Lade Inhalt...

Instrumentación y Monitoreo de Obras Geotécnicas

Studienarbeit 2012 14 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Geotechnik

Leseprobe

INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO DE OBRAS GEOTÉCNICAS Artículo de revisión

Rubén D. Aguilar Collazo1, Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá Maestría en Ingeniería - Geotecnia

parámetros que afectan al diseño geotécnico. Se hacen suposiciones simplificadoras acerca de las condiciones del suelo y se eligen parámetros conservadores para preparar un diseño. Si estos supuestos fueran errados y las consecuencias fueran inaceptables, la instrumentación geotécnica se podría usar para obtener datos con los cuales evaluar los supuestos críticos. Para que este método funcione eficazmente, es necesario un diseño que pueda ser modificado si la instrumentación muestra que los supuestos iniciales están errados.

5. Evaluar los medios y métodos del Contratista: Los resultados de algunos proyectos geotécnicos dependen de los medios y métodos del contratista. La instrumentación geotécnica se utiliza para determinar si los medios y métodos del contratista cumplen con los requisitos específicos de funcionamiento. Un buen programa de instrumentación puede proporcionar datos suficientes y adecuados para mostrar un desempeño indeseable de la obra. Los medios y métodos se pueden ajustar para reducir su impacto en el proyecto. La instrumentación ahorra dinero al ayudar a reducir las consecuencias de resultados indeseables.

6. Minimizar el daño a estructuras adyacentes: La construcción subterránea puede tener consecuencias adversas que van más allá de los límites del proyecto. Estas consecuencias pueden afectar a las propiedades adyacentes con resultados no deseados. Pueden generarse reparaciones costosas, malas relaciones y litigios prolongados. La instrumentación ahorra dinero al proporcionar datos tempranos sobre el comportamiento de estructuras adyacentes, por lo tanto los daños pueden evitarse o minimizarse mediante el cambio de las operaciones de construcción.

7. Control de la construcción: La instrumentación puede ser usada para monitorear el progreso del comportamiento geotécnico y controlar la actividad de construcción; y ahorra dinero al ayudar a determinar la forma más rápida y más expedita para proceder con la construcción sin crear comportamientos indeseables.

8. Control de operaciones: La instrumentación geotécnica se puede usar para ayudar a controlar el funcionamiento de una instalación. Esto podrá generar ahorros potenciales de dinero y por ende ganancias económicas para el propietario de la instalación.

9. Planeación de métodos correctivos para solucionar problemas: A veces las cosas salen mal en la construcción geotécnica, por ello se deben hacer correcciones. Es necesario encontrar la mejor solución para entender lo que salió mal. Los datos de instrumentación geotécnica pueden ayudar a resolver que causó el problema. Entonces se puede concebir una acción correctiva que se ocupe de la causa específica y no enmascare los síntomas. La instrumentación ahorra dinero al ayudarnos a adaptar una solución a la causa específica del problema.

10. Mejorar el desempeño: Los conceptos modernos de gestión empresarial para el mejoramiento continuo y la necesidad de realizar mediciones propician el logro de los objetivos. Un dicho común en la práctica empresarial es que "lo que se mide mejora, mientras las cosas que no se miden eventualmente fallan". El mero proceso de medición junto con el normal comportamiento humano conduce a un rendimiento mejorado. La industria de la construcción subterránea busca maneras de mejorar sus operaciones para producir instalaciones que funcionen mejor y cuesten menos. Al igual que otros procesos de negocio, el mejoramiento sólo puede ser evaluado a través de la medición. Los sistemas geotécnicos de instrumentación pueden jugar un papel central en la mejora de estas mediciones.

11. Avances en el estado del arte: Muchos de los avances en las teorías de la geotecnia tienen sus raíces en los datos de instrumentación geotécnica de proyectos a gran escala. Los datos nos dan una idea de cómo se comportan las cosas y sus relaciones de causalidad. Históricamente se ha implementado una cantidad significativa de instrumentación geotécnica como parte de un esfuerzo de investigación para mejorar el estado del conocimiento. La instrumentación al mejorar el estado del conocimiento ahorra dinero a través del mejoramiento de los diseños y los métodos de construcción.

12. Documento de rendimiento para evaluar daños: Las reclamaciones por daños y perjuicios a terceros representan uno de los riesgos más importantes que se enfrentan en proyectos geotécnicos. Algunas reclamaciones pueden incluir cargos por daños no relacionados con la construcción. Otras pueden ser exageradas, como una reclamación por daños estructurales cuando en realidad ocurre un daño de menor importancia arquitectónica. Los datos de instrumentación geotécnica pueden ayudar a establecer la validez de tales reclamaciones. La instrumentación ahorra dinero al ayudar a identificar reclamaciones falsas o exageradas.

13. Informar a los interesados: La construcción en áreas desarrolladas puede afectar a numerosas partes, es decir todas aquellas que puedan ser impactadas negativamente por el proyecto. Los datos de instrumentación geotécnica pueden proporcionar evidencia sólida de los verdaderos impactos de la construcción y proporcionar respuestas a las preguntas y los temores de los interesados.

14. Satisfacer las regulaciones: Algunas instalaciones deberán ser instrumentadas para cumplir con los requisitos de la normativa específica. Por ejemplo, algunos sitios requieren que los piezómetros sean instalados a una altura especificada en todas las presas de tierra. Algunas ciudades requieren que los sismógrafos sean instalados en edificios altos para grabar la respuesta a un sismo. La instrumentación puede ser necesaria para ayudar a proteger la seguridad pública. No siempre es fácil ver cómo la instrumentación ahorra dinero cuando se instala para cumplir con una regulación. Para un proyecto específico puede que no haya ahorro de dinero, especialmente si la única razón por la que se instaló el equipo es para satisfacer las regulaciones. Desafortunadamente, muchos de los implicados ven la instrumentación sólo como un costo adicional.

15. Reducir Litigios: Los datos de instrumentación geotécnica pueden ser un poderoso elemento de disuasión en los litigios. Los contratistas podrán reclamar las condiciones diferentes de sitio. Cuando las condiciones del subsuelo están involucradas, los datos de un programa de instrumentación pueden proporcionar evidencia clara para ayudar a llegar a una resolución justa de los litigios.

16. Demostrar que todo está bien: Cada vez más se usan programas de instrumentación para demostrar que el comportamiento real está dentro de los límites previstos por los diseñadores. La presunción es que no haya sorpresas o consecuencias inesperadas en costos y tiempo, y que el comportamiento inesperado se pueda identificar con suficiente antelación para mantener el control del costo del proyecto y la programación.

Marr2 plantea un método aproximado para cuantificar los beneficios de la instrumentación. Aunque el método no es preciso, es suficiente para decidir qué parte de un programa de instrumentación vale la pena en distintas situaciones. El método propuesto se basa en los conceptos de la teoría de decisión y análisis de riesgos. La teoría de la decisión establece un marco para los gerentes al tomar decisiones cuando se enfrentan a información incompleta e incierta. El análisis de riesgos proporciona información para tomar decisiones utilizando la teoría de la decisión. Un gerente puede elegir un curso que minimice el riesgo, o un curso en el que los beneficios logrados mediante la reducción de riesgos sean mayores que los costos de lograr dicha reducción.

La filosofía tradicional de la mayoría de los ingenieros ha sido tratar las incógnitas e incertidumbres a través de diseños con precaución y conservadurismo. Los riesgos actuales son arbitrariamente enmascarados por un factor de seguridad. Su objetivo es conseguir que una estructura sea lo suficientemente grande y fuerte para que todas las incertidumbres existentes no importen. Sin embargo, este hecho da lugar a mayores costos para el propietario sin un conocimiento claro acerca de lo que está comprando. Una alternativa a esta situación es hacer más investigaciones y estudios en la fase de pre-construcción para reducir la incertidumbre y el conservadurismo. En algún momento, el costo de las investigaciones y estudios adicionales se hace alto en relación con la reducción de la incertidumbre obtenida, la cual mantiene cierto grado pese al trabajo adicional. La Figura 1 ilustra estos puntos en un diagrama conceptual. El eje horizontal representa el nivel de esfuerzo gastado en investigaciones y diseño. Cuando este nivel de esfuerzo se incrementa, el conservadurismo en el diseño debe disminuir conduciendo a menores costos de construcción. La curva 1 indica el total de costos de investigación y construcción. El punto A indica el nivel óptimo de investigación que produce el mínimo de investigación y costos de construcción.

Los costos bajo la curva 1 no se consideran en los costos de riesgos. Los costos de riesgos resultan por sucesos inesperados y condiciones no previstas en el diseño que aumentan el costo de construcción, producen retrasos y/o causan daños a las personas y bienes. Estos costos son más altos para los niveles bajos de investigación y diseño porque la probabilidad de falla es mayor debido a la gran incertidumbre en la información usada para el diseño. Estos costos disminuyen con el aumento de nivel de la investigación y diseño, en gran parte debido a que la incertidumbre en el desempeño esperado decrece por la investigación adicional. Cuando se suman los posibles costos de riesgo al costo total, se obtiene la curva 2. El nivel óptimo de la investigación y diseño se incrementa al punto B. El costo total óptimo se ha incrementado al aumentar el nivel de investigación y se han incluido los costos de riesgo, sin embargo el costo total óptimo es significativamente menor que en el nivel de investigación del punto A; si se incluyen los costos de riesgo (punto C).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Figura 1. Optimización del costo total2

La observación realmente interesante es lo que sucede cuando se considera el efecto sobre el costo total de monitoreo de desempeño. Hay cierta evidencia que indica que un programa de monitoreo "eficaz" puede reducir el riesgo en un orden de magnitud. Esta reducción proviene de la incertidumbre y consecuencias que disminuyen. La curva 3 muestra los costos totales cuando los costos de un programa de monitoreo son adicionados a la investigación, la construcción y los costos reducidos de riesgos. El nivel óptimo de investigación se desplaza hacia el punto D y es algo mayor que en el caso en que se ignoran los costos de riesgo (Punto A), pero mucho menor que el caso en el que se incluyen los costos de riesgo, pero no se monitorea (Punto C ). Los costos totales con monitoreo "eficaz" (Punto D) son significativamente menores que aquellos que no se monitorean (punto B). El punto D representa la verdadera optimización del proceso de diseño-construcción mediante el empleo de un nivel adecuado de investigación y diseño para eliminar el conservadurismo costoso. El uso de monitoreo "eficaz" reduce la incertidumbre sobre el comportamiento y controla de mejor forma las consecuencias de un comportamiento inaceptable.

El monitoreo de desempeño debe ser responsabilidad del equipo que dirige la obra. Un sistema efectivo de monitoreo les proporciona datos concretos sobre el desempeño del diseño del consultor, del trabajo del contratista, y los efectos de las condiciones del sitio. El monitoreo al apoyarse en la gestión de riesgos requiere que la información sea oportuna y confiable.

De conformidad con el reporte ITA N°009 de 2011 1 cuando se planifica un programa de monitoreo se deben seguir algunos principios con el fin de obtener resultados útiles para los fines prácticos, con un mínimo gasto. El diseño y espaciamiento de la configuración o matriz de la instrumentación debe ser seleccionada considerando las condiciones específicas del sitio que dependerán de factores como la estratigrafía, nivel de detalle (volumen de datos) y el grado de redundancia necesario. Un programa de instrumentación debe ser planificado para obtener la siguiente información:

(1) Respuesta inicial del suelo: Presiones de tierra y agua, desplazamientos y deformaciones. (2) Interacción suelo-estructura: Desplazamientos relativos de tipo estructural, tensión estructural y deformación en compresión, y presiones de tierra (3) Interacción suelo-soporte: Resistencia y rigidez del soporte, desplazamientos relativos (distorsión), tensión y esfuerzos de compresión, y deformaciones y presiones de tierra que actúan en el soporte. (4) Condiciones del suelo: Pozo de instrumentación para evaluar condiciones de presión de poros y suelo, aguas subterráneas, condiciones geológicas por cara expuesta, tasa de flujo y cambios externos en las presiones de tierra y agua. (5) Monitoreo de control y medidas de mitigación: Tales como compensación con lechada de cemento inyectada o congelación del suelo. Se evalúa la temperatura, las presiones de tierra y agua, anclajes y presiones, desplazamientos y deformaciones. (6) Monitoreo de efectos y trabajos ambientales: Desplazamientos del suelo, ruido y vibración, y calidad del aire. (7) Secciones con instrumentación estándar: Estas secciones se usan para evaluar el comportamiento general de los túneles con base en las mediciones de convergencia. (8) Secciones totalmente instrumentadas: Se miden en el soporte tanto esfuerzos como mediciones de convergencia para dichas secciones. (9) Secciones con instrumentación especifica: Este tipo de monitoreo se realiza sobre secciones con geometría singular (portal del túnel, intersecciones, estructuras vecinas sensibles a de asentarse) o con singularidades geológicas (fallas por corte, zonas de transición, zonas meteorizadas, etc). (10) Secciones de Monitoreo para la verificación de un nuevo método de construcción: Se debe planear la instrumentación y el monitoreo para verificar la eficiencia de cualquier nuevo método constructivo que se adopte.

Existen varios factores a ser considerados cuando se diseña un programa de instrumentación: (a) Evaluaciones del suelo: Se debe entender completamente el suelo en términos de su estratigrafía, resistencia y rigidez, esfuerzos in situ, compresibilidad y permeabilidad del mismo y una magnitud anticipada de cambios. (b) Chequeo de suelo virgen: Se debe monitorear la respuesta del suelo no intervenido que ayude a identificar el grado de interacción con estructuras adyacentes, en áreas del proyecto y variaciones naturales antes del inicio de la construcción. (c) Limitantes de la instrumentación: Hay ciertos requisitos para evaluar la instrumentación de campo en términos de su rango, sensibilidad, repetibilidad, precisión y vida útil. En áreas críticas se requiere de instrumentación local adicional. (d) Responsabilidad: Se deben establecer claramente las responsabilidades de instalación y puesta en marcha, calibración y provisión de datos de linea base dentro del marco contractual, al igual que las responsabilidades de mantenimiento, monitoreo, interpretación y reporte.

(e) Metodología: Se debe asegurar que personal entrenado en instalación y monitoreo esté disponible 5

1 Ingeniero Civil (IC), Esp. Gerencia de Proyectos de Construcción, Candidato a Magíster en Ingeniería Geotecnia de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá Este documento es un artículo tipo resumen integrado de cinco (5) artículos científicos suministrados en la asignatura de Investigación del subsuelo e Instrumentación de la Maestría en Ingeniería Geotecnia cursada en la Universidad Nacional de Colombia en el año 2012, los cuales se relacionan con la instrumentación y monitoreo de estructuras geotécnicas, en especial de obras subterráneas tipo túneles.

Los objetivos principales de la instrumentación y monitoreo (en obras subterráneas) son: (a) obtener información de la respuesta del suelo cuando se hacen túneles, (b) proporcionar un control de la construcción, (c) verificar los parámetros de diseño y modelos, (d) medir el desempeño del soporte del túnel durante y después de la construcción, (e) monitorear el impacto en ambientes circundantes, tales como asentamientos del suelo y régimen de aguas subterráneas. De los objetivos anteriores, el principal reside en la optimización del diseño y la ejecución de obras seguras de construcción de túneles. Otros objetivos importantes pueden incluir: (i) dar aviso de cualquier tendencia crítica para conservar la seguridad, (ii) predecir las tendencias futuras de los parámetros monitoreados y otros parámetros que aún no hayan sido controlados, (iii) hacer predicciones sobre el rendimiento y la gestión de los túneles completos.1

Según Marr2 los programas de instrumentación geotécnica son realizados por las siguientes dieciséis (16) razones:

1. Por una falla inminente: Las estructuras geotécnicas pueden fallar con consecuencias catastróficas para la vida y la propiedad. Estas fallas pueden ser el resultado de cargas excesivas, errores de diseño, deficiencias de construcción, condiciones desconocidas o diferentes, deterioro, errores operacionales o de acción intencional.

2. Dar una alerta: La instrumentación puede alertar que en algunos indicadores de desempeño se exceden los límites aceptables. Estos instrumentos pueden ser parte de un sistema automatizado de alerta. Un inclinómetro puede advertir de un movimiento repentino a través de una zona de corte existente. Un piezómetro puede advertir de presiones de poro excesivas en el área de una presa (rio abajo) que podría llegar a ser inestable y amenazar la estabilidad de la misma. La instrumentación ahorra dinero al reducir el riesgo de una pérdida de vida o propiedad, o reduciendo las demoras.

3. Revelar incógnitas: Los ingenieros geotecnistas constantemente trabajan con incógnitas. A veces, estas incógnitas pueden causar una falla catastrófica que destruye todo un proyecto, cobra vidas o carreras; otras veces causan retrasos. El uso de las mediciones de campo puede revelar incógnitas durante la construcción y evitar un desastre. En general, los ingenieros geotécnicos no pueden controlar los materias en los que trabajan. La naturaleza creó esos materiales en procesos aleatorios que producen condiciones no uniformes y altamente variables. Las incógnitas pueden generar amenaza sobre el éxito de un proyecto, por ello la instrumentación se usa para medir el desempeño real de los diseños. Las mediciones se utilizan para identificar los posibles efectos indeseables.

[...]

Details

Seiten
14
Jahr
2012
ISBN (eBook)
9783668825048
ISBN (Buch)
9783668825055
Sprache
Spanisch
Katalognummer
v446365
Institution / Hochschule
Universidad Nacional de Colombia
Note
Schlagworte
instrumentación monitoreo obras geotécnicas

Autor

Teilen

Zurück

Titel: Instrumentación y Monitoreo de Obras Geotécnicas