CONDICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE TUNELES
Bogotá, 12 de Marzo, 2014
HECTOR SALAZAR BONILLA INGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D. EN TUNELES
Contenido 1. Introducción 2. Estudios y Diseños para túneles 3. Construcción de túneles 4. Manejo de riesgos en Túneles 5. Conclusiones. Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
1. Introducción 1.1. Un túnel es un «Sistema Complejo»
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
1. Introducción 1.1. Un túnel es un «Sistema Complejo»
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
2. Estudios y Diseños para túneles Los estudios y diseños de túneles incluye en general: Ø La determinación de la distribución geométrica de las estructuras subterráneas, es decir el alineamiento horizontal y ver\cal de los túneles, la localización y la dirección del eje de las cavernas, galerías, nichos, pozos y la selección del sistema de túnel. Ø La definición de la forma y tamaño del perfil (sección transversal del túnel), incluyendo la \pología de túneles bidireccionales o unidireccionales. Ø La selección de la tecnología de construcción y \po de excavación (TBM o convencional, excavación a sección completa o en varias secciones), secuencia de las etapas de excavación a lo largo del eje del túnel), las medidas de soporte temporal o defini\vo, así como de las medidas auxiliares de construcción tales como drenajes, o mejoramiento del terreno Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
2. Estudios y Diseños para túneles
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
2. Estudios y Diseños para túneles
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
2. Estudios y Diseños para túneles
2.1. ESTUDIO CONCEPTUAL (FASE 0) Ø El alcance del diseño conceptual es seleccionar o confirmar el alineamiento del túnel y suministrar al cliente la información necesaria para el proceso de toma de decisiones. Ø Los aspectos relacionados con el alineamiento particular del túnel y su construcción son resaltados e investigados en detalle. Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
2. Estudios y Diseños para túneles 2.2. PREFACTIBILIDAD (FASE I) Ø Se refina el diseño conceptual del alineamiento del túnel con base en un detallado estudio geológico, geotécnico e hidrogeológico. Se elabora el Estudio de Impacto Ambiental. Se focaliza el estudio en los aspectos legales de los recursos de agua, forestales, sociales, prediales, ambientales. Ø El objetivo es obtener la aprobación de las autoridades competentes para construir el túnel. Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
2. Estudios y Diseños para túneles
2.3. FACTIBILIDAD (FASE II - DISEÑO BASICO) Ø El objetivo de este diseño es detallar los trabajos con el fin de que sea factible tener el presupuesto de cada actividad del trabajo. Ø Se elaboran los documentos contractuales, planos, especificaciones, cantidades de obra y presupuesto.
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
2. Estudios y Diseños para túneles 2.4. DISEÑO PARA CONSTRUCCION (FASE III) • El alcance es detallar los trabajos descritos en los documentos de licitación de tal forma que puedan ser construidos de una manera económica, estructuralmente segura, bien dimensionada y funcional. • Se elaboran planos de construcción y planos de taller. Se ajustan los presupuestos y cantidades finales. • Este diseño se ajusta durante construcción con los datos reales de terreno y medición de su comportamiento. (DTR). Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
2. Estudios y Diseños para túneles Fase de diseño
Estimaci ón de costos
Diseño Conceptual Selecci ón de Corredor Selecci ón del trazado
Comparación de cos tos relativos
1º Estimaci ón costos
Prefac\bilidad
1
Métodos
1. Estimación preliminar de riesgos geotécnicos 2. Estimación preliminar de costos y programación de construcción
Estudio de gabinete • Documentos de proyecto disponibles • Antecedentes geológicos y mapas
1. Ajuste de estimación de riesgos geotécnicos 2. Ajuste de estimación preliminar de costos programación de construcción 1. Evaluación geotécnica y comparación de corredores de trazado 2. Evaluación de la arquitectura geológica general y de los tipos básicos del subsuelo
0
Diseño de
Objetivos
3. Análisis de riesgos geotécnicos de los trazados seleccionados 1. Elaboración de un modelo geotécnico preliminar, evaluación general del comportamiento del subsuelo y métodos de construcción 2. Evaluación de las condiciones de agua subterránea y la interacción agua – construcción de túneles 3. Evaluación geotécnica de la rezaga excavada (posibilidades de reciclaje) y de los botaderos
• Imagenes aéreas y satelitales • Mapas topográficos • Reconocimiento (mapeo) de terreno
• Reconocimiento general de los corredores de trazado • Estudio selectivo de afloramientos (definición de tipos básicos de Subsuelo y estimaci ón de campo de propiedades mecánicas, ej. GSI) • Mapeo geológico de áreas escogidas selectivamente e investigación selectiva del subsuelo (si es apropiado, perfiles geofísicos, sondajes con extracción testigos) • Evaluación estadística y probabilística básica de la información • Adquisición de información hidrogeológica e hidrológica (mapeo monitoreo) y registro
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
2. Estudios y Diseños para túneles Fase de diseño
Diseño de Factibilidad
Procedimien Estimación tos legales de costos Evaluación de Impacto Ambiental y
2 Fase de diseño
Métodos
1. Evaluación detallada de la arquitectura geológica
2º estimación de costos
Emisión Decreto de Trazado del Túnel
Procedimien Estimación tos legales de costos 3º estimaDiseño de ción de Licitación costos Proceso de / Diseño de Detalle evaluación de ofertas Cálculo de Costos Definitivo
3
Objetivos
• Mapeo geológico general de áreas del proyecto, escala al menos 1:5.000 2. Caracterización del macizo en términos • Mapeo geológico de detalle en sectores de geotécnicos, hidráulicos e hidrogeológicos portales o accesos intermedios,escala al menos 1:1.000 3. Definición de tipos de subsuelo relevantes y evaluación de su • Especificación, ejecución y evaluación de distribución investigaciones subsuperficiales (apiques, sondeos, pozos, túneles piloto, perfiles Evaluación de factores de influencia geosísmicos); ensayos in situ - y de (tensiones, agua subterránea, laboratorio cinemática) • Continuación de las investigaciones 4. Estimación del comportamiento de los hidrológicas e hidrogeológicas tipos de subsuelo Estimación del comportamiento del • Elaboración de modelos 3D (geología, sistema subsuelo/Soporte/Excavación geotecnia, condiciones de agua 5. Análisis de riesgo geotécnico asociado subterránea); modelos analíticos y a los métodos de construcción numéricos, como también, probabilísticos
Objetivos 1. Evaluación detallada de los plazos y costos de construcción (rendimientos de excavación, métodos y secuencias de excavación, fortificación) y contrato de construcción
Métodos • Revisi ón , mayor detalle y actualización de los modelos • Aplicación de métodos estad ísticos y probabilísticas mejorados
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
2. Estudios y Diseños para túneles
Fase de diseño
Diseño Final / Construcción
4
Procedi mien Estimaci ón tos lega les de costos
Procedi miento de adjudicaci ón
Monitoreo de costos
Objetivos
M étodos
1. Pron óstico de corto plazo para optimizaci ón de la construcci ón basada en un a continu a actualizaci ón del modelo Del subsuelo pronosticado , en funci ón de las condiciones reales
• Adquisición de información geol ógico geot écnica y de construcción (mapeo del frente, consumo de explosivo, rendimiento de avance, capacidad de perforaci ón , etc.) • Monitoreo geot écnico y de deformaciones y su evaluaci ón • Evaluaci ón del comportamiento del sistema • Extracción de testigos, pruebas, ejecución de ensayos de laboratorio e in -situ, si necesario • Investigación anticipada a la excavación , si necesario (geofísica, sondeos exploratorios, etc.)
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
2. Estudios y Diseños para túneles 2.1. ESTUDIO CONCEPTUAL (FASE 0) (0,1%) 2.2. PREFACTIBILIDAD (FASE I) (0,2% - 0,5%) 2.3. FACTIBILIDAD (FASE II – DISEÑO BASICO) (0,5% - 1,0%) 2.4. DISEÑO PARA CONSTRUCCION (FASE III) (1,0% - 2,0%) 1,8% - 3,6% DEL COSTO DE CONSTRUCCION Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
3. Construcción de Túneles 3.1. Cut and Cover (Corte y Cobertura) 3.2. Construcción convencional (NATM) 3.3. Excavación entre pantallas 3.4. Construcción con tuneladoras -‐ TBM (Tunnel Boring Machine) -‐ Escudo (Shield) -‐ EPB (Earth Pressure Boring Machine) Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
3. Construcción de túneles 3.1. Cut and Cover (Corte y Cobertura)
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
3. Construcción de túneles 3.1. Cut and Cover (Corte y Cobertura)
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
3. Construcción de Túneles 3.2. Construcción convencional (NATM) -‐ Túneles de Metro (SanLago, Barcelona)
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
3. Construcción de Túneles 3.2. Construcción convencional (NATM) -‐ Túneles Bogotá -‐ Villavicencio
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
3. Construcción de Túneles 3.3. Construcción entre pantallas -‐ Túneles de estación (Madrid)
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
3. Construcción de Túneles 5.4. Construcción con tuneladoras -‐ Túneles inter estación
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
3. Construcción de Túneles 3.4. Construcción con tuneladoras (Metro de Barcelona)
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
4. Manejo de riesgos en Túneles 4.1. Riesgos de Diseño 4.2. Riesgos de Construcción 4.3. Riesgos de Operación 4.4. Manejo contractual de riesgos
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
4. Manejo de Riesgos en Túneles 4.4. Manejo Contractual de Riesgos
La construcción de túneles es muy diferente a cualquier otro Lpo de construcción debido a su naturaleza inherente: incerLdumbre en las condiciones del subsuelo, condiciones imprevistas, dependencia de los medios y métodos, y al alto riesgo de construcción asociado con este Lpo de obras. Es muy importante un diseño detallado y el manejo de contraLstas con muy buena experiencia en construcción en túneles y obras subterráneas. Las condiciones del contrato para Túneles deben ser flexibles y permiLr la aprobación y la cerLficación de cambios y/o variaciones en los trabajos dentro de un Lempo muy corto. Con respecto a la posibilidad que existe de encontrar condiciones disLntas, el contrato debe basarse en las mediciones de lo realizado. Esto ayuda al enfrentar condiciones cambiantes, aún en el caso de que no existan provisiones perLnentes para todas las posibles consecuencias que podrían no haberse incluido en el momento de la adjudicación del contrato. Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
4. Manejo de Riesgos en Túneles 4.4. Manejo Contractual de Riesgos
Muchas de las reclamaciones en la construcción de túneles Lenen que ver con las condiciones imprevistas. Por esta razón es recomendable establecer un mecanismo de acLvación viable por medio de la cláusula de Condiciones Diferentes in Situ (CDS) y culminando con el uso del Informe Básico de Geotecnia (IBG) y el Informe de Datos de Geotecnia (IDG) Asignación /distribución del riesgo La distribución del riesgo entre cliente y contraLsta tendrá una relación directa con la conLngencia del contraLsta como parte de su propuesta. Es importante tener un mecanismo de distribución del riesgo que sea amable y equitaLvo y que pueda consLtuir una conLngencia razonable para el contraLsta y una reserva de fondos suficiente, de parte del cliente, para poder manejar las condiciones imprevistas. Con\ngencia del Contra\sta /Reserva del cliente Con un formato apropiado del contrato y una equitaLva distribución de riesgos entre el cliente y el contraLsta, se verá reducida la conLngencia del contraLsta, que es parte del precio de la propuesta. De igual manera, la reserva del cliente será usada sólo si se encuentran ciertas condiciones, lo que resulta, sobretodo, en menores costos para el cliente.
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
4. Manejo de Riesgos en Túneles 4.4. Manejo Contractual de Riesgos
Los siguientes procesos mejoran las prácLcas de contratación en túneles. Precalificación de los contra\stas Esto involucra la calificación técnica y financiera de los potenciales proponentes para asegurar su capacidad para desarrollar el trabajo de manera efecLva y económica, así como con una gran calidad. Comité de solución de controversias – Panel de Expertos El proceso para la solución de controversias ha sido empleado en ciertas áreas de la industria de la túneles por muchos años. En este proceso se escoge un comité de miembros independientes, experimentados e imparciales para oír y resolver las controversias. Cláusula para condiciones diferentes en el si\o La cláusula para las condiciones diferentes en el siLo (CDS) se establece como una medida para distribuir el riesgo entre el cliente y el contraLsta en relación a las condiciones del terreno. A cambio de propuestas económicas más bajas, el cliente asume una parte del riesgo debido a las condiciones del terreno. Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
4. Manejo de Riesgos en Túneles 4.4. Manejo Contractual de Riesgos
Documentos en garanea de la propuesta En este proceso los documentos que componen la oferta del contraLsta seleccionado son depositados en garan_a, es decir, mantenidos en confidencialidad por un tercero, y facturados sólo contra el cumplimiento de una condición.. Asociación En los úlLmos años se ha introducido en los contratos de túneles cláusulas de asociación. La meta de este proceso es minimizar las disputas y prevenir que ellas se crezcan en Lempo y valor resolviéndolas al nivel más bajo posible dentro de la organización del proyecto. Con el ánimo de establecer una relación gana-‐gana entre los parLcipantes del proyecto, se debe incluir al cliente, al contraLsta, al interventor y al director de la construcción. Ingeniería de valor Para esLmular aproximaciones innovadoras dentro de las limitaciones de los requerimientos contractuales, los clientes Lenden a incluir una cláusula de ingeniería de valor dentro del contrato, flexibilizando los criterios de diseño en aquellos siLos no críLcos o cumpliendo la intención de un diseño más eficiente mediante aproximaciones creaLvas que promuevan una mayor eficiencia de la obra. Los ahorros alcanzados por la ingeniería de valor se distribuyen entre el cliente y el contraLsta. Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
4. Manejo de Riesgos en Túneles 4.4. Manejo Contractual de Riesgos
Presentación de toda la geotecnia Una presentación completa de la información geotécnica reduce el riesgo tanto para el cliente como para el contraLsta y, de paso, los costos del proyecto. Por esta razón es importante que los clientes inviertan en un programa geológico, hidrogeológico y geotécnico exhausLvo. La información debe incluirse en los documentos del contrato. La intención de la presentación de la información geotécnica es la de reparLr y asignar los riesgos de construcción, entre el cliente y el contraLsta. El Informe de Datos Geotécnicos (IDG) conLene todos los datos primarios. En el Informe Resumido del Diseño Geotécnico (IRDG) debe mostrarse la interpretación que hace el ingeniero de diseño de los datos, el comportamiento anLcipado del terreno, y la idenLficación de las condiciones que afectan el diseño y que pueden impactar en la construcción. El Informe Básico de Geotecnia (IBG) establece cuanLtaLvamente los valores de las condiciones, seleccionadas anLcipadamente, que Lenen gran impacto en la construcción. Estos valores se establecen a través de interpretaciones técnicas de los datos y consideraciones financieras de la distribución y asignación del riesgo.
Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
5. Conclusiones 1.
Para el diseño y construcción de túneles los estudios geológicos, geotécnicos e hidrogeológicos deben ser exhaus\vos para controlar y disminuir los riesgos de construcción, de sobrecostos y de mayores plazos de ejecución.
2.
La información de los estudios y diseños debe ser parte del contrato. El Contrato debe permi\r flexibilidad para las condiciones cambiantes del terreno.
3.
La experiencia del constructor, la par\cipación de ingenieros especialistas del cliente y la interventoria determina la capacidad de tomar decisiones rápidas, para un construcción segura y económica. Diseño y construcción de túneles, Bogotá Marzo 12 de 2014
CONDICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE TUNELES
Bogotá, 12 de Marzo, 2014
HECTOR SALAZAR BONILLA INGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D. EN TUNELES CELULAR: 321 – 4294550 CORREO:
[email protected] www.geoandina.net