son instalados en la fase final de la construcción, una vez realizada la excavación y colocado el soporte, para posteriormente realizar el revestimiento estructural.
Tecnologías
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En ocasiones se requiere colocar un geo compuesto o drenes adicionales debido al caudal del agua.
es para protección de la membrana impermeable y como drenaje.
Requisitos: 1.- Proteger la obra contra las filtraciones 2.- Adaptarse a las irregularidades del soporte, ofreciendo resistencia y elongación suficiente. 3.- Resistente contra las cargas del encofrado– presión 200 kN/m2-. 4.- El geo textil deberá permitir un drenaje adecuado. 5.- Ser de fácil colocación, independientemente de que el soporte se encuentre húmedo. 6.- Resistir el envejecimiento, imputrescible y no sufrir alteración química. 7.- Auto extinguibles. 8.- Soldables, permitiendo llevar un control de verificación de las uniones.
Así mismo, se procede a la colocación de las arandelas de PVC, mismas que funcionan como el sostenimiento de la membrana impermeable.
Requisitos de soporte para la impermeabilización de túneles.
La instalación del sistema impermeable con membrana de PVC, requiere de personal capacitado, así como el uso de las herramientas adecuadas.
Colocación del PVC La densidad de los sujetadores generalmente se maneja en un rango de 2.0 a 2.5 por m2, para membranas con un espesor de 1.5 mm. Para membranas con espesor de 2.0 mm., la densidad a considerar es de 3.0 a 4.5 por m2.
Espesor de soporte: 50 a 70 mm.
Sin embargo, en ocasiones y debido a la configuración del soporte, se requiere colocar una mayor cantidad de arandelas, ya que podemos encontrarnos con campanas y por lo tanto, debemos instalar la geo membrana siguiendo la configuración del terreno para evitar elongaciones innecesarias en la membrana impermeable permitiendo que trabaje con la misma capacidad que el resto del túnel.
Una vez que el soporte del túnel esté realizado de acuerdo a las características mencionadas anteriormente y que la calzada del mismo se encuentre libre, podemos iniciar con la colocación del geo textil, el cual puede ser de polipropileno o poliéster, de acuerdo a las condiciones del sustrato, manejando un gramaje de 500 grs/m2.
El sello longitudinal de las membranas de PVC, se realiza mediante un doble sello y un canal de prueba, lo que nos permite llevar un control de calidad al realizar pruebas en los traslapes longitudinales, y con esto asegurar que no tendremos ningún problema de filtración por mal sellado de los mismos.
Este material deberá ser fijado al soporte y sellado en las uniones de los lienzos. La función de este material
La presión ejercida es de 2 atm., por 15 minutos, permitiendo una pérdida del 10% por elongación de la membrana.
Es muy importante tener un soporte con las mínimas irregularidades posibles con el objeto de contar con un sustrato adecuado para la colocación de la membrana impermeable.
36 Ingeniería Civil Mexicana
La solución al derrumbe del túnel No. 13 Ing. Raúl Armando Bracamontes Jiménez. ADRA Ingeniería S.A. de C.V.
E
l pasado 26 de febrero, ocurrió un derrumbe en el túnel No. 13 en la línea T del ferrocarril Nogales — Guadalajara, a la altura de Plan de Barrancas, en el estado de Jalisco, lo que originó el cierre del paso del ferrocarril en esta importante vía, afortunadamente, sin accidentes personales que lamentar. El túnel No. 13 de esta vía, de 230 metros de largo, fue construido en 1924 y reforzado en 1958. Su soporte constaba de un arco de concreto con un radio de 2 metros, apoyado sobre un muro de 5 metros de altura de espesor variable entre 60 a 90 cms y tanto el , como el muro, solo contaban con una parrilla de acero de ¾” colocado a cada 40 cms. Los esfuerzos del terreno ocasionaron un derrumbe en el centro del túnel afectando una área de aproximadamente 30 metros; en esa zona hubo desplazamientos de hasta un metro del muro lo que provoco el cierre parcial. Se estima que el volumen desplazado fue de unos 1500 m3.
En la primera fotografía, se aprecia el derrumbe inicial y el desplazamiento de los muros en la zona cercana. En en la siguiente fotografía se puede ver la actividad de retiro del material del derrumbe
De manera inmediata, procedió a controlar el terreno para reabrir el paso al ferrocarril a la mayor brevedad posible. Para contener el derrumbe por la parte interior, se inyectó una lechada de cemento y se fue insertando una cortina de tubos paraguas para proveer un techo y poder retirar el material caído en el interior; posteriormente se colocó una parrilla de acero y se recubrió con concreto lanzado, luego, sobre el concreto lanzado se instalaron unos marcos de acero para el reforzamiento del túnel.
Zona de derrumbe ya contenida mediante inyección, intalacion de tubos paraguas y concreto lanzado Esta etapa duró 2 semanas
Pruebas de paso de ferrocarril
Mientras se estabilizaba la zona de derrumbe, simultáneamente se trabajaba para devastar y reforzar muros aledaños al caído, mediante la instalación de anclas de cables. El desgaste se realizó mediante el corte con equipos de disco diamantado y demolido mediante rompedores manuales para no transmitir mucha vibración o impacto al muro existente. La perforación para la instalación del anclaje se realizó mediante un equipo stenuik barrenando a 3” de diámetro y 10 metros de profundidad, para permitir el paso del ferrocarril y posteriormente realizar la demolición definitiva y lograr la recuperación de las caracteristicas originales del túnel.
Concluida la primera etapa y después de permitir el desalojo de los contenedores que se habían acumulado durante el tiempo que estuvo cerrado el túnel, se realizó la reconstrucción definitiva de la zona afectada, mediante la demolición del muro existente y la construcción de uno nuevo. Previo a la demolición, se llevó a cabo la inserción de una fila de tubos paraguas y se realizaron inyecciones de cemento para consolidar el terreno y facilitar la demolición. Para la demolición se utilizó una sierra corta muros con discos de 700 mm y 1200 mm de diámetro que permitían el corte del espesor completo del muro y su demolición con un martillo hidráulico para la instalación de un marco de acero, parrillas de acero de refuerzo y construcción del muro con concreto lanzado, dándole el acabado con llana. Esta etapa duró 2 semanas más.
37 Ingeniería Civil Mexicana
Como refuerzo, se instalaron marcos metálicos en la zona del derrumbe.
38 Actualidades
Jurong Los espacios subterráneos que Singapur se está construyendo bajo tierra
C
onsiderado como una ciudad – estado, Singapur tiene apenas 697 kilómetros cuadrados para sus más de 5 millones de habitantes; pero en la últimas décadas, este país asiático se ha convertido en una de las economías más florecientes del mundo. Acostumbrados a ganarle terreno al mar, sus autoridades han puesto ahora sus ojos en otro lado: bajo tierra, que es donde quieren desarrollar una mini urbe en cuevas, en las que puedan almacenar sus barriles de reservas de petróleo. Singapur busca espacio y el proyecto Jurong ya está en marcha; a unos 150 metros de profundidad, que es el equivalente a un edificio de 9 plantas, ya se tiene la primera caverna que se abrió en 2014 y se está trabajando en la construcción de otras cuatro más. Una vez terminadas, podrán albergar hasta 9 millones de barriles.
Y es que el petróleo es la clave de la economía del país, ya que pese a sus escasos recursos naturales, Singapur ha logrado una alta especialización en el procesamiento y la refinación. Pero ¿cuál es el problema? que necesita liberar el espacio que ocupan actualmente sus reservas con el objetivo de seguir desarrollándose. Por eso, los expertos consideran que con el traslado bajo tierra se podrán recuperar unas 60 hectáreas que se utilizarán para uso industrial. Es la primera vez que un país asiático decide poner en marcha un plan como este, pero ya ha habido otros en el mundo que lo han hecho con éxito, lo que ha animado a las autoridades singapurenses a asumir el desafío. El principal problema que hay que resolver es el de la entrada de agua, pero se confía en que los reconocidos investigadores de la nación podrán resolverlo.
Además, no se descarta que se empiecen a construir más instalaciones bajo tierra que permitan amortizar mejor el espacio. De hecho, ya se está planteando la posibilidad de crear un auténtico mundo subterráneo en el que puedan convivir personas compartiendo espacios en los que se ubiquen también infraestructuras como plantas de tratamiento de agua, centrales de datos o almacenes. Por ejemplo, en el caso de los laboratorios, las condiciones que se pueden encontrar muchas veces son mejores que sobre la tierra. Lo que parece claro es que el éxito o no de las cuevas Jurong, va a determinar de manera decisiva el futuro de Singapur que cada vez apunta más hacia el subterráneo para seguir reinventando su lucha permanente contra y por más espacio. Con información de CNN en español.
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Libros
Túneles
en México Asociación Mexicana de Ingeniería de Túneles y Obras Subterráneas, A. C.
C
on conocimiento, ingenio y experiencia, la ingeniería de túneles mexicana ha sido fundamental para dar soluciones seguras y oportunas a los retos que las diferentes obras de infraestructura de nuestro país y las difíciles condiciones del subsuelo han planteado. Las necesidades que se pueden resolver utilizando eficientemente el subsuelo y su entorno son cada vez más variadas: obras hidráulicas, de transporte, de almacenamiento – combustibles, información, mercancías, alimentos, etcétera-, obras de generación eléctrica, viviendas, estacionamientos, iglesias, bibliotecas, centros comerciales y de diversión, laboratorios, refugios en casos de desastre o de conflictos bélicos e instalaciones militares estratégicas, solo por enumerar algunas. Aprender a colonizar el espacio subterráneo es una necesidad cada vez mayor y debemos estar preparados para poder capitalizar esta alternativa mediante el empleo de las obras subterráneas como una solución cuya aplicación representa tanto ventajas técnico – económicas, como una, respuesta eficaz para la conservación del medio ambiente y el desarrollo sustentable.
De la Presentación Mario Olguín Azpeitia Director Ejecutivo XIII Consejio de Directores AMITOS. La Asociación Mexicana de Ingeniería de Túneles y Obras Subterráneas – AMITOS -, tiene entre sus objetivos Dar a conocer los principales proyectos y obras de la especialidad, así como los avances tecnológicos relacionados con los túneles y obras subterráneas. Con un gran esfuerzo, esta asociación ha culminado la tarea de recopilar la información dispersa sobre los túneles que se han construido en México y publicar este libro orientado no solo a los conocedores y expertos en la materia, sino también a los estudiantes de ingeniería y de las ciencias afines, a los interesados con otras formaciones académicas, al público en general y a todo aquel atraído por conocer el curso que ha tenido esta disciplina a lo largo de nuestra historia y de una manera simple y amable, las intrincadas acciones necesarias para concebir, estudiar, diseñar y construir una excavación subterránea.
Ventilación provisional para la construcción de acueductos subterráneos
KFT Alta eficiencia Eficiencia de hasta 85% para ventiladores unidireccionales y de 75% para ventiladores reversibles.
Ventilador de túnel axial Unidireccional Disponibilidad en diámetros desde 1 120 hasta 3 150 mm, presión estática hasta de 5000 Pa, poder vehicular de hasta 450 m3/s. Reversible Disponibilidad en diámetros desde 1 120 hasta 2 240 mm, presión estática hasta de 2500 Pa, poder vehicular de hasta 160 450 m3/s.
Operación libre de pérdidas Un diseño que evita la entrada en pérdida asegura una operación libre de pérdidas y protege a los ventiladores y a su equipo de daño potencial
Ángulo de las aspas ajustable El ángulo de las aspas puede ser ajustado para adecuarse a las necesidades de control y desarrollo. Aspas altamente resistentes. Aspas de perfil aerodinámico especialmente diseñadas en aleación de aluminio con alta eficiencia son perfectas para usos en alta presión (de hasta 5 000 Pa) y choques térmicos.
Diseño robusto y duradero Los componentes principales están hechos de acero de alta resistencia.
KJF Reversión asegurada Reversibilidad del 97 a l 100%.
Ventilador de túnel a chorro Disponibilidad en diámetros desde 560 hasta 1 600mm, con empuje máximo de 3,800 N.
Fácil Mantenimiento Las puertas y paneles de acceso e inspección están diseñados para ofrecer un camino sencillo hacia los componentes principales como motores y rodetes. La lubricación a base de cobre externa permite la relubricación constante y asegura una vida útil considerable a los rodamientos.
Soler & Palau México Blvd. A-15 Apdo. Postal F-23 Parque Industrial Puebla 2000 Puebla, Pue. México C.P. 72310
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