i
CONTENIDO 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 1.3.1 1.3.1.1 1.3.1.1.1 1.3.1.1.2 1.3.1.1.3 1.3.1.1.4 1.3.1.1.4.1 1.3.1.1.4.2 1.3.1.1.4.3 1.3.1.1.5 1.3.1.2 1.3.1.2.1 1.3.1.2.2 1.3.1.2.3 1.3.1.2.4 1.3.1.3 1.3.1.4 1.3.1.5 1.3.1.6 1.3.1.7 1.3.1.8 1.3.2 1.3.2.1 1.3.2.2 1.3.2.2.1 1.3.2.2.2. 1.3.2.2.3 1.3.3.3 1.3.3.4 1.3.3.5
ALCANCE TÉCNICO ................................................................................. 1 ANTECEDENTES Y ALCANCE................................................................1 LOCALIZACION......................................................................................... 1 CARACTERISTICAS TÉCNICAS ............................................................. 2 SISTEMA GENERAL DE CONSTRUCCIÓN - METODO N.A.T.M. ...... 3 PROCESO CONSTRUCTIVO..................................................................... 3 EXCAVACIÓN SUBTERRANEA .............................................................. 3 CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO ............................................. 3 SECCIONES TIPICAS DE EXCAVACIÓN............................................... 4 PROCESO DE EXCAVACIÓN................................................................... 5 SECUENCIAS DE EXCAVACIÓN ............................................................ 5 SECUENCIA DE LA PARTE SUPERIOR. ................................................ 6 SECUENCIA DE EXCAVACIÓN DE BANCA. ........................................ 6 SECUENCIA DE EXCAVACIÓN DE LA SOLERA. ................................ 7 AVANCES DE OBRA ................................................................................. 7 PRESOPORTE O SOSTENIMIENTO DE LA EXCAVACIÓN. ............. 12 CONCRETO NEUMATICO. ..................................................................... 13 MALLA DE ACERO. ................................................................................ 13 MARCOS METALICOS............................................................................ 14 PERNOS DE ANCLAJE. ........................................................................... 16 INSTRUMENTACIÓN GEOTÉCNICA Y MEDICIONES. ..................... 17 MEDIDA DE CONVERGENCIAS. .......................................................... 17 IMPERMEABILIZACIÓN DEL TÚNEL.................................................. 20 REVESTIMIENTO DEFINITIVO............................................................. 21 SISTEMA DE DRENAJE. ......................................................................... 24 PAVIMENTO. ............................................................................................ 26 OBRAS Y EQUIPOS DEL SISTEMA ELECTROMECANICO 27 EDIFICIOS DE CONTROL Y SUBESTACIONES ELECTRICAS......... 28 SISTEMA DE FUERZA E ILUMINACIÓN. ............................................ 28 SISTEMA DE FUERZA. ........................................................................... 29 TUBERIA Y DUCTOS 29 SISTEMA DE ILUMINACIÓN. ................................................................ 30 SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL. ......................................... 31 SISTEMA DE VENTILACIÓN. ................................................................ 34 PLANTAS GENERADORAS O DE EMERGENCIA. ............................. 35
ii
1.2 1.2.1
ALCANCE TÉCNICO ANTECEDENTES Y ALCANCE
El túnel de Buenavista inicia su proceso con la firma del contrato 403/94 firmado entre el Instituto Nacional de Vías -INV - y el consorcio Recchi S.p.A. Costruzioni Generali - Grandi Lavori Fincosit S.p.A.. La obra subterránea se inició en el frente El Trapiche el 19 de octubre/95 y en el frente Rionegro el 27 de noviembre/95. El plazo fue de 30 meses a partir del 21 de abril/95. En noviembre de 1997 se vence el plazo del contrato 403-94 y el INV decide no prorrogarlo, notificándole al contratista esta decisión, en razón de lo anterior, el INV abre licitación para la terminación del túnel, la que se declara desierta. En febrero de 1998 El INV con la resolución 00452 declara la urgencia manifiesta para la terminación del Túnel de Buenavista. Con base en lo anterior se procede a negociar el contrato de obra para la terminación del túnel con la firma CONCONCRETO S.A. El INV firma con CONCONCRETO S.A. el contrato 0061 en marzo de 1998 para la TERMINACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN DEL TÚNEL DE BUENAVISTA. El 27 del mismo mes Conconcreto inicia labores, una vez recibido por el INVIAS, al contratista anterior, el túnel. Conconcreto, a sabiendas del compromiso con la ingeniería colombiana, utilizó el apoyo para ejecutar el proyecto del consorcio Construcciones el Cóndor S.A. - Tunelesa S.A. - Estyma S.A. El alcance de las obras, que se regirán por especificaciones entregadas por el INV, corresponde a la construcción de todas las estructuras del túnel, suministro y servicio de todas las instalaciones, mano de obra, maquinaria, equipos y todos los insumos y accesorios requeridos para la correcta ejecución y terminación de la construcción del túnel.
1.2.2
LOCALIZACION.
Este túnel vial se encuentra en los Andes Orientales de Colombia, en el Departamento del Meta en cercanías de la ciudad de Villavicencio, a un promedio de 691m sobre el nivel del mar. Esta obra hace parte del tramo III de la Carretera Santa Fé de Bogotá - Villavicencio (longitud de 14.9 Km) que se inicia en el K87+512 y va hasta la intersección de la vía Villavicencio-Acacias.
1
Figura 1. Localización.
1.2.3
CARACTERISTICAS TÉCNICAS
Se trata de un túnel vial totalmente revestido en concreto; el alineamiento horizontal es casi en su totalidad recto, con una curva de 900 m de radio y 293 m de longitud hacia el portal occidental, en el cual se efectuaron principalmente las siguientes obras: • • • • • • • •
Excavación subterránea. Presoporte de la excavación. Revestimiento final en concreto reforzado. Obras de drenaje. Pavimento rígido y señalización. Suministro de los equipos electromecánicos(Control, Fuerza e Iluminación, Ventilación) Construcción de los edificios de control, subestaciones eléctricas, casetas de policía y casetas de bombas del sistema contra incendio. Montaje y puesta en funcionamiento de los equipos electromecánicos comprados y del Sistema Contraincendio Las principales características técnicas de este túnel vial son:
• • • • • •
• • • • • • •
2
Longitud: Pendiente: Velocidad de diseño: Ancho de carriles (2): Ancho de andenes: Area de sección típica de excavación: Altura libre transitable (gálibo): Area libre transitable Nichos de parqueo: Nichos de llamadas de emergencia: Máxima cobertura de roca: Abscisa de inicio: Abscisa final:
4.564 m(incluidos los portales) 2,592 % 60 Km/h. 3,67 m. 0,50 m. 80,0 m2 4,55 m. 46,00 m2 8 Un. 18 Un. 650 m K94+650.80 K99+170.32
1.3
SISTEMA GENERAL DE CONSTRUCCIÓN - METODO N.A.T.M.
Para el diseño del túnel Buenavista se utilizó un método de observación basado en el sistema constructivo del N.A.T.M. (New Austrian Tunnelling Method). El proceso de diseño y construcción puede resumirse en los siguientes puntos: 1. Estudio geomecánico del macizo rocoso en el que se va a construir el túnel, con determinación de tipos de materiales, presencia de agua, toma de muestras, ensayos de laboratorio e in situ, etc. 2. Caracterizar geomecánicamente el macizo, con la utilización de una de las clasificaciones geomecánicas. 3. Definición de las secciones y el tipo de sostenimiento en cada sector clasificado. 4. Ejecución de sondeos exploratorios en el interior del túnel, con recuperación de núcleos, antes del avance de la excavación. 5. Excavación del túnel, con los medios previstos y que se adecuen al principio de utilizar la propia roca como elemento resistente frente a las cargas (esfuerzos actuantes) que se van a ir produciendo durante la excavación. En la sección de excavación es deseable la aproximación a formas circulares. 6. Instalación del sostenimiento previsto en cada sector en magnitud y velocidad adecuada y que se establece por el estado del frente que se va abriendo. El sistema de sostenimiento usado consta principalmente de una membrana de concreto lanzado (reforzado con mallas metálicas), marcos metálicos y colocación de pernos de anclaje ya sea con resina o inyectados. 7. Instalación inmediata de elementos de medición y control. Como sistemas de control se utilizan como mínimo la medición de convergencias (triangulación de la sección abierta) que suele hacerse entre 5 y 10 m dependiendo de la calidad del terreno. 8. Del seguimiento e interpretación de la instrumentación, puede deducirse si el sostenimiento es adecuado para este sector o por el contrario hay que reforzarlo. Normalmente, a la medición absoluta de movimientos, presiones, etc., lo que suele ser más importante es observar el gradiente de los movimientos inducidos, que dan una mayor idea del comportamiento del sostenimiento. Velocidades de deformación del orden de centímetros por día suelen ser señal de riesgo. 9. Colocación de un revestimiento definitivo, que es en concreto masivo. Muchas veces este revestimiento es sólo justificable por condiciones de ventilación, para disminuir la rugosidad con que pueda quedar el sostenimiento y para control de humedades.
1.3.1
PROCESO CONSTRUCTIVO
1.3.1.1.. EXCAVACIÓN SUBTERRANEA 1.3.1.1.1. CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO De acuerdo a estudios geológicos realizados se establecieron los principales tipos de macizo rocoso que previsiblemente se encontrarían en las excavaciones del túnel. Para la clasificación de estos macizos rocosos se utilizaron sistemas de clasificación geotécnica, como el Sistema Q de Barton y el Sistema RMR de Bieniawsky modificados, que valoran las características del macizo y se compara dentro de rangos establecidos por estos sistemas como se muestra en la tabla N° 1. Tipo de
Características
Indice Q
RMR
3
Macizo I
II
III
IV
V VA
( Barton) Roca sana, poco fracturada y estable, no requiere soporte en le frente de >5 excavación. Rocas duras de estratificación delgada, moderadamente fracturadas. Presencia de 1.00 - 5.00 filtraciones pero sin mayor efecto. Rocas duras muy fracturadas y/o friables, estratificación delgada. El material tiende a desprenderse en el frente. Presencia de 0.20 - 0.99 filtraciones moderadas pero causan desprendimientos Rocas duras muy fracturadas o trituradas, de baja resistencia con relación a los esfuerzos, produciendo empujes laterales 0.05 - 0.19 moderados. Presencia baja de infiltraciones pero de efecto apreciable. Rocas duras, intensamente plegadas, fracturadas a trituradas, de baja resistencia 0.01 - 0.049 a los esfuerzos actuantes produciendo empujes laterales intensos. Zona donde se excave galería piloto. Tabla N° 1. Clasificación geotécnica.
(Bieniawsky) > 80
44 - 80
29 - 43
17 - 28
7 - 16
1.3.1.1.2. SECCIONES TIPICAS DE EXCAVACIÓN Para cada tipo de roca se estableció una sección estándar teórica determinando previamente las distintas etapas de excavación, así como su correspondiente soporte. Ver gráfico N° 1 Dependiendo del tipo de terreno clasificado, se realizaron ampliaciones a la sección teórica de excavación, para proveer suficiente espacio para las deformaciones radiales y las tolerancias de construcción.
4
L1
Línea teórica de Excavación Tolerancia de Construcción (10.00 cm)
C4
SECCION SUPERIOR TOP HEADING P1
P1' +2.55
C2
C2'
C1
P2
P2'
BANCA/BENCH C3
0.00
C3' P3'
P3
SOLERA/INVERT -1.70 P4
P4'
L2
Gráfico N°1. Sección típica de excavación.
1.3.1.1.3. PROCESO DE EXCAVACIÓN. Antes de iniciar los trabajos de excavación se realizaron desde el interior del túnel sondeos horizontales a partir de la ubicación más adelantada del frente de excavación, con el fin de realizar una exploración del terreno adelante del frente, identificando presencia de agua y otras características geológicas y geotécnicas.
1.3.1.1.4. SECUENCIAS DE EXCAVACIÓN Con la identificación del tipo de terreno a excavar y su clasificación RMR modificada se determina el tipo de sección a ejecutar y el rango de avance a efectuar (Gráfico N° 2). Las excavaciones se realizaron por medio de métodos mecánicos(martillo hidráulico, excavadora tunelera) y métodos tradicionales, usando técnicas de precorte, excavaciones efectuadas en varias etapas como se muestra en la figura 2 y 3 y que se describen a continuación:
5
RANGOS DE AVANCE (SEGÚN DISEÑO) 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5
>3m
AVANCE (m)
4.0 3.5
2.4 - 3.6
3.0
2.0 - 3.0
2.5 2.0
1.2 - 2.4 1.0 - 2.0
1.5 1.0
0.75 - 1.5
0.5 0.0 I
II
III
IV
V
VA
TIPO DE TERRENO
Gráfico N° 2. Rangos de avance.
1.3.1.1.4.1.. SECUENCIA DE LA PARTE SUPERIOR. Excavación del tramo 1; colocación de concreto neumático de 3 cm de espesor y en el frente de excavación según se requiera, instalación de malla de acero, marcos metálicos y colocación de la segunda capa de concreto neumático o lanzado y por ultimo colocación de pernos de anclaje.
1.3.1.1.4.2. SECUENCIA DE EXCAVACIÓN DE BANCA. Excavación del tramo 2; colocación de concreto neumático de 3 cm de espesor, instalación de malla de acero y marcos metálicos (prolongación de los marcos colocados en la sección superior). Colocación de la segunda capa de concreto neumático e instalación de pernos de anclaje.
Figura 2. Sección Transversal.
6
Figura 3. Sección longitudinal.
1.3.1.1.4.3.. SECUENCIA DE EXCAVACIÓN DE LA SOLERA. Finalmente, de acuerdo al tipo de terreno encontrado, se ejecuta la siguiente secuencia: excavación de la solera o parte inferior (sección 3), colocación de concreto neumático de 3 cm, instalación de malla de acero y colocación de la segunda capa de concreto neumático. Una vez protegida la excavación se procede a la construcción de la solera en concreto hidráulico reforzado. Posteriormente se hace un relleno temporal con material granular, con el fin dar continuidad a los trabajos del frente. Sección Superior Banca
Solera
Fotografía 1. Etapas de Excavación. Cada etapa de excavación debe conservar una distancia entre sí, establecida en el diseño, las especificaciones y de acuerdo para cada tipo de terreno ( Tabla N° 2). TIPO DE TERRENO I, II, III (sin solera) III (con solera), IV, V y VA
DISTANCIA ENTRE FRENTE Y BANCA (m) 50-100
DISTANCIA ENTRE BANCA Y SOLERA (m) 0
20
40
Tabla N° 2. Distancias entre secciones de excavación.
1.3.1.1.5. AVANCES DE OBRA Las obras de construcción del Túnel de Buenavista se realizaron por dos frentes de trabajo, el portal occidental llamado Rionegro ubicado en el K94+650.80 y a 750 msnm, y el portal oriental llamado El Trapiche en el K99+170.32 y a 633 msnm. Al recibir la obra en mayo de 1998, se encontraba el túnel en las siguientes condiciones: Excavación Revestimiento final
Frente Rionegro Frente El Trapiche Frente Rionegro Frente El Trapiche
818.80 m 260.05 m 91.35 m 195.51 m 7
K99+150
K98+650
K98+150
K97+650
K97+150
K96+650
K96+150
K95+650
K95+150
K94+650
DISTRIBUCIÓN DE TRAMOS DE EXCAVACIÓN
EL PROYECTO LONGITUD DE EXCAVACION TOTAL
4,519.52
SITUACIÓN AL INICIO DEL CONTRATO 0061-98
3,440.62
RIONEGRO
DISTRIBUCION EN 2 FRENTES RIONEGRO Y EL TRAPICHE
TRAPICHE
1,916.05
1,524.57
SITUACIÓN DE EXCAVACION AL 16 DE AGOSTO DE 2001
EXCAVADO A 16/08/01
818.85
1,914.55
Longitud Total del Túnel
Avance Frente Rionegro
Tramo por excavar Contrato 0061-98 Tramo excavado contratista anterior
Faltante por excavar
-
1,526.07
260.05
Avance Frente Trapiche
La excavación del frente El Trapiche se encontraba paralizada desde el 7 de junio de 1996 como consecuencia de un derrumbe, que evidenciaba la presencia de acuíferos en la zona. El frente Rionegro fue el de mayor avance en la excavación con 2,733.35 m. Fue excavado inicialmente en rocas lutíticas con intercalaciones de caliza. Se cruzó la falla de Buenavista, además de una difícil zona de contacto entre la formación de lutitas y los conglomerados de Buenavista (Abril/99). En el frente El Trapiche se reiniciaron las excavaciones, teniendo en cuenta las observaciones del derrumbe de junio/96, donde se determinó la existencia de una zona de areniscas friables con alta permeabilidad, para lo cual se recomendó un proceso constructivo (ver gráfica N° 4) consistente en sondeos exploratorios, drenaje del terreno para abatir el nivel freático y excavación de una galería exploratoria(A= 2.60 m2). Adicionalmente a esto se colocaron enfilajes o paraguas de tuberías que son elementos de soporte (tubo de acero de L= 12 m, ver gráfica N° 3), que se instalaron con anterioridad a la excavación de la sección superior del túnel.
8
TUNEL BUENAVISTA FRENTE "EL TRAPICHE" ENFILAJE K98+883.40
C L
6
4
5
3
2
1
1
2
3
4
5
7
6
7 8
8
9
9
10
10
11 12
11 12
13
13
14
14 15
15
16 17
16 17
MICROPILOTE DE AUREOLA A 30° CON HORZ. X 6 mts
MICROPILOTE DE AUREOLA A 40° CON HORZ. X 4 mts.
7.29°
45°
30°
TUBERIA DE ENFILAJE 3" X 12 mts. LONG.
1.00 TIPICO
39
38
36
37
35
0.75
34
33
32
30
0.75
29
28
27
26
25
24
1.80
31
K98+888.05
K98+887.30
K98+885.80
K98+886.55
K98+884.30
K98+885.05
K98+882.40
K98+883.40
K98+881.40
K98+880.40
K98+879.40
K98+878.40
K98+877.40
K98+876.40
K98+875.40
RASANTE TUNEL
Gráfica N° 3. Esquema típico de enfilaje. PROMEDIOS DE ENFILAJES CONSTRUIDOS TUNEL BUENAVISTA INYECCION
BARRENACION E INSTALACION N° DE TUBOS A 12 m)
PROMEDIO TOTAL (Para un enfilaje)
23.00
(6
Longitud total perforada
TIEMPO HORAS
RENDIMIENTO m/hora
SACOS DE CEMENTO UND
TIEMPO HORAS
sacos/m
m/hora
241.10
11.60
22.76
68.60
4.80
0.32
0.02
En la zona de acuíferos los enfilajes se colocaron en forma sistemática, para garantizar la seguridad de los trabajos y prevenir sobreexcavaciones o desprendimientos de material. Con el 9
anterior sistema se fue llevando la excavación hasta lograr pasar los acuíferos. Por el frente El Trapiche se logro avanzar 1,526.07 m de los 3,440.62 que se encontraban por excavar.
10
PRIM ER DREN A INSTALAR ENFILAJES O ATICES
SEGUNDO DREN EN FORMA SIMETRICA
ENFILAJES O ATICES
SEGUNDO DREN EN FORM A SIM ETRIC
ONCRETO NEUMATICO =25cm
ENFILAJES O ATICES
HOTCRETE 25cm
TERCER DREN
ENFILAJES O ATICES
CO NCRETO NEUM ATICO ds=25cm SHOTCRETE 25cm
TERCER DREN
I TUNEL PILOTO
II
ENFILAJES O ATICES
I
MURO EN CONCRETO EXISTENTE
TUNEL PILOTO
II
III
III
SEGUNDA ETAPA ARENISCAS FRIABLES LIM OLITAS
PERFO RACION ADICIONA LONG=38 mts - Ø 2½ "
PERFORACIONES EXISTENTES PARA INYECCION DE PRODUCTOS QUIMICOS
DISPOSITIVO ANTIAVALANCHA Y MANOM ETRO S DE PRESION UBICADOS EN TUBERIA CONECTADA AL DREN
1.5 m t aprox.
3%
DRENAJE
LIMOLITAS 40 - 45 m t aprox.
SECTO R EXCAVADO
.05
MURO EN CO NCRETO
DISPOSITIVO ANTIAVALANCHA Y MANOMETROS DE PRESION UBICADOS EN TUBERIA CONECTADA AL DREN
ARENIS
TERCERA ETAPA ENFILAJES O ATICES
SECTOR EXCAVADO
ENFILAJES O ATICES
CONCRETO NEUMATICO ds=25cm
MURO EN CONCRETO
ENFILAJES O ATICES
SHOTCRETE 25cm
K98+916.05
K98+935
I TUNEL PI LOTO
II
III
DEMOLER MURO Y EX
Gráfica N° 4. Proceso de drenaje y avance en acuíferos. Frente El Trapiche.
11
En los dos frentes el avance de la excavación se realizó con medios mecánicos y con el uso de explosivos dependiendo del tipo de roca encontrada.
Enfilaje
Galería
Fotografía 5. Excavación mecánica.
Fotografía 6. Excavación con explosivos.
Dentro de los medios mecánicos se contó con excavadoras con martillos demoledores hidráulicos (Toyo, Krupp, NPK, Indeco) o baldes desgarradores, excavadora tunelera y martillos de pierna (especialmente para la galería exploratoria). Para la excavación con explosivos se utilizó material Indugel Plus AP de 26, 32 y 38 mm, estopines o detonadores eléctricos y no eléctricos, cordón detonante de 6 y 8 gr/m y mecha de seguridad. Se establecieron diseños de voladura , los cuales se fueron ajustando hasta lograr rangos de factor de carga para cada tipo de terreno encontrados en el túnel como se muestra en la tabla N°4. Tipo de Terreno III IV V
Factor de carga (kg/m3) 0.8 a 1.4 0.6 a 0.8 0.4 a 0.6
Tabla N° 4.Rangos de factores de carga por tipo de terreno. La barrenación para el cargue de explosivos en el frente y zona de la banca se efectúo con perforadoras Jumbo (Atlas Copco H-170). El material excavado se desaloja del túnel mediante cargadores tipo Caterpillar 950 y 966 y volquetas Astra BM 308F (15 m3), y es llevado a depósitos debidamente acondicionados, donde es extendido y compactado de acuerdo a lo estipulado en el Plan de Manejo Ambiental
1.3.1.2. PRESOPORTE O SOSTENIMIENTO DE LA EXCAVACIÓN. Una vez terminada la excavación de cualquiera de las secciones, se procede inmediatamente a la colocación del soporte o sostenimiento del túnel, que esta directamente relacionado con la clasificación geotécnica del macizo. La función del sostenimiento es ayudar a controlar las deformaciones del terreno causadas por descompresión o meteorización de la roca.
12
1.3.1.2.1. CONCRETO NEUMATICO. El espesor de concreto lanzado o neumático empleado en las distintas secciones tipo para el sostenimiento de la excavación, osciló entre los 10 y 25 cm teóricos y entre los 10 y 37 cm (teniendo en cuenta las sobreexcavaciones)
Según especificaciones el concreto lanzado debe alcanzar resistencia a la compresión a los 28 días como mínimo 26 Mpa, a las 24 horas 11.4 Mpa y a los 7 días 22.1 Mpa. La resistencia a la compresión es ensayada mediante el llenado de artesas de las cuales se extraen los núcleos para la prueba. Para el túnel Buenavista se realizaron un total de 516 ensayos para 37,986 m3 suministrados, lo que da un promedio de 1 ensayo por cada 73 m3. Las resistencias medias obtenidas se indican en la tabla N°5.
TIEMPO 1 DIA 7 DIAS Resistencia media (Mpa) Rionegro. 15.06 25.64 Resistencia media (Mpa) El Trapiche. 19.55 27.64 Tabla N° 5. Resultados de resistencias de concretos.
28 DIAS 34.78 33.28
Fotografía 7. Lanzado de concreto neumático en el avance de la excavación.
1.3.1.2.2. MALLA DE ACERO. Como refuerzo del concreto neumático y parte del soporte del túnel, se utilizo malla electrosoldada tipo M-188 de 5 mm de diámetro y cuadros de 150 x 150 mm. Las mallas tienen una dimensión estándar de 2.40 m de ancho por 6.00 m de largo. La malla se instaló lo más cerca posible de la capa inicial de concreto neumático, fijándola para evitar movimientos de la misma al aplicar la segunda capa de concreto. La malla se traslapó dos cuadros en la dirección del perímetro del túnel y un cuadro en la dirección de la excavación. Para el túnel se utilizaron 176,428 m2 de malla.
13
1.3.1.2.3. MARCOS METALICOS Los marcos metálicos (arcos de acero) se utilizaron como elementos que componen el sistema de soporte. Estos marcos metálicos se colocaron inmediatamente después de la excavación para cumplir su función de soportar las presiones geotécnicas en conjunto con la membrana de concreto neumático y malla.
Fotografía 8. Colocación de malla y marco en el avance de la excavación.
14
SEPARACIÓN ENTRE MARCOS FRENTE RIONEGRO 4.00
MAXIMO REAL PROMEDIO REAL 3.50
MINIMO REAL PROMEDIO TEORICO
3.00
SEPARACIÓN (m)
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
III
IV
V
FALLA (VA)
TIPO DE TERRENO
SEPARACIÓN ENTRE MARCOS FRENTE EL TRAPICHE 4.00
MAXIMO REAL PROMEDIO REAL 3.50
MINIMO REAL PROMEDIO TEORICO
3.00
SEPARACIÓN (m)
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
III
IV
V
FALLA (VA)
TIPO DE TERRENO
En el túnel Buenavista se colocaron 2,281 marcos de acero, correspondiendo a 1,373,566 Kg.
15
1.3.1.2.4. PERNOS DE ANCLAJE. Los pernos de anclaje es otro de los elementos que componen el sistema de soporte inicial utilizado en el túnel Buenavista. Estos consisten en barras de acero corrugado de 25 mm de diámetro, roscadas en un extremo, además tiene como complemento una placa de anclaje, arandela semiesférica y tuerca de aseguramiento.
La longitud y cantidad de pernos de anclaje a colocar dentro del proceso de avance esta determinado por el tipo de terreno excavado y el comportamiento de su deformación.
Fotografía 9. Perno de anclaje con su platina base, arandela y tuerca. RESUMEN DE PERNOS ENSAYADOS Anclaje con lechada 39,587
Anclaje con resina. 5,669
Tensión (Extracción) 6,667
Ajuste 57,386
La cantidad de pernos por metro de túnel para algunos tipos de terreno supera los rangos establecidos por planos, como se observa en las siguientes gráficas.
16
Fotografía 11. Proceso de cargue de material de rezaga.
1.3.1.3. INSTRUMENTACIÓN GEOTÉCNICA Y MEDICIONES. En las excavaciones subterráneas, la instrumentación es un elemento muy útil, ya que ayuda a eliminar inseguridades sobre aspectos como la carga sobre el sostenimiento de la excavación, el efecto de la construcción del túnel sobre movimientos del terreno, aguas subterráneas y el efecto de vibraciones producidas por voladuras. Existen muchos aparatos para la instrumentación de las obras subterráneas, aunque aquí trataremos solamente los utilizados para la medición de convergencias.
1.3.1.4. MEDIDA DE CONVERGENCIAS. Los elementos a medir durante la construcción son la convergencia de la excavación y gradientes de deformación. Durante el proceso de excavación se realizó seguimiento a la deformación del túnel mediante estaciones de medición, colocadas con espaciamiento entre 5 y 8 m. Estas estaciones se componen de tres líneas de medición en la sección superior y una más (línea 4-5) al efectuar el banqueo (figura 3). Cada punto de medición consta de una argolla metálica anclada al terreno y aislada del sistema de soporte como se ve en la figura 4.
17
PUNTO DE REFERENCIA PARA MEDICIÓN DE CONVERGENCIAS
NOTAS: 1°- LA ARGOLLA DEBE ROSCARSE EN LA VARILLA Y LLEVAR UNA TUERCA DE TOPE. 2°- EL TUBO DE ACERO Ø4" LLEVARA PEQUEÑOS TROZOS ( L=5-10 cm ) DE VARILLA Ø 3/8" SOLDADOS PARA SUJETARLO CON LA MALLA
Figura 3. Estación de convergencia con líneas de medición.
Figura 4. Argollas para medición de convergencias.
Normalmente estas mediciones de deformación se realizan con extensómetro de cinta entre pernos distribuidos en el perímetro de la excavación, como se mostró en la figura 3, midiéndose los desplazamientos relativos entre ellos.
ARGOLLA FIJA
DIAL INDICADOR DE TRIPLE ESCALA
ARGOLLA FINAL
24 0 1 23 2 3 22 4 21 0 20 5 5 20 10 15
19 6 0 7 18 25 17 8 50 16 9 10 15 14131211
COLLAR DE AJUSTE
CINTA
MARCAS BLANCAS
TAMBOR DE CINTA
Figura 5: Vista Frontal y Lateral de Cinta extensométrica RST Se trabajo con algunos parámetros establecidos, para tener algún criterio para valorar los riesgos, como se muestra en la tabla N° 6.
18
Velocidad de deformación (1er día)
Deformación Total (en 5 días)
Velocidad de deformación (4° y 5° día) Deformación total ( en una semana)
< 1 cm/día 1 a 2 cm/día 2 a 3 cm/día > 3 cm/día < 1cm 1 a 2 cm 2 a 4 cm < 4 cm
Riesgo Bajo Medio Serio Grave Mínimo Bajo Medio Considerable
< 0.6 cm/día 0.6 a 1 cm/día 1 a 1.5 cm/día < 3cm 3 a 5 cm > 5 cm
Nulo Bajo Considerable Bajo Medio Considerable
Tabla N° 6. Valoración de Riesgos. Existieron diferentes factores que afectaron el comportamiento del macizo rocoso que se vio reflejado en las curvas de deformación, como lo fue el presoporte, ya que de su oportuna colocación depende la rápida o lenta deformación radial del túnel. De acuerdo a especificaciones se dieron unos parámetros de deformación para cada tipo de terreno como se muestra en la tabla N°7. CLASE DE ROCA
Tolerancias de deformación radial (cm) Tolerancias de construcción (cm) Total tolerancias (cm)
I
II
III
IV
V
VA
5
7.5
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
15
17.5
20
20
Tabla N° 7. Tolerancias por deformación de construcción.
19
Fotografía 12. Argolla de medición
Fotografía 12. Medición de deformaciones.
A lo largo de los 3,440 excavados por Conconcreto, mas de 600 m pertenecían a zonas de falla, las cuales por medio de sondeos y de estudio geológico y geotécnico se lograron definir y superar a satisfacción. En el frente Rionegro una de las primeras dificultades encontradas para la excavación fue la Falla de Buenavista, donde se presentaron deformaciones hasta de 80 mm, pero con un tiempo largo de estabilización, como se aprecia en el siguiente gráfico. Zona que se supero con enfilajes e inyecciones. El registro de las deformaciones y el cálculo de las velocidades de deformación fueron esenciales para la colocación del revestimiento definitivo, ya que por especificaciones se podía iniciar cuando la velocidad de desplazamiento fuera menor de 2 mm/mes.
1.3.1.5. IMPERMEABILIZACIÓN DEL TÚNEL. La presencia de agua en los túneles, como humedades o filtraciones, incide negativamente tanto en las fases de construcción como durante la vida de la obra, por lo que se hace necesario disponer de una red de drenaje efectiva, así como de una impermeabilización fiable y segura. El propósito del sistema de impermeabilización es eliminar las filtraciones de aguas freáticas dentro del túnel y evitar el paso de agua al concreto de revestimiento y protegerlo de los agentes químicos que contienen las aguas de infiltración.
20
-x CL
+x CL
REVESTIMENTO FINAL CONCRETO IN - SITU
+6.80
+6.30
+5.50
MEMBRANA IMPERMEABILIZANTE Y GEOTEXTIL
+6.673 P3'
CONCRETO NEUMATICO DE SOPORTE TEMPORAL CON ANCLAJES ADICIONALES
LINEA TEORICA DE EXCAVACION
+2.20
+2.20
0.57
0.57
(+0.90)
0.50
3.67 47°09'23''
4.70
3.67 1.5%
ñ0.00
0.50 +0.10
47°09'23''
0.15
5
0.15
.2 R=2
+0.10
DRENAJE DE AGUA SUBTERRANEA TUBERIA PVC, PERFORADA, ALOJADO EN CONCRETO POROSO SIN FINOS Ø150
P1'
-1.70 VIGA DE FUNDACION - CONCRETO 28 N/mm2
L
TUBERIA PRINCIPAL DE DRENAJE SUBTERRANEO DEL TUNEL Ø160-250 mm
2,00 m
TUBERIA PRINCIPAL DE DRENAJE SUPERFICIAL DEL TUNEL Ø 400 mm TUBERIA PRINCIPAL DE DRENAJE SUBTERRANEO DEL TUNEL Ø160-250 mm
TUBERIA PERFORADA DE DRENAJE Ø 160 mm
Figura N° 6. Esquema general del sistema de impermeabilización. Una vez soportado, estabilizado y reperfilado (donde se requirió) el túnel, se procede a la colocación del sistema de impermeabilización del mismo. Antes de iniciar la colocación del sistema de impermeabilización se coloca una ultima capa de concreto neumático fino, llamada tercera capa, de un espesor de 5 cm, cuya función es eliminar las irregularidades de la superficie de colocación y proteger el sistema de impermeabilización.
1.3.1.6. REVESTIMIENTO DEFINITIVO. El revestimiento definitivo puede definirse como una estructura de concreto hidráulico, que reviste la cavidad excavada y que esta en contacto directo con el terreno o con el sostenimiento previamente colocado. El revestimiento definitivo del túnel Buenavista se construyo en concreto reforzado fundido en sitio y debía corresponder a una mezcla de agregados con un tamaño máximo de 3/4", cumplir una resistencia nominal a los 28 días de 280 Kg/cm2 (28 Mpa) y contener aditivos plastificantes que permitan su manejabilidad. Su función estructural es garantizar la estabilidad del túnel terminado y proporcionar una superficie interior uniforme y lisa para facilitar el flujo de aire de ventilación y mejorar las condiciones de iluminación y estéticas.
21
El refuerzo utilizado para el concreto del revestimiento definitivo correspondió a acero grado 60 y 40 cumpliendo las normas, especificaciones y requisitos contemplados en las especificaciones técnicas del Túnel Buenavista. La construcción del revestimiento definitivo se realizó en tres etapas: 1) Construcción del arco de solera. 2) Construcción de vigas de cimentación o vaga base. 3) Construcción de la bóveda.
Figura N° 7. Revestimiento definitivo. Para este revestimiento se utilizó una formaleta deslizante Cifa, construida en lamina de acero y diseñada especialmente para la sección del túnel, con una longitud útil de 9 m y con dispositivos de ampliación para las zonas de nichos de parqueo. Esta formaleta esta dotada con bocas de llenado de 5" de diámetro, ventanas de inspección y vibrado y una red de vibradores neumáticos El encofrado se retiraba previa verificación de la resistencia del concreto (mayor a 50 Kg/cm2) a las 12 horas de terminado el vaciado; verificación efectuada utilizando un martillo tipo péndulo Schmidt.
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Armado de formaleta CIFA.
A continuación se muestra el diseño típico de mezcla utilizado para los concretos de revestimiento definitivo.
TUNEL DE BUENAVISTA DISEÑOS DE MEZCLAS
CLASE MEZCLA MORTERO DE PURGA HIDRAULICO MBT (SIN MICROSILICA)
HIDRAULICO EN OBRA
SIKA
CODIGO
280MP 280BR BULTO
F'c Mpa
1 1/2"
AGREGADOS 3/4" 1/2" 3/8"
28
ARENA
CEMENTO AGUA KG/M3 LTS
1698
350
250
MARCA POLI-RI
ADITIVOS % KG/M3 0.43%
1.49
LTS/M3
R A/C
PESO KG/M3
ASENT. PULG
1.24
0.71
2299
-
28
856
990
340
190
POLI-RI
0.40%
1.36
1.11
0.56
2377
5 +/-1
28
112
130
50
25
PLASTIMENT RMX
0.42%
0.21
0.18
0.50
317
5+/-1
USOS 1) CONCRETO REVESTIMIENTO, VIGA BASE, TALON Y SOLERA
Para determinar la resistencia de los concretos se utilizaron cilindros convencionales para ensayos a los 7 y 28 días. Se efectuaron 2,505 ensayos para los 71,406 m3 suministrados por la planta, es decir uno por cada 28.5 m3. De estos ensayos solamente 20 muestras no llegaron a la resistencia especificada. El promedio general de resistencia a los 28 días estuvo por encima de los 33 Mpa. Las cantidades certificadas para cada una de las estructuras del revestimiento definitivo fueron las siguientes: ESTRUCTURA Arco de solera Viga base Revestimiento bóveda
VOLUMEN (m3) 13,611.83 5,791.20 51,366.48
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Fotografía 17. Colocación de acero de refuerzo. para revestimiento.
Fotografía 18. Revestimiento definitivo.
Una vez terminado el revestimiento y verificada su resistencia a los 28 días, se procedió a realizar las inyecciones de contacto, que consistía en una lechada de cemento con aditivo estabilizador de volumen, inyectada a presión ( 5 bares) para rellenar los vacíos entre el revestimiento definitivo y la membrana de impermeabilización y de esta forma garantizar el contacto entre el soporte inicial y el revestimiento. Las inyecciones de contacto se realizaron en forma sistemática y desde la clave del túnel, por orificios previamente dejados en el momento del vaciado de cada modulo de revestimiento. Se inyectaron 860.42 m3 de lechada, los cuales se prepararon con 20,360.80 sacos de cemento, obteniendo un promedio de 0.19 m3 de lechada por metro de túnel.
1.3.1.7. SISTEMA DE DRENAJE. Un buen sistema de impermeabilización y drenaje en el túnel, evita daños en las instalaciones, revestimientos, pavimentos y equipos, asegurando el buen estado de la obra y un bajo costo de mantenimiento. Debido a la alta presencia de aguas de infiltración en le túnel Buenavista, se diseño un sistema de drenaje compuesto por: a) Tuberías de drenaje para conducción de aguas subterráneas provenientes de la roca y conducidas por el sistema de impermeabilización hasta la tubería de drenaje lateral. b) Tuberías para aguas superficiales, cajas de inspección y sumideros c) Filtro central subterráneo para abatir el nivel freático y controlar infiltraciones de aguas superficiales.
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ANDEN CL ANDEN 0.50 0.25
1.65
1.65
ñ0.00
2.92
DRENAJE DE AGUA SUBTERRANEA TUBERIA PVC, PERFORADA, ALOJADA EN CONCRETO POROSO SIN FINOS DIAMETRO 150 mm
0.25 0.50
3.42
3.42
ñ-0.05
0.53
TUBERIA ALIMENTADORA Ø 160mm -1.20
-1.35 DRENAJE DE AGUA SUBTERRANEA TUBERIA PVC, PERFORADA, ALOJADA EN CONCRETO POROSO SIN FINOS DIAMETRO 150 mm
TUBERIA ALIMENTADORA Ø 160mm
-1.70 -2.20
3.42
0.75 0.33
VIGA DE FUNDACION - CONCRETO 28 N/mm
3.42
3.95
0.22
0.75 0.22
3.95
4.50
2
0.33
4.50
TUBERIA PRINCIPAL DE DRENAJE SUBTERRANEO DEL TUNEL Ø160-250 mm
CONEXION SUMIDERO CAJA INSPECCION Ø 150mm
25 cm PLACA DE CONCRETO
TUBERIA PRINCIPAL DE DRENAJE SUPERFICIAL DEL TUNEL Ø400 mm
TUBERIA PRINCIPAL DE DRENAJE SUBTERRANEO DEL TUNEL Ø160-250 mm
15 cm SUB-BASE EN CONCRETO POBRE
15 cm SUB-BASE GRANULAR
TUBERIA PERFORADA DE DRENAJE Ø 160mm
EJE DEL TUNEL
TUBERIA PRINCIPAL DE DRENAJE SUBTERRANEO DEL TUNEL Ø 160 - 250 mm
B
Conexión TUBERIA ALIMETADORA Ø 160 mm
CL
TUBERIA PRINCIPAL DE DRENAJE SUBTERRANEO DEL TUNEL Ø 160 - 250 mm
B
CADA 11,00m
TUBERIA ALIMETADORA Ø 160 mm
Caja Tipo : 2
Caja Tipo : 1
Conexión CADA 11,00m
Andén
Línea de excavación teórica
0.90
0.54
0.15
0.54
DRENAJE DE AGUA SUBTERRANEA TUBERIA PVC, PERFORADA, ALOJADO EN CONCRETO POROSO SIN FINOS DIAMETRO 150 mm
DRENAJE DE AGUA SUBTERRANEA TUBERIA PVC, PERFORADA, ALOJADO EN CONCRETO POROSO SIN FINOS DIAMETRO 150 mm
0.90
Caja Tipo : 2
0.15
C
A
0.90
0.15
0.90
0.15
0.15
0.90
0.90 0.15
0.15
2.13
Caja Tipo2
A
0.90
0.15
0.90
2.13
C
Anden
TUBERIA PRINCIPAL DE DRENAJE SUBTERRANEO DEL TUNEL Ø 160 - 250 mm
SUBTERRANEO DEL TUNEL Ø 160 - 250 mm 0.55 0.90
Geotextil no tejido e=2mm
M aterial Filtrante Gravilla Ø1"
TUBERIA PRINCIPAL DE DRENAJE SUPERFICIAL DEL TUNEL Ø 400mm
TUBERIA PERFORADA DE DRENAJE Ø 160mm
Figura N° 8. Sistema de drenaje. Todos los sistemas de drenaje cuentan con cajas de inspección construidas en concreto reforzado y ubicadas cada 200 m a lo largo del túnel. Los caudales finales recogidos por el sistema de drenaje y entregados en el portal El Trapiche alcanzan los 60 l/s. DESCRIPCION Tubería Novafort 160 mm Tubería Novafort 200 mm Tubería Novafort 250 mm Tubería Novafort 400 mm Filtro Central Filtro en espina de pescado y/o laterales
UNIDAD ml m m m m m
CANTIDAD 5,774.00 3,928.50 365.30 4,294.22 4,339.50 3,373.90
25
1.3.1.8. PAVIMENTO. Todo túnel carretero, como lo es el túnel de Buenavista, requiere de una buena estructura de pavimento, de tal forma que se garantice su durabilidad, seguridad y comodidad al usuario. El diseño del pavimento para el túnel contempla cuatro capas en su estructura (ver figura N° 10): • • • •
Relleno granular Sub-base granular Base en concreto pobre Pavimento en concreto rígido.
CL 0.50 0.25
3.42 JUNTA DE CONSTRUCCION
0.25 0.50
3.42
ñ0.00
JUNTA LONGITUDINAL
ñ-0.05
JUNTA DE CONSTRUCCION
ANDEN ANDEN -1.70 -2.20 25 cm - CONCRETO HIDRAULICO Mr=600 psi 15 cm - CONCRETO POBRE Mr=167 psi 15 cm - SUB-BASE GRANULAR
Figura N° 10. Estructura de pavimento.
Figura N° 11. Esquema de junta transversal de contracción. 26
Para verificar la resistencia del concreto se tomaron viguetas para ensayos a 7 y 28 días. Se tomaron 186 muestras, obteniendo un promedio de resistencia a los 28 días de 47.93 kg/cm2.. Además como sistema de comprobación se tomó cilindros para ensayarlos a tracción (método Brasilero). En la siguiente gráfica se hace el comparativo de los resultados obtenidos por estos dos sistemas.
Fotografía 21. Estructura de pavimento. CANTIDADES COLOCADAS DERCRIPCIÓN Relleno granular Sub-base Base en concreto pobre Pavimento en concreto rígido Anden
UNIDAD m3 m3 m3 m3 m3
CANTIDAD 20,734 4,913.54 4,932.54 8,212.50 1,829.34
Los espesores de pavimento se verificaron mediante extracción de núcleos, tomando dos por cada 350 m2 de pavimento. De acuerdo a los registros se obtuvo un espesor promedio de 25.1 cm. Como complemento del pavimento, se realizó finalmente una señalización y demarcación vial. Se colocaron en total en le túnel, incluyendo los accesos, 10,104.8 m de línea amarilla, 10,015.8 m de línea blanca, 1,655 tachas blancas y 826 tachas amarillas.
1.3.2. OBRAS Y EQUIPOS DEL SISTEMA ELECTROMECANICO. Un túnel vial solo excavado, sostenido, impermeabilizado, y revestido, es solamente un túnel estable excavado en un terreno, por lo cual necesita de otros sistemas que ayuden a cumplir las condiciones mínimas necesarias para poder abrirlo a la circulación vial.
27
Las principales obras y sistemas implementados en el túnel Buenavista son: 1. 2. 3. 4. 5.
Edificios de control y edificios para subestaciones eléctricas. Sistema de Fuerza e Iluminación. Sistema de Control y Supervisión. Sistema de Ventilación Plantas generadoras
1.3.2.1.. EDIFICIOS DE CONTROL Y SUBESTACIONES ELECTRICAS.
Se construyeron dos edificios de control, uno principal en el portal El Trapiche construido sobre un sobreancho del terraplén de acceso al túnel, y otro auxiliar en el portal Rionegro.
Fotografía 23. Edificio de control principal. Frente El Trapiche. Las subestaciones son en total 7, 5 de las cuales se ubican a lo largo del túnel en su costado derecho, las otras dos subestaciones SE-1 y SE-2, se ubican una en el portal Rionegro y la otra en el portal El Trapiche. Para la construcción de la SE-1 fue necesario inicialmente construir unos muros de contención y realizar rellenos de nivelación (600 m3 aprox.). Las subestaciones albergan los equipos remotos del sistema de Supervisión y Control, y los equipos de manejo del sistema de Fuerza e Iluminación. En general el centro de control esta compuesto por una serie de equipos que conforman el núcleo del sistema de control del túnel. Tanto los edificios de control como las subestaciones exteriores SE-1 y SE-7 se construyeron en estructura de concreto sismoresistente y muros en ladrillo prensado. Estas obras fueron construidas entre marzo y julio del 2002.
1.3.2.2.. SISTEMA DE FUERZA E ILUMINACIÓN.
28
La necesidad de mecanizar y controlar toda obra de importancia hace imprescindible recurrir al uso de la energía eléctrica, más aun con los grandes avances de sistematización y control que optimizan los sistemas.
1.3.2.2.1. SISTEMA DE FUERZA. El sistema de fuerza esta constituido principalmente por siete subestaciones eléctricas, cinco distribuidas a lo largo del túnel (SE-2 A SE-6), como se menciono anteriormente, y dos principales ubicadas en cada uno de los portales (SE-1 Y SE-7). A cada subestación interior le corresponde el suministro y control de determinado sector del túnel, esto con el fin de tener una mejor regulación del voltaje. Los otros elementos que compone el sistema de fuerza son los siguientes: 1.3.2.2.2. TUBERIAS Y DUCTOS. Tuberias conduit Al interior del túnel y los portales se instaló tubería conduit galvanizada, debidamente figurada de acuerdo a la forma del túnel, y asegurada a las paredes por medio de accesorios mecánicos (pernos de anclaje, channel y soportes tipo horquilla). Ductos cerrados. A lo largo del túnel se instalaron ductos cerrados galvanizados para la instalación de cables de potencia y control. Se instaló por el lado derecho un grupo de 3 ductos (20 cm, 50 cm, 20 cm) dispuestos en forma vertical y por el lado izquierdo un ducto de 20 cm. Cables. Para el sistema de fuerza e iluminación se utilizaron cables de media tensión en calibre 4/0 AWG, 13.200 voltios y para baja tensión cables monopolares para calibres desde No 4 AWG hasta 4/0 AWG 600 Voltios y multipolar para calibres No 10 AWG hasta No 6 AWG. Para los señales de control y supervisión se utilizaron cables multipolares en calibres 0.75 mm2 hasta 2.5 mm2. En la red de comunicación se utilizó fibra óptica y cable coaxial para la red de circuito cerrado de TV. Subestaciones. Cada subestación ubicada al interior del túnel esta dotada de gabinetes de media tensión entrada/salida, gabinete de protección de media tensión, gabinete donde se aloja el transformador, gabinete de protecciones en baja tensión, y gabinete de control de motores. Adicionalmente están allí alojados los tableros de control de iluminación, el tablero de alimentación de la calefacción de los motores, el tablero de servicios de la subestación, el tablero de alimentación del sistema de control.
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Las subestaciones localizadas en los portales tienen sistema de distribución de media tensión compuesta por una celda de entrada de la red, una celda de salida para el túnel, una celda para la salida al transformador de la subestación y una celda de medida.
Fotografía 24. Subestación eléctrica interna. En la parte de baja tensión se tiene una transferencia, un gabinete de protecciones de baja tensión, un gabinete de control de motores (solo en trapiche), un gabinete de arranque de extractor de humos, un gabinete con un banco de condensadores, un gabinete con celda de transformación de 480/208-120 voltios. Las subestaciones instaladas al interior del túnel, alimentan el sistema de iluminación, el sistema de ventilación y los nichos de auxilio, correspondientes a 450 m de túnel, a lado y lado de la subestación, aproximadamente. UPS En cada subestación se tiene una UPS de 15 Kva o 20 kva, para respaldar el sistema de control y supervisión, y el sistema de iluminación del túnel por un tiempo de 30 minutos
1.3.2.2.3. SISTEMA DE ILUMINACIÓN. El objetivo del sistema de iluminación es garantizar que el trafico existente pueda atravesar y salir del túnel a la velocidad apropiada con un grado de seguridad y confort. El sistema de iluminación del túnel esta sectorizado y controlado desde cada subestación eléctrica y desde el edificio de control. Este sistema esta compuesto por luminarias de 400, 250 y 50 wattios, vapor de sodio AP y 277 V. Las lamparas se distribuyeron buscando una buena visibilidad
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Fotografía 25. Iluminación del túnel
1.3.3.3.. SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL. En túneles viales aspectos como la iluminación, ventilación, control de tráfico y del sistema de emergencia, requiere de dispositivos que informen lo que acontece en todo momento en el túnel y de esta forma asegurar un funcionamiento con un nivel de confort y seguridad adecuadas. Para el túnel Buenavista se diseñaron sistemas de control y supervisión como: • • • • • • •
Control y supervisión general. Control y supervisión del sistema de energía (ventilación, iluminación y suministro de energía). Control, supervisión y señalización del tráfico. Sistema de circuito cerrado de televisión. Sistema de detección de incendio. Sistema de altoparlantes Programas para el manejo del sistema de control general. Control y Supervisión General:
Compuesto por una serie de equipos y muebles localizados en los edificios de control, encargados de recibir y procesar la información de los equipos de campo. Se cuenta con un servidor principal que es el que contiene el hardware y el software básico requeridos para el funcionamiento de la red de alto nivel. Además se cuenta con estaciones de operación ( interfaces hombre-maquina) conectadas en red al servidor principal y desde las cuales se podrá obtener despliegues, conocer el estado del sistema, dar comandos operativos y verificar el estado operativo de los dispositivos de campo. Estas interfaces realizaran funciones de supervisión y control del sistema. Tanto el servidor como las estaciones de operación están conectados a una red local LAN de alto nivel, que utiliza como medio de transmisión fibra óptica, garantizándose alta inmunidad a la interferencia electromagnética. Existe una red de proceso entre los servidores y los concentradores y una red de datos entre el servidor y las estaciones de operación. Como complemento del sistema se cuenta con unidad de almacenamiento de respaldo masivo, impresora de eventos, impresora de gráficos.
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Fotografía 26. Centro de control. Este sistema esta implementado tanto en el edificio principal como en el edificio auxiliar, ósea se puede operar independientemente desde cualquiera de los dos centros de control. Control y Supervisión del Sistema de Energía: Hacen parte de este sistema todos los equipos necesarios para efectuar la operación y control de los sistemas de ventilación, iluminación y suministro de energía. Como equipos de medición se suministró e instaló en el túnel medidores de CO, visibilidad, Luminancia e Iluminancia y anemómetros. Los medidores de CO monitorean los niveles de monóxido de carbono que aparece en la atmósfera del túnel debido a la combustión incompleta de los combustibles de los vehículos, niveles que afectan la visibilidad ( turbidez del aire) y luminosidad en el interior del túnel. El equipo consta de un medidor de turbidez y un medidor de monóxido de carbono integrados y diseñados especialmente para túneles vehiculares. Para la visibilidad dentro del túnel el principio de medida es el de comparación de la absorción fotométrica entre un patrón de referencia y la muestra. Todas las señales originadas por estos sistemas se llevan a las unidades de proceso para determinar la forma de operación del sistema, ya que estas interactuan directamente sobre el sistema de ventilación.
Control, supervisión y señalización del tráfico: Se compone este sistema de un conjunto de detectores y señales instalados de tal manera que se puedan medir diversas variables y situaciones de tráfico a lo largo del túnel. Este contempla unidades procesadoras remotas y unidades concentradoras de señales, localizadas de igual forma que las del sistema de supervisión general y de energía. El sistema cuenta con un subsistema de detección de tráfico, que son sensores de espigas o lazos (loop) inducidos y embebidos en la superficie del pavimento, los que envían las señales a las unidades procesadoras remotas y estas a las unidades concentradoras. Este sistema permite detectar y controlar el flujo vehicular dentro del túnel, como velocidad de desplazamiento, conteo y cola de vehículos. El
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subsistema de detección de tráfico esta ligado con el sistema de señalización compuesto por semáforos de tres luces ( rojo amarillo y verde), de una luz ( alerta -parada), señales de desvío, carril cerrado, velocidad variable. Los semáforos se localizaron dentro y fuera del túnel y su función es prevenir a los conductores las situaciones de peligro en el interior del túnel. Tanto los semáforos como los informadores de velocidad variable son controlados por una tarjeta inteligente o PLC, que a su vez responde a comandos recibidos de un computador en el centro de control, haciendo aparecer en la señal el limite de velocidad apropiado.
Todos estos sistemas están conectados a una red de datos de bajo nivel y son controlados desde el centro de control. Sistema de circuito cerrado de televisión: El túnel cuenta con un circuito cerrado de televisión, con cámaras distribuidas a lo largo del túnel, que cubren el recorrido de los vehículos en el propio túnel y en los accesos, constituyendo una de las bases principales de supervisión y seguridad de las instalaciones en forma automática y secuencial.
Fotografía 27. Cámara de televisión. El sistema cuenta con una videomatriz, que es un conmutador de vídeo, cuya función es concentrar y procesar todas las señales de vídeo provenientes de las cámaras, las alarmas de entrada y salida, secuencias de imágenes, preconfiguraciones de cámaras y grabación, automáticamente o manualmente a través de un teclado de control. Se doto al sistema de monitores de vídeo de 19" ubicados en el centro de control, junto con una videograbadora y un teclado que permite al operador la selección de la cámara cuyas imágenes se desea observar en cada uno de los monitores seleccionados. Toda la transmisión de vídeo se hace a través de fibra óptica. Sistema de detección de incendio: El sistema de detección y alarmas contraincendio garantiza la protección del túnel, el edificio de control principal, auxiliar y subestaciones, detectando cualquier conato de incendio y transmitiendo en forma automática la señal de alarma a los centros de control, alertando al operador y simultáneamente envía una alarma al sistema de control y supervisión general, para controlar el sistema de vídeo, trafico, señalización y ventilación en la zona donde se produce el incendio.
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El sistema esta compuesto por una estación maestra con computador para control y supervisión general del sistema, siete estaciones locales ubicadas en la s subestaciones, todas interconectadas en red para enviar la información al centro de control, un cable sensor de temperatura extendido a lo largo del túnel, detectores de temperatura para las subestaciones y edificios, estaciones manuales de alarma, anunciadores audibles y visuales también ubicadas a lo largo del túnel. Sistema de altoparlantes: El sistema de altoparlantes permite suministrar información y dar instrucciones a los usuarios del túnel desde cualquiera de los centros de control. Los parlantes están localizados a lo largo del túnel, zonificados estratégicamente para que los mensajes emitidos se escuchen, en los sitios de auxilio del túnel. El sistema de altoparlantes se puede operar en forma manual o zonificada de acuerdo al requerimiento del controlador. El sistema esta compuesto por un controlador DPM 400 que constituye el corazón del sistema, una estación de llamado ubicada en el centro de control, amplificador CPS-2T que ofrece una capacidad de 580 vatios de potencia de salida y cornetas o altoparlantes de 60 vatios que ofrecen una eficiente penetración de sonido para sistemas de llamado.
1.3.3.4.. SISTEMA DE VENTILACIÓN. La necesidad de mantener dentro del túnel una atmósfera respirable, no tóxica, y en unas condiciones ambientales seguras, obliga a renovar el aire mediante los sistemas de ventilación. Para el túnel Buenavista se diseñó un sistema de ventilación longitudinal, que se basa en el uso de ventiladores axiales instalados en la bóveda, que impulsan el aire a lo largo del túnel reforzando la ventilación natural. Debido a que el túnel es bidireccional se requirió el suministro de ventiladores unidireccionales (15 unidades) y reversibles o bidireccionales ( 21 unidades). Cada ventilador tiene una capacidad de manejar 40.7 m3/s de aire a una velocidad de salida del ventilador de 36 m/s.
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1.3.3.5.. PLANTAS GENERADORAS O DE EMERGENCIA. Como respaldo al sistema de suministro de energía en el túnel Buenavista, se suministró un sistema de plantas generadoras para eventos de emergencia, consistente en dos plantas diesel de emergencia de 910 kW, 480/277 V, motor marca Caterpillar, modelo 3508 TA, panel de control electrónico, con sistema de monitoreo por microprocesador.
Fotografía 29. Vista general del Túnel Buenavista una vez terminado.
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