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.

Esta Tesis, tiene el objetivo de desarrollar los procedimientos para un óptimo ciclo de trabajo en tunelería, considerando la calidad y tipo de roca que comprenda el proyecto, así como la selección de los elementos de sostenimiento que sean requeridos, para ello se considerará los trabajos de ingeniería civil seguidos en el Proyecto de Derivación Huascacocha - Rímac, cuya finalidad principal del proyecto consiste en ampliar la oferta de agua destinada al consumo humano para la Ciudad de Lima, mediante el represamiento de la laguna Huascacocha, su posterior conducción hacia el sistema Marca III y su trasvase a la cuenca del río Santa Eulalia. El sistema de conducción estará conformado por canales, túneles, sifones y obras de arte.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de titulación tuvo por objetivo investigar potenciales ventajas del uso del análisis dinámico para el diseño de túneles interestación del Metro de Santiago respecto al tradicional método del análisis cinemático o de distorsión angular. Para realizar lo anterior, se utilizaron modelos computacionales bidimensionales en base al software computacional de elementos finitos PLAXIS, V8. El método tradicionalmente utilizado es el análisis cinemático, que impone una desangulación a la sección transversal del túnel; el segundo método considera la incorporación de un registro de aceleraciones a la base del modelo utilizando un módulo del programa especialmente diseñado para lo anterior. Los análisis fueron realizados modelando las características geotécnicas de 2 tipos de suelo presentes en Santiago: la típica grava o ripio de Santiago, característica de la zona centro, y los suelos finos presentes en la zona norte de la ciudad. El sismo considerado corresponde a los registros del 27 de febrero de 2010. Para ambos métodos se obtuvieron los esfuerzos en el revestimiento del túnel (esfuerzo axial, de momento y de corte), los cuales fueron estudiados en cada etapa del método constructivo, ya que el software permite un análisis secuencial para visualizar los resultados en las diferentes etapas de la obra. Las conclusiones indican que en los modelos analizados, los esfuerzos internos obtenidos a partir de análisis dinámicos son mayores a los del método Cinemático, lo cual está directamente relacionado con que las desangulaciones obtenidas en los análisis dinámicos son mayores a las de los análisis cinemáticos, las que son establecidas por el Manual de Carreteras.

El sistema de “Perforación y Voladura”, aplicado a la excavación de túneles, viene siendo reemplazado por una variedad de tipos y tamaños de máquinas tuneleras (TBMs, Tunnel Boring Machines); como producto del avance tecnológico, exigencias de productividad y control ambiental, escenarios al que el Perú no está ajeno. El presente estudio, pretende ser un marco de referencia para la selección del sistema más conveniente de excavación, bajo una longitud mínima que justifique su aplicación. / -- Drilling and Blasting system applied to tunnels excavation is being gradually replaced around the world for different types and sizes of tunnel boring machines (TBMs). This change occurs due to technical advances, productivity demands and environmental restrictions, and Peru doesn´t keep out of this development. This research is addressed to select the most advantageous excavation system, considering the minimum excavation length in order to justify its applicability.

Ingeniera Civil / La erupción del Volcán Chaitén el 6 de Mayo del año 2009 es un ejemplo de la necesidad de contar con vías de tránsito para la conexión entre ciudades, pueblos y localidades en el sur de Chile. nEn esa oportunidad los residentes, ubicados dentro de los 20 km de radio decretados como zona de alerta máxima, fueron evacuados con buses provenientes de Argentina que trasladaron la población hacia San Carlos de Bariloche y luego a Osorno, en conjunto con algunas evacuaciones vía marítima en buques de la Armada Chilena y transbordadores a Puerto Montt.nEsta erupción dejó de manifiesto el problema de falta de conexión terrestre en la zona de Chiloé Continental, en la región de Los Lagos. Hoy la conexión con el continente se realiza, vía marítima con las consecuentes intermitencias debido al frecuente mal tiempo.nSin Embargo, los desafíos al analizar alternativas de conexión terrestre no son menores ya que esta zona cuenta con diversos accidentes geológicos, tales como cerros, valles, cuencas, ríos y fiordos, entre otros. nEn el marco de lo anterior, el presente estudio analiza la factibilidad técnica y económica de desarrollo de túneles submarinos como alternativa de conexión a los accidentes geográficos de mayor relevancia de Chiloé continetal; los fiordos Quintupeu y Cahuelmó. nEl estudio, de carácter preliminar, comprende un reconocimiento geológico general de ambos fiordos a nivel tanto regional como local, caracterización de macizo rocoso y un análisis de las estructuras influyentes en cada fiordo. Luego se analizaron diferentes alternativas de emplazamiento de túneles en ambos fiordos, determinando ubicaciones de portales, trazados y secciones en base a la topografía del sector, la geología de la zona y la experiencia de la tunelería submarina Noruega. nFinalmente se elaboró un prediseño de la fortificación necesaria en función de la estimación de la calidad del macizo rocoso y se estimaron los costos asociados.nLa alternativa de un túnel submarino para el cruce del fiordo Quintupeu es interesante y merece un mayor análisis y comparación con otras alternativas. La alternativa de un túnel submarino para el cruce del fiordo Cahuelmó es cuestionable, dada la topografía, morfología de la zona y en especial, la poca diferencia en longitud respecto de un trazado alternativo superficial.nSe espera que el presente informe sirva de apoyo para a los futuros estudios de conectividad de Chiloé continental y del país.

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 28/1/2021. / Ingeniero Civil de Minas / Cada vez que aparece una tecnología innovadora, el cambio de paradigma es la barrera principal de entrada hacia las personas para aceptarla o rechazarla. La forma ingenieril de llevar a cabo este cambio se basa en el ensayo de prueba y error en conjunto al estudio y análisis profundo de aquello que es más nuevo ojalá logrando determinar con total exactitud cuanto y porque es mejor, lo cual representa el objetivo primordial de este estudio. El trabajo realizado consiste la evaluación técnica de desempeño del método mecanizado Tunnel Boring Machine, la cual se lleva a cabo para el Proyecto Hidroeléctrico Alto Maipo a cargo de AES Gener. Toda la información para realizar análisis proviene de una fuente empírica constituida por la experiencia de construcción con la TBM Robbins MB139-396 en el túnel Volcán (V5) en el sector de El Yeso, Cajón del Maipo. El análisis se concentra en buscar los todos eventos que alteran el rendimiento de excavación otorgándoles un peso relativo según la deficiencia causada de forma tal que se jerarquice el grado de impacto. Esto genera valor al proyecto dando una mayor capacidad de respuesta al mandante en las decisiones que puede tomar al enfrentar contingencias tales como el clima, los incidentes, los cambios en la geología, entre otros. Dentro de los resultados más relevantes de este trabajo se puede afirmar que el rendimiento de avance para el periodo Ramp-up de la excavación logra tan solo un tercio de lo que se esperaba, esto debido a las eventualidades ocurridas. Explicando lo anterior se encuentra que, en orden decreciente en relación al impacto sobre el rendimiento de la TBM, las tres contingencias más sobresalientes son primero, las deficiencias en curva de aprendizaje a raíz del cambio geológico presentado por V5. Segundo, el incidente ocurrido en la frente en periodo de invierno y por último las condiciones climáticas adversas del lugar de trabajo. Por otra parte al realizar un modelo de ajuste personalizado y aplicado a un Forecast se tiene que para un escenario en donde se mitigan todas las desviaciones y sólo se predispone a la incertidumbre geológica, entonces el túnel Volcán finalizaría su excavación con TBM en 458 días, es decir, el 31 de Diciembre de 2016. Por último, se concluye que al realizar una extrapolación de los resultados obtenidos de esta memoria a la construcción de un túnel minero, como lo es por ejemplo el Adit 74 de Nuevo Nivel mina en Teniente, no es técnicamente factible a través del uso de TBM, lo cual se debe principalmente a las condiciones de diseño del túnel minero.

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 / 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.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniería Civil Mecánica / Este trabajo tiene por objetivo el estudio experimental del comportamiento de una llama de difusión bajo la acción de cortinas de aire del tipo doble jet doble flujo (DJ DF), y así determinar la efectividad de estas cortinas como sistema de protección contra incendios. Las mediciones se llevaron a cabo en un modelo de un túnel vial de escala 1:34, el cual cuenta con un quemador de difusión como fuente térmica para simular un incendio dentro de éste. El quemador consta con un circuito de gas, el cual provee el combustible, en este caso etileno, además de poseer un circuito de enfriamiento y un sistema de ignición remota. Por otro lado las variables relevantes a medir en el estudio fueron la altura de llama, medida a través de una cámara CCD, y la radiación emitida, medida a través de un radiómetro. El estudio fue llevado a cabo primero midiendo la radiación incidente sobre el radiómetro, dada un combinación de caudal de gas (tasa de liberación de calor), con velocidades en las cortinas, dando origen a 20 mediciones en total, cada una con 10 puntos de medición. Posteriormente se medió mediante la cámara CCD la altura de la llama para cada una de estas 20 mediciones, obteniendo así por un lado curvas de radiación en función de la distancia para distintas velocidades de las cortinas, desde donde se puede obtener un gráfico de la radiación promedio por medición en función de las velocidades promedio de las cortinas, y por otro lado se tiene una curva de la altura de llama en función de las velocidades promedio de las cortinas. En forma paralela, se realizan mediciones de la altura de la llama en función de la tasa adimensionalizada de calor, para tres casos: el primero sin la presencia de cortinas, mientras que los otros dos con la presencia de dos configuraciones distintas. Los resultados obtenidos permiten concluir que efectivamente las cortinas pueden utilizarse como sistema de protección contra incendios, al crear una barrera que efectivamente reduce la eficacia de la combustión, esto se puede apreciar tanto en la reducción de la radiación emitida, como en la reducción de la altura de la llama. También los resultados obtenidos para la altura de llama en función de la tasa de liberación de calor sugieren el mismo resultado, más aún, en los tres se sugiere que en la medida que se incrementa la velocidad de las cortinas, el confinamiento aumenta. Finalmente se dejan propuestos trabajos futuros, tales como variar el tipo de combustible, variación de las relaciones entre los jets frío y caliente, entre otros.

El presente trabajo consiste en el estudio, por medio de simulación numérica usando el código FDS (Fire Dynamics Simulator), del fenómeno de difusión y convección desde una fuente de calor al interior de un túnel vial, provisto de un sistema de confinamiento celular con cortinas de aire doble jet - doble flujo. El trabajo se enmarca en el proyecto FONDECYT Nº1085015, que apunta a la caracterización experimental y numérica de los fenómenos de transporte de calor, de momentum y de masa, a través de un dispositivo de cortinas de aire doble jet – doble flujo. Este estudio se motivó por la importancia de definir las condiciones óptimas de operación de este tipo de sistemas de confinamiento; por el creciente uso de programas de cálculo numérico; y por el creciente interés en el desarrollo de sistemas de ventilación y confinamiento de gases de combustión al interior de túneles viales. Las simulaciones numéricas se llevaron a cabo utilizando el código FDS, con el fin de familiarizarse con el uso del código en esta situación. Este software implementa el modelo de turbulencia LES (Large Eddy Simulation), que calcula directamente las vorticidades de gran escala, que tienen mayor influencia en el transporte de energía y de masa, y las de menor escala son filtradas, modelándose su efecto disipativo. Se simularon dos casos, los cuales se definieron de manera de hacerlos comparables con resultados experimentales disponibles. Los resultados muestran que FDS predice un comportamiento de la doble cortina de aire similar al observado experimentalmente, tanto para los perfiles de velocidad como para los gradientes de temperatura. Además se evidencia la naturaleza plana de las cortinas de aire, al compararse los perfiles en distintas secciones del túnel. También muestran que el incluir los ductos de ventilación en el modelo a simular no tiene gran impacto sobre la dinámica de las cortinas de aire en el túnel. Se concluye que FDS predice de buena manera la capacidad confinatoria de las cortinas de aire confirmándose esto por resultados experimentales disponibles. Las cortinas de aires son capaces de confinar en la medida que ambos jets de cada cortina no se hayan fusionado en uno solo. Una vez que se fusionan en un jet único, el gradiente de temperatura disminuye notablemente. Sin embargo, la diferencia entre los resultados numéricos con experimentales indica la importancia de definir correctamente las condiciones de borde.