Ingeniera Civil / La resistencia y el comportamiento tensión-deformación de arenas provenientes de procesos de tronadura de roca o minería de hundimiento masiva (block caving) podrían diferir significativamente de las arenas transportadas y que han sufrido procesos de meteorización geológica. Investigaciones relacionadas al comportamiento de arenas de tronadura son muy escasas pero de gran interés en la industria minera. Estas arenas, al provenir directamente de la desintegración de rocas, poseen una mayor probabilidad de rotura que las arenas transportadas, debido a las microfisuras generadas en el proceso de formación. Esto se traduce en la necesidad de ejecutar una investigación que estudie el comportamiento de este material considerando la rotura de partículas. En este trabajo se estudiaron 5 muestras de tronadura de túnel provenientes del Proyecto Minero Chuquicamata Subterráneo (PMCHS). Estos materiales difieren entre sí por su procedencia geológica y la dureza de sus partículas. Se realizaron 6 ensayos de corte simple monótono en estado seco junto con granulometrías post ensayo para cada material. El tamaño de partículas utilizado es de 2,00 a 4,76 mm, clasificando al suelo como arena pobremente graduada con partículas angulosas. Los ensayos se realizaron a densidades relativas de 0 y 100% y cargas verticales de 1, 3 y 7 kg/cm2. A pesar de utilizar esfuerzos verticales de baja magnitud se observó una cantidad importante de rotura de partículas. Esto se produjo debido a que el material está conformado por partículas angulares no meteorizadas, con una granulometría uniforme, además de la gran deformación alcanzada durante el ensayo de corte simple. En general, el material posee un comportamiento elasto-plástico con endurecimiento sin un ángulo de fricción peak notorio junto con una disminución del ángulo de fricción asociada al aumento del confinamiento. Además, se observa una dependencia del comportamiento volumétrico con respecto a la densidad relativa; la cual no generó mayor influencia en la resistencia del material. El comportamiento de una arena de tronadura de túnel difiere del observado en una arena natural cuyas partículas sí sufrieron un proceso de transporte y desgaste. Al momento de caracterizar geotécnicamente estos suelos se deben tratar como materiales diferentes.

Ingeniero Civil / La instrumentación y el monitoreo son aspectos claves para la seguridad y el control de grandes obras subterráneas, en particular si se trata de túneles urbanos de poca profundidad, ya que estos pueden afectar a los entornos en la superficie. Actualmente se están construyendo nuevas del Metro de Santiago, proyecto que involucra la excavación de 37 km de túneles y 28 estaciones. En estos proyectos se realizan grandes excavaciones, algunas en zonas densamente pobladas. Durante la construcción de éstas obras subterráneas, se implementó un plan de monitoreo geotécnico y estructural basado en mediciones geodésicas, cuyo objetivo fue controlar los movimientos de las obras en ejecución, verificar hipótesis de diseño y proveer seguridad. El presente documento tiene por objeto estudiar y analizar en detalle los resultados obtenidos por el monitoreo geodésico de desplazamientos, tanto a nivel de superficie como en profundidad, para así evaluar el comportamiento del terreno frente a este tipo de excavaciones y el desempeño de los métodos de medición empleados. Los datos medidos provienen de dos túneles estación y del túnel interestación entre ambos, todos construidos en suelos granulares gruesos y emplazados bajo la Avenida Carlos Valdovinos, en la comuna de Pedro Aguirre Cerda. De este trabajo se obtienen lecciones respecto al diseño, implementación y ejecución de un proyecto de instrumentación y monitoreo. Finalmente, se realizan recomendaciones y se proponen metodologías complementarias, con el fin de introducir mejoras en proyectos futuros.

Geólogo / La gran expansión económica, el fuerte crecimiento industrial en el ámbito minero y energético que ha tenido Chile en el último tiempo junto con su accidentada orografía, ha generado la necesidad de incrementar las construcciones subterráneas. En este sentido, son cada vez más las inversiones que se realizan en ellas para mejorar tanto la eficiencia de la producción como la seguridad del personal. En el presente trabajo de título se evalúa una nueva herramienta para mejorar el rendimiento y seguridad en la excavación de túneles, denominado sistema Measurement While Drilling (MWD). El estudio contempla el análisis de dos proyectos, los túneles Strindheim y Loren (Noruega), construidos bajo la metodología del MWD y el Túnel de Desvío Río Blanco construido en Chile bajo la metodología tradicional. En los tres casos se utilizó el método de excavacción Perforación y Tronadura. El sistema MWD es un método que recoge de manera automática parámetros de perforación para una inmediata interpretación de la dureza y homogeneidad de la roca por delante de la frente del túnel. Los dos parámetros fundamentales son la tasa de penetración y la presión de torque, cuyas mediciones son normalizadas para remover las influencias externas en su comportamiento y asegurar que sus variaciones sean representativas a los cambios en las condiciones del macizo rocoso. Los resultados obtenidos muestran que el monitoreo durante la perforación presenta buena capacidad de prever las condiciones de la roca por delante de la frente, ya que los mapas generados por el sistema MWD exhiben resultados correlacionables con la geología encontrada durante la excavación. Se expone también la habilidad que tiene el método en ajustarse a cualquier tipo de terreno debido a su previa calibración de acuerdo al tipo de roca que se espera encontrar, además de los escasos recursos y los bajos costos que se requieren para su ejecucución, siendo la adquisición de la máquina perforadora (Jumbo) el costo más elevado para su implementación. Finalmente, se concluye que el sistema MWD es una herramienta complementaria que entrega al geólogo información relevante para mejorar la toma de decisiones y reducir las incertidumbres sobre las condiciones de la roca debido a que presenta una buena capacidad de predecir las propiedades de ésta. Esto, en combinación con la rápida y fácil evaluación junto con los bajos costos operacionales proporciona una herramienta útil y de gran potencial para las excavaciones subterráneas.

Ingeniero Civil / El crecimiento de la ciudad de Santiago hace necesario un aumento importante en la capacidad de un sistema integrado de transporte público, este hecho promueve una expansión del Metro de Santiago, que ya se ha iniciado con la actual construcción de las Líneas 3 y 6. En este contexto, resulta de interés el estudio de nuevas tecnologías para la construcción las líneas de Metro, como el método de excavación de túneles mediante el uso de máquinas tuneladoras (TBM). Este trabajo estudia la posibilidad de realizar la construcción de los túneles de Metro mediante el uso de máquinas tuneladoras, con el objetivo de establecer una referencia para la aplicación de este método constructivo bajo las condiciones típicas del Metro de Santiago, En primer lugar se han estudiado los distintos tipos de tuneladoras existentes para establecer los criterios de selección de la máquina más adecuada para la excavación de los túneles en los suelos de Santiago. La geología reinante define la tipología de la máquina, mientras que las características propias del proyecto establecen sus especificaciones particulares, como el tamaño y la maquinaria auxiliar. Para este caso se ha determinado que la máquina tuneladora con mayores ventajas para el tipo de suelo santiaguino es el Escudo de Balance de Presión de Tierras (EPB). Como consecuencia de lo anterior, se han estudiado las características principales de los escudos EPB, con el fin de comprender su funcionamiento, los principios de su diseño y las partes que lo componen, continuando con la estimación de un rendimiento promedio de avance que se aproxima a los 18 m/día, en comparación al rendimiento de avance de un frente en NATM que alcanza un promedio estimado en 2 m/día. En segundo lugar, se ha desarrollado una descripción de la secuencia constructiva que requiere una línea típica del Metro de Santiago, estableciendo las diferencias entre el actual método NATM y el posible uso de una tuneladora. Diferencias que radican principalmente en la posibilidad de trabajar en múltiples frentes con avances pequeños del método NATM versus el rápido avance de la tuneladora desde un único frente. Finalmente, se ha realizado un análisis comparativo de ambos métodos constructivos, concluyendo que bajo las condiciones típicas de suelos y formas del Metro de Santiago existen tramos pequeños para los cuales el uso de una tuneladora reduce los plazos de ejecución, pero a un mayor costo que el método NATM, mientras que para tramos largos de aproximadamente 12 km, el costo del uso de tuneladora es menor, pero con un aumento considerable en plazo.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de memoria busca acercar a las empresas constructoras y consultoras a desarrollar las programaciones de obras civiles, en específico, túneles en roca, con mayor conciencia sobre los índices de confianza asociados a los plazos durante la etapa de construcción. Existen diversos métodos para la programación de la construcción de un túnel. Hoy en día las empresas constructoras utilizan uno determinístico, únicamente basado en la experiencia de los expertos en obras subterráneas y sin una noción respaldada de los posibles atrasos durante la construcción. Si bien la tarea es llevada a cabo de manera competente, la retención del conocimiento resulta ser un problema cada vez más frecuente. Debido a esto, este trabajo de memoria propone realizar la programación de túneles a través de un método probabilístico, particularmente una simulación de Monte Carlo, haciendo uso de registros de obras subterráneas ya realizadas. Esto se aplicará para el túnel del proyecto en etapa de construcción denominado Embalse Valle Hermoso . Para llevar a cabo la simulación de Monte Carlo es necesario contar con un conjunto de registros de avance que permitan desarrollar las distribuciones de probabilidades pertinentes. Para esto se utilizaron los datos de un túnel de similares características ya finalizado. Es importante destacar que la comunicación entre los departamentos de estudios y obra se hace muy compleja debido a que en obra se controlan únicamente los avances lineales diarios, mientras que los estudios de los plazos o programas preliminares, son habitualmente realizados estimando el tiempo de ciclo constructivo propio del túnel. Entonces se propone para un siguiente estudio, registrar durante la construcción los tiempos de cada actividad que conformen los ciclos constructivos del túnel, con esto se podrá acceder a mejores estimaciones de los plazos y sus variaciones asociadas. Se concluye que el método de Monte Carlo utilizando datos empíricos es bastante funcional si se cuenta con proyectos análogos al que se quiera estudiar.

No autorizado por el autor para ser publicada a texto completo / El objetivo del presente trabajo de título es estudiar la aplicabilidad de una metodología reconocida en el mundo para la elección de tuneladoras en Chile. Esto con el propósito de resolver el problema de la elección de la máquina tuneladora para cualquier proyecto de túnel en roca que se desarrolle en el futuro próximo en nuestro país. Con una mayor facilidad en la selección de las tuneladoras, se busca promover su uso en Chile. De hecho, la ingeniería chilena ha observado durante los últimos 30 años como se han realizado innumerables proyectos de túneles con tuneladoras en el mundo, sin embargo, actualmente en nuestro país no son más de dos los proyectos que están trabajando con esta tecnología. En este trabajo se ha efectuado una recopilación bibliográfica de diversos temas relacionados con la construcción de túneles con tuneladoras. Lo primero que hubo que estudiar fueron los parámetros que definen la factibilidad de ocupar una tuneladora. Luego, se estudiaron los parámetros que inciden en el rendimiento de una tuneladora. Al estudiar estos parámetros, se logró determinar todos los ensayos de laboratorio que se deben hacer para realizar un proyecto con máquinas tuneladoras. A continuación se estudiaron todos los tipos de tuneladoras aplicables para excavar en roca y sus características. Posteriormente se definió la metodología para realizar la elección de la tuneladora. Luego, se estudiaron los parámetros que se deben ingresar en la metodología y los respectivos criterios de elección de tuneladoras que ésta posee. Finalmente se aplicó esta metodología para seleccionar una tuneladora para un caso ficticio. El resultado final fue una guía donde se indica el procedimiento a seguir para una selección adecuada de una tuneladora en roca.

Ingeniera Civil / Desde el comienzo de la construcción de túneles urbanos en Santiago, en particular, desde el inicio de la ejecución de los del Metro de Santiago a partir de los años 90, la gestión del riesgo de personas, equipos y estructuras circundantes ha sido un factor de gran relevancia para todos los actores (Mandantes, Consultores, Inspecciones Técnicas de Obra, Contratistas y Subcontratistas). En la actualidad, se cuenta con un vasto aprendizaje en términos de estándares de seguridad en la construcción de túneles urbanos, logrado a lo largo de todos estos años de experiencia, sin embargo, dicho aprendizaje aún no se encuentra enteramente organizado y catalogado dentro de un concepto integral. Por lo anterior, este trabajo se propone documentar aprendizajes relevantes de los distintos actores involucrados en dichas obras respecto de los riesgos, con el objetivo de desarrollar un Plan de Manejo de Riesgo en la construcción de túneles urbanos (RMP: Risk Management Plan) donde se jerarquicen los principales factores de riesgo y que sirva de guía para futuros proyectos, recogiendo además los conceptos más importantes de las estrategias internacionales de mitigación de riesgos. Lo primero es tener claridad en las etapas de proyectos de túneles que son principalmente: planificación, exploración geotécnica, diseño y construcción, durante las cuales se deben distinguir y describir las variables que afectan al proyecto. Finalmente se plantea una propuesta de Plan de Manejo de Riesgo para la construcción de túneles urbanos.

Ingeniero Civil / Este trabajo aborda el análisis de incertezas que se presentan en la construcción de túneles, los cuales afectan directamente a la estimación de plazos y costos del proyecto. Primero, se identifican y describen las variables que afectan un proyecto de túneles, el cual se puede dividir en 3 etapas: exploración geotécnica, diseño y construcción. Se consideraron 3 métodos distintos de excavación: tradicional en roca (perforación y tronadura), tradicional en suelo (método NATM) y mecanizada (tuneladoras o TBM). Toda la información fue obtenida por bibliografía existente o de antecedentes obtenidos por entrevistas a expertos del área. A continuación, se realiza un análisis jerárquico de las incertezas en base a la metodología AHP (Analytic Hierarchy Process). Para jerarquizar incertezas se requiere del juicio experto, por tanto se solicitó la colaboración a 9 profesionales con experiencia en túneles de la empresa Arcadis Chile. Se encuestaron especialistas en Geología (1), Ingeniería de Minas (3), Ingeniería Civil (3) y Construcción Civil (2), considerando una selección de variables identificadas previamente, para obtener prioridades por especialidad. De éste análisis se concluye que la mayor cantidad de incertezas en un proyecto de túneles provienen de la etapa exploratoria (59%) y de la construcción (22%). En la etapa exploratoria, las condiciones hidrogeológicas y geológicas son las más importantes (25% y 24% respectivamente). En la etapa de construcción, las principales incertezas son problemas medioambientales (6%), calidad de la construcción (8%) y administración de la faena (8%). Asimismo, se determinó que el método de TBM es más incierto que el método NATM al momento de elegir cuál de los dos métodos excavar en suelo (54% vs 46%); y también más incierto que el método de Perforación y Tronadura cuando se excava en roca (55% vs 45%). Además, éste método es más sensible a las incertezas asociadas a la exploración, mientras que la excavación en suelos es más sensible al diseño y la excavación en roca a la construcción del túnel. Con los resultados obtenidos, se sientan las bases para un análisis cuantitativo de riesgo en la construcción de túneles.

Ingeniero Civil / El 11 de marzo de 2011 un terremoto de 8,9 grados en la escala de Richter golpeó las costas de Japón. Tras el terremoto, un tsunami azotó las instalaciones de la central nuclear de Fukushima I, las olas del tsunami alcanzaron las casas de bombas de los sistemas de enfriamiento, dejando estas de funcionar, lo que llevo al colapso de los seis reactores, provocando la fusión parcial del núcleo de tres de ellos, emitiendo a la atmosfera partículas radioactivas. Tras esta catástrofe nuclear, las compañías de seguros advirtieron esta falencia en los sistemas de enfriamiento con agua de mar. Chile es un país sísmico, y por ende, también estamos expuestos a la ocurrencia de tsunamis en nuestras costas. Considerando que muchas de las centrales termoeléctricas construidas o actualmente en proyecto en Chile, cuentan con sistemas de enfriamiento con agua de mar, tendrían estos sistemas de enfriamiento riesgos similares de falla a los de la central nuclear de Fukushima I. En el marco de lo anterior, el presente trabajo de título tiene por finalidad proponer una solución anti-tsunami para los sistemas de agua de enfriamiento en centrales termoeléctricas a carbón. La solución propuesta consiste en separar en la casa de bombas, el foso de filtrado del foso de bombas, reubicando el foso de bombas/motores a una cota protegida ante una eventual inundación en caso de tsunami. Para conducir el agua de mar del foso de filtros a la nueva ubicación del foso de bombas, se propone construir un túnel de conducción de agua de mar bajo la cota del nivel mar. El presente estudio analiza la factibilidad técnica y estima los costos de la construcción de este túnel en dos tipos de suelo, el primero de ellos en un limo cementado y el segundo en roca, en ambos casos se considera un túnel de largo 200 metros. En el caso de un suelo del tipo limo cementado, se estudia la metodología constructiva tunnel liner y se concluye que es técnicamente factible utilizar este método y su costo total aproximado es de MMUS$ 11,7. Por otro lado, en el caso de un suelo del tipo roca, se estudia la metodología constructiva de perforación y voladura y se concluye que es técnicamente factible y su costo total aproximado es de MMUS$ 6,6.

Ingeniero Civil / Los métodos empíricos de clasificación geomecánica son ampliamente usados para la estimación de los requerimientos de soporte en túneles, particularmente en condiciones de rocas diaclasadas. En general, las metodologías empíricas se aplican en las primeras etapas del diseño, cuando no se dispone de suficiente información geotécnica-geológica o como una herramienta adicional para apoyar el juicio de ingeniería. El objetivo de esta investigación es asistir a ingenieros en la identificación de los principales parámetros de control asociados a estas clasificaciones y los respectivos indicadores de estabilidad proporcionados por estos métodos en comparación con los factores de seguridad obtenidos con modelos analíticos y numéricos. Esta memoria presenta los resultados de un estudio comparativo de los requerimientos de soporte para la excavación de una sección de túnel tipo herradura de 10mx10m (~90m2), obtenidos con diferentes métodos empíricos, métodos analíticos (estabilidad 3D de cuñas) y numéricos (método de elementos finitos). Los métodos empíricos considerados son RMR, Q y RMi, el método analítico de estabilidad de cuña usado es a través de Unwedge y el software de elementos finitos es Phase2D (Rocscience Inc.). Los escenarios consideran macizos rocosos diaclasados a muy diaclasados, condición seca, esfuerzos bajos a intermedios y mecanismos de falla controlados principalmente por las condiciones estructurales y gravitacionales. Los resultados indican que las metodologías empíricas son más sensibles a parámetros de volumen de bloque que a los de calidad de diaclasas, que el método Q propone menores requerimientos de soporte y que los factores de seguridad obtenidos con Unwedge aumentan drásticamente con el uso de shotcrete. Dado que la sección de túnel no se considera en el diagrama GSI, la definición de diaclasado y muy diaclasado no captura apropiadamente el comportamiento esperado de los modelos de elementos finitos según Phase2D.