Ingeniero tunelero Versión 2.0 AJC 2014

Ingeniero tunelero es una aplicación para móviles y tabletas Android, creada por Antonio José Cano en 2014 (V 2.0). La aplicación abarca los apartados determinantes en el diseño y construcción de un túnel por métodos convencionales (ventilación, electrificación, redes de agua y aire, voladura, geotecnia, movimiento de tierras, mediciones y tiempo de ejecución). El objetivo es que el profesional que disponga de una herramienta de bolsillo pueda realizar cálculos rápidos en cualquier parte; práctica y cómoda pero sin perder funcionalidad. Y compacta, englobando en una única aplicación distintas disciplinas.

El formato de utilización es muy sencillo: en cada módulo hay una pestaña de ‘Entrada de datos’ y otra de ‘Resultados’. Algunos campos se rellenan automáticamente con valores habituales de referencia, aunque es posible modificarlos. También muchos campos cuentan con un botón informativo explicativo del mismo o con información adicional. Los resultados se mostrarán en rojo si no se cumple alguna determinada condición o si falta por meter datos, o bien no son coherentes.

Antonio José Cano es un ingeniero de minas con más de quince años de experiencia en obra subterránea. Actualmente se encuentra trabajando en un túnel de 8,5 km de longitud en la línea de Ave Madrid-Ourense.

A continuación se describirán someramente los módulos que incluye la aplicación:

Este módulo, como su nombre indica, permite crear un nuevo proyecto o bien cargar uno existente, para consulta, modificación o transmisión de informes vía email. Una vez creado y abierto un proyecto, los datos se guardarán automáticamente en el mismo, grabándose en la memoria física del dispositivo.

En este apartado, a partir de una serie de datos de entrada (maquinaria, potencia diesel, cantidad y tipo de explosivo utilizado...) se calcula el caudal de aire necesario y la potencia teórica del ventilador necesario, entre otros parámetros. El diámetro del manguerón de ventilación se calcula por tanteo (se prueban distintos valores en ‘Entrada de datos’ y se comprueban los resultados obtenidos). Además, en función del coeficiente de fugas se obtienen sendas representaciones gráficas de presión y caudal en el manguerón frente a distancia al ventilador. Estas representaciones pueden ser útiles al compararlas con las reales para determinar las fugas en dicho manguerón.

Este módulo se subdivide a su vez en dos: cableado de fuerza y cableado de iluminación.

3.1) Cableado de fuerza

Este apartado permite realizar un tanteo para determinar la sección de cable de fuerza. Se considera la disposición habitual de los equipos: un transformador o grupo electrógeno como fuente de energía, del cual parte una línea hasta el cuadro eléctrico en el frente de excavación (‘patín’), pudiendo existir un cambio de sección intermedio previo. Desde este patín parte la línea que alimenta la máquina considerada (generalmente jumbo o robot).

Aparte de la sección del cable el programa muestra las caídas de tensión en distintos puntos, así como otra serie de parámetros.

3.2) Cableado de iluminación

Similar al anterior pero relativo a la línea de alumbrado. Permite considerar el caso habitual de líneas derivadas de la principal donde se disponen las luminarias.

Este módulo se subdivide en dos: tubería de aire comprimido y tubería de agua.

4.1) Tubería de aire comprimido

Calcula el diámetro de la tubería de aire comprimido necesario para unas determinadas presiones al inicio y fin de la misma o bien la presión inicial requerida para una presión final y diámetro de tubería dados.

4.2) Tubería de agua

En este apartado hay una pestaña adicional a las habituales de ‘Entrada de datos’ y ‘Resultados’: ‘Pérdidas menores’. Esta pestaña adicional permite calcular las pérdidas menores (codos, tes, válvulas...).

Al igual que en el caso de la tubería de aire comprimido, se puede calcular el diámetro necesario de la tubería de agua para unas presiones iniciales y finales dadas o bien calcular la presión inicial necesaria con los otros dos parámetros conocidos.

Este módulo calcula el esquema de voladura y carga de explosivo en el caso del cuele de cuatro secciones. Se obtienen resultados de piedra, carga de fondo y columna, espaciamiento y número de tiros, para el cuele, zapateras, destroza y recorte.

Este módulo se subdivide en tres: clasificaciones empíricas, curvas características y cinemática de un bloque.

6.1) Clasificaciones empíricas

En función del estado de la discontinuidad principal y de la dirección del túnel se obtienen distintos RMRs, tomando como referencia el de Bieniawski 1989: RMR básico, RMR intrínseco, RMR corregido, RMR cuantía y RMR proceso. A partir de correlaciones se calculan el GSI y el Q de Barton. Por último, se incluyen las conclusiones de Bieniawski respecto a la calidad del macizo resultante, cohesión y fricción del mismo y sostenimiento recomendado.

6.2) Curvas características

Se calculan aquí las curvas características representativas del macizo rocoso y del sostenimiento, incluyendo gunita, cerchas y bulones, y se representan gráficamente.

En ‘Resultados’ también se calcula el factor de seguridad obtenido, convergencia, radio de plastificación... y diversos parámetros geomecánicos del macizo: resistencia a compresión simple y a tracción, mb, s y a (Hoek-Brown), módulo de deformación, módulo de cizalladura, módulo volumétrico, cohesión, fricción, coeficiente de Poisson y potencial de fluencia. En los botones informativos se indica la formulación utilizada.

6.3) Cinemática de un bloque

Se calcula la cuña de roca mayor que se puede formar en clave, supuesta plana, por intersección de tres familias de discontinuidades. Se consideran nulas la cohesión y fricción de las superficies de deslizamiento, así como el empuje de agua. El programa permite incluir gunita y una malla de bulones. La cuña se puede escalar simplemente introduciendo un ancho ficticio menor de túnel.

En ‘Resultados’ se obtiene el volumen, masa, altura y longitud de la cuña, y el factor de seguridad.

Se calcula el número de camiones óptimo para que el tiempo de desescombro de la pega sea el mínimo. También se indica la duración de un ciclo de camión y las toneladas totales desescombradas a la hora.

En este apartado se introducen los datos de cada sección tipo de excavación y sostenimiento (RMR, sección, longitud, tipo de excavación, longitud de pase y mediciones unitarias de gunita, bulones, cerchas y micropilotes). Una vez introducidos los datos, las secciones tipo se pueden consultar buscándolas por su nombre y la fase de excavación (completa, avance o destroza) correspondiente.

En ‘Resultados’ se muestran las mediciones (longitud, excavación, gunita, bulones, cerchas y micropilotes) para el total del túnel.

En función de los datos introducidos en el apartado anterior (‘Mediciones’) y de los rendimientos considerados para las distintas actividades que se desarrollan en un ciclo de excavación y sostenimiento, se calculan los tiempos totales y parciales de ejecución del túnel. Es de destacar que el programa muestra por defecto rendimientos medios contrastados por la experiencia.

Por último, este apartado genera un informe que incluye los cálculos realizados en los módulos seleccionados, y permite su envío a través de email.