OBSERVACIONES EN CUANTO A LA MEDICION DE ESTACIONES DE CONVERGENCIAQu es convergencia?La palabra convergencia proviene del vocablo latino convergens, de donde con es reunin y vergens significa inclinacin; y se refiere a dirigirse varias lneas, hacia un mismo punto.Anlisis de las mediciones de convergencia

Si no se muestran significativos movimientos durante el perodo de medicin. Esto se puede interpretar como una tendencia a la estabilidad o al proceso de estabilizacin. Se debe incluir siempre como dato en los reportes de estaciones de convergencia :Fecha y hora de excavacin Fecha y hora de InstalacinDistancia al frente de trabajo Es importante que el Contratista proteja los puntos de convergencia de posibles daos producidos por los trabajos de excavacin o de soporte. Si de todas maneras un punto de convergencia es destruido por trabajos de excavaciones o cualquier otra circunstancia, el Contratista debe de informar este caso inmediatamente al cliente. En archivo adjunto se enva el Cuadro de Registros de mediciones de convergencia hasta la fecha. En los grficos se pueden diferenciar 3 periodos:Primera etapa: Inmediatamente despus de la excavacin se produce una desestabilizacin, representando una alta gradiente de deformacin.Segunda etapa: Se presenta un segundo estado donde la gradiente decrece hasta que se convierte en casi nula.Tercera etapa: Contina la tendencia como en la anterior, la deformacin se estabiliza y la curva tiene prcticamente una gradiente cero. Se aprecia en ello, que en un largo periodo de tiempo esas ltimas deformaciones son bajas en comparacin con aquellas que se tomaron en primer lugar.La gradiente de los periodos y su estabilizacin dependen de los siguientes factores:Caractersticas de la roca: Si la roca tiene un mdulo de elasticidad alto, entonces no se generar significativa deformacin.Profundidad del tnel: Si la profundidad es mayor a los 700 m., entonces los esfuerzos se incrementan produciendo mayores deformaciones.Emplazamiento de soporte: En el caso de roca de mala calidad si se instalan elementos de soporte, tericamente habr un balance en cuanto a la deformacin, salvo que ese soporte sea insuficiente.

Mtodo de excavacin: Drill and blasting o TBM.Distancia del frente de excavacin con respecto al punto de ubicacin de la estacin de convergencia: Depende del tipo de roca:Para rocas de muy mala calidad (tipo 5 y 6) entonces las estaciones de convergencia se deben de instalar a la distancia mnima requerida o a 5m como mximo.

Para rocas de mala calidad (tipo 4) deberan colocarse estaciones cada 20m.

Para rocas de regular calidad (tipo 3) deberan de instalarse estaciones cada 50m.

Para rocas de buena calidad (tipo 1 y 2) deberan de emplazarse estaciones cada 100 m.

La instalacin de una estacin de convergencia se debe ejecutar en las primeras 24 horas de producida la excavacin. La medida del primer cero debe de ser tomada a una mxima distancia de 1 o 2 avances. La lectura del cero ser establecida antes que el frente de excavacin avance.

Descripcin tericaEn general las convergencias en rocas granticas estn en un rango de 14 a 32mm., en simulaciones realizadas para calidades de roca 2, 3 y 4, pero en presencia de filtraciones, alteraciones y presencia de discontinuidades estas convergencias tienden a aumentar.Las convergencias del tnel sin sostenimiento alcanzan su mxima deformacin a una distancia del frente igual a 1.5H a 3.0H de la altura del tnel, esto se debe fundamentalmente a la rigidez que genera el frente con los hastiales en un radio circunferencial, como a continuacin se muestra:

As mismo la colocacin del sistema de sostenimiento permite controlar la convergencia siempre en el rango elstico, como se observa en:

Sostenimiento tipo 5

Casos de Aplicaciones para el monitoreo de convergencias

a. CASO 1: Rocas plsticas o Blandas, zonas de material suelto o similar, importantes zonas de cataclasis de falla, zonas intensamente fracturadas y/o alteradas con presencia de filtraciones de agua. En ste caso la seccin convergencia ser colocada con una distancia mxima de 5 m del frente de la excavacin al final de la voladura. El punto topogrfico de convergencia ser realizado en un hueco en el cual se posicionar y proteger con una urna de metal la cual sobresaldr a la galera. En este caso la excavacin se llevar a cabo con voladuras controladas y cortas tanto en longitud como en potencia o si es posible por medios mecnicos, as mismo los puntos de convergencia sern protegidos adecuadamente del material de excavacin o proceso de limpieza de la excavacin. El macizo rocoso plstico o zonas de cataclasis o material suelto, pueden ocasionar una importante deformacin en poco tiempo. El monitoreo de este caso ser realizado prximo al frente a fin de poder intervenir en caso de inestabilidad, lo que necesitar el posicionamiento inmediato de un sistema de sostenimiento adicional, el cual ser evaluado en campo.

b. CASO 2: Macizo rocoso de malo a bueno, en todos los otros casos que presumiblemente representan la mejora de la situacin, la medida de convergencia podr ser ubicada a una distancia del frente mnima de 5 m y mxima de 10 m de 1H a 2H (H: altura del tnel). Tal distancia permitir primero que la seccin de convergencia est alejado de la proyeccin de la voladura y por lo tanto no se dae la instrumentacin, ya que un eventual dao de los sectores de la medicin de convergencia durante la voladura comprometera los datos medidos. Tal distancia asegurar la correcta evaluacin de las convergencias fuera del radio de avance y de la zona del posicionamiento del sostenimiento evaluado. La mayor cercana de la medida de convergencia se realizar cerca al ncleo de avance (dentro de los 10 m o 2H), siempre y cuando el macizo rocoso sea rgido y compacto (como se ha reportado en la descripcin terica). La litologa de la roca atravesada del proyecto, est compuesto principalmente por granitos, roca rgida que tiende a deformarse rpidamente despus de la ejecucin de la voladura. La deformacin inmediata del tnel despus de la voladura, ser evaluada en el mapeo geomecnico; el relieve geomecnico natural y la consecuente determinacin de la clase de sostenimiento segn el tipo de roca a la que pertenece, ser colocado de acuerdo a lo indicado en el diseo teniendo en consideracin la deformacin inmediata y primaria del macizo rocoso. En cuanto al estudio del anillo de deformacin plstica que se crea en el interior

del tnel, la medida de convergencia ser realizada en el tiempo adecuado con la modalidad descrita lneas arriba. En caso que el material sea rgido y de buena calidad geomecnica se realizar una evaluacin rpida del fenmeno de deformacin respecto al tiempo. En todos los dems casos, el monitoreo de convergencias de una seccin, permitir evaluar el fenmeno de deformacin lento, progresivo o particular en cuanto a las condiciones de contorno, por ejemplo, el aumento de la gradiente hidrulica, el periodo de lluvias intensas o las variantes de las condiciones de confinamiento, causan el deterioro en el tiempo del macizo rocoso o del revestimiento. En el curso de las operaciones resulta importante y fundamental, el evaluar el fenmeno deformacin lenta en la zona de contorno de plastificacin de la seccin del tnel. Naturalmente la creacin del anillo de plastificacin en la seccin de excavacin tiende a tener una potencial evolucin en su inestabilidad para el caso propuesto, debido al movimiento no rpido por el cual se nota deformaciones significativas a largo plazo. Se debe de ver la necesidad de adicionar sistemas de sostenimiento, derivados precisamente de la lectura sistemtica de eventuales desplazamientos. Sin embargo es claro que deformaciones significativas, implica la realizacin de intervenciones de sostenimiento adicional, los cuales se manifiestan en este caso con el tiempo de avance de la excavacin, respecto a una distancia del frente de la seccin de medicin de convergencia.

Conclusiones

Los dos casos establecidos para la medicin de convergencias, se adecuaran a las condiciones de la roca, los cuales sern en forma general como sigue:O Clasificacin geomecnica de la roca 1, 2, 3 y 4: Se adecuaran al caso 2.O Clasificacin geomecnica de la roca 5 y 6: Se adecuaran al caso 1.As mismo estos son referenciales, pudiente existir cualquier condicin particular, como la presencia de filtraciones de agua, anisotropa concentrada de discontinuidades y fallas, las cuales tendrn que ser evaluadas en campo por el gelogo. Los sistemas de sostenimiento permiten estabilizar o cortar las convergencias del tnel a largo plazo, controlando las deformaciones plsticas en el anillo de excavacin del tnel.

Para algunos casos se puede dar niveles de prevencin de 0.25% de la cuerda, como para centrales nucleares, tneles de metro, entre otros.

PLAN DE LECTURAS DE CONVERGENCIAS (SKAVA)

Se colocarn y medirn las convergencias que se indiquen en el libro de sostenimientos o va documento oficial entregado por SKAVA. Una vez establecida la progresiva de convergencia, en general, se deben colocar los pernos (anclados en roca) lo ms cerca posible del frente de avance; eso quiere decir, no ms de 2 avances despus del paso de la progresiva estipulada. Justo despus de fraguar el anclaje del perno, se deben iniciar las lecturas; ya que cunto ms tiempo pasa, mayor es la deformacin que no queda registrada; y en caso de deformaciones importantes, se podra establecer una situacin de peligro para los trabajadores y equipos.El cronograma de medidas ser el siguiente para cada convergencia (a no ser que se indique en especfico algo diferente): 1 lectura/da, los primeros 7 das despus de la colocacin de los pernos. 1 lectura/cada 2 das, la segunda semana desde la colocacin de los pernos. 1 lectura/cada 4 das, la tercera y cuarta semana desde la colocacin de los pernos. 1 lectura/semana, el segundo mes desde la colocacin de los pernos. 1 lectura/cada 15 das, el tercer y cuarto mes desde la colocacin de los pernos.A partir de los 4 meses de la existencia de la convergencia, se realizar un anlisis de su deformacin acumulada y de su velocidad de deformacin en ese instante. En funcin de estos datos de establecer la necesidad o no de ms control continuo y su frecuencia. Por defecto, y como sistema de garanta de calidad, despus de estos primeros 4 meses, ser recomendable realizar hasta la puesta en servicio del tnel, lecturas de estas mismas convergencias segn el siguiente programa: 1 lectura/cada 2 meses, entre el 4 mes y 1 ao desde la colocacin de los pernos. 1 lectura/cada 6 meses, entre el 1r ao y la puesta en servicio del tnel.

El sistema de alertas se establecer en funcin de la deformacin acumulada mxima en cualquiera de las longitudes medidas en cada estacin de convergencia. Los valores de las alarmas se han establecido en funcin del % de deformacin respecto a la seccin del tnel. Ser el siguiente:

SISTEMA DE ALERTAS DE LAS COVERGENCIAS (tipo SEMFORO)

COLOR DE LA ALERTADEFORMACIN ACUMULADA = XACCIONES A TOMAR

VERDEX < 25 mmNinguna. Seguir el programa de lecturas establecido.

NARANJA25 mm X < 50 mmSe deber aumentar el control de esta convergencia. Muy importante de controlar su Velocidad de Deformacin (si es muy alta, posible refuerzo necesario). Posibilidad de colocar nuevas convergencias cerca para delimitar tramos. Chequeo de fisuras del shotcrete en la zona, etc.

ROJAX 50 mmIndicacin de refuerzo* necesario en la zona. Si la velocidad de deformacin es alta, el refuerzo debe ejecutarse de inmediato. Convergencias prximas sirven para acotar tramo.

* El tipo de refuerzo lo indicarn los tcnicos en funcin de las posibles causas que originen las deformaciones en ese tramo del tnel

Se tendr tambin que analizar peridicamente las velocidades de deformacin que se vayan dando; pues una velocidad muy alta de deformacin o una aceleracin repentina de la misma puede indicar la ejecucin de un refuerzo inmediato del tramo, aun no habiendo llegado al lmite establecido por el sistema de alarmas.

NOTAS: 1. Los pernos de convergencias deben quedar protegidos, para evitar que se malogren. Cualquier golpe en los pernos, requiere su reposicin inmediata y nueva lectura de referencia; pero conservando la deformacin acumulada medida hasta ese momento. 2. El sistema de alertas est pensado para lecturas realizadas con cinta extensomtrica.3. A la vez que se realizan las lecturas de convergencias, se debe tomar la temperatura ambiente, pues incide en el valor de las lecturas.4. Es recomendable entregar a AAQ, al finalizar la obra, estaciones de convergencia vivas, es decir, que an se puedan leer, o por defecto, establecer un cambio de referencia con el sistema establecido por el proyecto (para su control en etapa de servicio), para preservar las deformaciones acumuladas en cada estacin (mantener todo su historial).

A continuacin se presenta los umbrales de la medicin de convergencia en comparacin con Skava de Ingeteroc:

Medidas correctivas

Intensificar el monitoreo de las estaciones de convergencia. Deformaciones Leves: Posibilidad de instalacin de drenajes si hay presencia de agua. Deformaciones medias: Colocacin de pernos de anclaje de mayor longitud a los ya instalados, drenaje. En el caso que el shotcrete se fisure: Colocacin de pernos de anclaje de mayor longitud a los ya instalados, drenaje, reemplazo de shotcrete aplicado con malla electrosoldada. Para casos extremos: Suspensin inmediata de la excavacin, instalacin de cerchas/marcos noruegos, inyeccin de consolidacin o modificacin del diseo.

EJEMPLO

Cuando se debe de dejar de monitorear: Cuando la gradiente se haga 0 o se tenga una velocidad de menos de 0.01mm/da.El tiempo de estabilizacin de una estacin de convergencia debe estar comprendida entre 1 a 2 meses.

Atentamente

Oscar Solari Jori