Análisis de riesgos en la construcción de una lumbrera con el procedimiento de flotación

Mario Arturo Aguilar Téllez Tidesa Ingeniería.

Enrique Farjeat Páramo Miembro del Consejo Consultivo de la AMITOS.

Una práctica poco común en el medio de la construcción en México es realizar un análisis de riesgos enfocado en la definición de las posibles actividades, eventualidades administrativas, problemas sociales, problemas laborales, problemas técnicos y diversos factores que podrían estar asociados al diseño y construcción de una estructura subterránea; los factores indicados pueden derivar en varios riesgos para la ejecución de la estructura. En este documento se presenta como ejemplo el análisis de riesgos de una lumbrera construida con el procedimiento de flotación.

1. ANTECEDENTES

El diseño y construcción de una lumbrera mediante la técnica de flotación se puede considerar un procedimiento constructivo ingenioso pero completamente “artesanal”, ya que existen diversos factores técnicos y administrativos, e incluso eventualidades de carácter ambiental, que pueden poner en riesgo la estabilidad de la estructura y en algunos casos provocar una falla generalizada que cause daños materiales y pérdidas humanas, además de afectar las construcciones vecinas.

Un riesgo es un evento o condición incierta que, de presentarse, tiene un efecto negativo en el desarrollo de un proyecto y origina incertidumbre. De igual forma, una oportunidad es un evento o condición que, si se produce, causa un efecto positivo en la fase de un proyecto y brinda las posibilidades de éxito al gestionarse oportunamente.

La planificación de la gestión de riesgos consiste en decidir cómo enfocar, planificar y ejecutar las actividades de gestión de riesgos para un proyecto; en ello, uno de los aspectos más importantes es la identificación de los riesgos para cada uno de los componentes que integran el proyecto; determinar qué riesgos pueden afectar al proyecto y documentar sus características. La identificación de riesgos es un proceso iterativo porque se pueden descubrir nuevos riesgos a medida que el proyecto avanza; sin embargo, es importante que el ingeniero o el encargado de desarrollar el análisis de riesgos conozca y domine el procedimiento constructivo, así como los aspectos técnicos de análisis y diseño. El conocimiento de los aspectos técnicos y constructivos del proceso de construcción de la estructura permitirá identificar con mayor claridad los riesgos asociados.

La segunda fase del proceso al elaborar un análisis de riesgos es determinar la probabilidad de que suceda dicho riesgo, así como el impacto que podría representar en tiempo y costo la ocurrencia de dicho evento. Y la tercera fase de este proceso es determinar las medidas de mitigación por implementar, las cuales deben estar enfocadas en reducir el riesgo inicial, para obtener así un riesgo residual.

En este documento se presenta un ejemplo teórico-práctico del análisis de riesgos de una obra subterránea conocida como lumbrera. El análisis se realiza considerando la técnica de flotación o “lumbrera flotada” en suelos blandos, tomando en cuenta las recomendaciones emitidas por la ITA-Guidelines for Tunnelling Risk Assessment, de la International Tunnelling Association.

2. DEFINICIONES GENERALES

A partir de Guglielmetti et al. (2007), se pueden definir los principales conceptos de un análisis de riesgos:

Peligro. Situación o condición potencial que puede generar daños o lesiones al ser humano, daños a la propiedad, daños al medio ambiente, daños económicos o pérdida o retraso en la ejecución del proyecto.

Riesgo. Medida de la pérdida económica o de daños para la vida humana, resultante de la combinación entre la frecuencia de la ocurrencia y la magnitud de las pérdidas o daños (consecuencias). El riesgo está siempre asociado a la posibilidad de que ocurra un evento no deseado. Por ello, debe entenderse que el peligro es una propiedad intrínseca de una situación (persona u objeto) y que no puede controlarse o reducirse totalmente. Por lo general, el riesgo puede ser administrado actuando en la frecuencia de ocurrencia, en las consecuencias o en ambas. De esta forma, se puede expresar el riesgo como una función de esos factores.

Criterio de medición de riesgos. Expresiones cualitativas y cuantitativas para definir los niveles máximos de riesgos aceptables o tolerables para un sistema dado.

Análisis de riesgos. Es la actividad dirigida a la elaboración de una estimación (cualitativa o cuantitativa) del riesgo, basada en procesos estructurados para promover la combinación de las frecuencias y consecuencias de un accidente/incidente. El análisis de riesgos incluye la identificación de los peligros y la descripción de los riesgos, los cuales pueden ser cualitativos o cuantitativos.

Evaluación de riesgos. Análisis integrado de riesgos inherentes a un sistema o un proyecto y su importancia en un contexto apropiado. Es decir, análisis de riesgos más evaluación de riesgos.

Eliminación de riesgos. Acción o acciones para prevenir que el riesgo se presente.

Reporte de riesgos (Evaluación). Comparación de los resultados del análisis de riesgos, con un criterio de aceptación de riesgos u otro criterio de decisión.

Medidas de mitigación del riesgo. Acción o acciones para reducir las consecuencias o frecuencia de ocurrencia de un riesgo.

Las acciones que deben tomarse para cada riesgo dependen en gran parte de cómo se clasifiquen los riesgos. A continuación, un ejemplo de dichas acciones:

Inaceptable: El riesgo deberá reducirse por lo menos a “Potencialmente aceptable” (no deseado) haciendo caso omiso de los costos que represente la mitigación del riesgo.

Potencialmente aceptable: Las medidas de mitigación del riesgo serán identificadas. Las medidas se implementarán siempre que los costos no sean desproporcionados en relación con la reducción obtenida.

Aceptable: El riesgo se manejará a lo largo del proyecto. No se requiere considerar mitigación del riesgo.

En la práctica, el grado de riesgo asociado con una probabilidad (P) de impacto (I) está valuado, y este valor puede calcularse como el producto de la probabilidad y el índice de severidad (o impacto) como un porcentaje del valor máximo convencional, definiendo el “nivel de riesgo inicial” (véase figura 2).

De manera cualitativa, la escala de calificación de probabilidad e impacto del evento es la siguiente:

Por definición, el riesgo (R) es definido por el producto de la probabilidad (P) y el impacto (I), R = (P) (I). De acuerdo con lo indicado en la tabla 2, el impacto total se obtiene mediante la suma I = I (C1) + I (C2) + I (C3). En la figura 3 se presenta la matriz de riesgo y el criterio de aceptación.

3. DEFINICIONES GENERALES

Una lumbrera o pozo de acceso, como también se le conoce en América Latina, es una obra subterránea que permite tener acceso al túnel; sus funciones principales durante la construcción del túnel pueden ser el armado de un equipo tunelador o ser una estructura de servicio por medio de la cual se suministre al túnel ventilación, agua, materiales, dovelas, energía eléctrica, etc. Durante la operación del túnel, las lumbreras pueden servir para realizar inspecciones o mantenimiento al túnel. Existen diversos procedimientos constructivos que pueden emplearse en la construcción de una lumbrera; la selección del procedimiento constructivo está en función principalmente de las condiciones geotécnicas-geológicas del sitio de la obra, y puede ser materia de otro documento. Sin embargo, en el Valle de México, un procedimiento constructivo recurrente para la construcción de lumbreras en suelos blandos en la denominada Zona del Lago, integrada principalmente por arcillas blandas con un contenido de agua alto (w >300%), baja resistencia al corte (Su<0.02 Mpa) y alta compresibilidad es el conocido como “lumbrera flotada o de flotación”. La técnica de lumbrera flotada fue desarrollada por los ingenieros mexicanos Jorge Cravioto y Abel Villareal en el decenio de 1960 (AMITOS, 1986).

El procedimiento constructivo toma como base el principio de Arquímedes, el cual indica que “todo cuerpo sumergido dentro de un fluido experimenta una fuerza ascendente llamada empuje, equivalente al peso del fluido desalojado por el cuerpo”. Por ello, esta técnica constructiva considera realizar como primera etapa la excavación total para alojar la estructura de concreto que será construida por etapas en superficie. La excavación previa se estabiliza con un fluido estabilizador, por ejemplo lodo bentonítico, que permita estabilizar las paredes y el fondo de la excavación (Moreno, 1991).

Alcanzado el nivel máximo de excavación, se procede a colocar en superficie un tanque metálico que servirá de cimbra para la construcción de la lumbrera por etapas; el proceso inicia con la construcción de la losa de fondo y posteriormente se continúa con la construcción de los muros. El análisis de inmersión y flotación debe considerar el peso del tramo de la estructura construida de la lumbrera y compararlo con el volumen de fluido por extraer (ecuación 1, Tamez et al., 2007).

En resumen, el proceso constructivo de una lumbrera flotada se puede plantear en las siguientes actividades:

Levantamiento topográfico de detalle.

Excavación previa y estabilización con la colocación simultánea del fluido estabilizador en su interior.

Fabricación, habilitado y colocación de tanque metálico.

Construcción de losa de fondo y muros de concreto de la lumbrera por tramos, proceso de inmersión y flotación de la estructura. Por lo general, los avances de construcción se ejecutan en tramos con longitud de 2.40 m.

Una vez alcanzado el nivel de excavación que indica el proyecto, se procede a inyectar con lechada cemento-arena el espacio anular que se presenta entre el perímetro de la excavación y la cara exterior de la estructura de concreto, incluyendo el tanque metálico de flotación. Esta inyección debe colocarse iniciando en la parte inferior de la excavación hacia la superficie, y deberá hacerse de manera uniforme para evitar excentricidades no deseadas.

Construcción de brocal definitivo.

En la tabla 3 se presenta un resumen de los principales riesgos asociados a cada una de las actividades descritas. El análisis de riesgos de cualquier estructura debe llevarse a cabo con la intervención de todas las áreas que participan en la obra: ingeniería, construcción, supervisión, control de calidad, fletes, jurídica, maquinaria, procuración, etc., con la finalidad de identificar la mayor cantidad de riesgos asociados con el proceso constructivo. Los riesgos que se indican en la tabla 3 son referenciales y tienen como principal objetivo ejemplificar los principales riesgos asociados al proceso constructivo de una lumbrera flotada.

4. EJEMPLO: ANÁLISIS DE RIESGOS EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA LUMBRERA CON EL PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO DE FLOTACIÓN

En las tablas 4 a 6 se presenta, a manera de ejemplo teórico-práctico, un análisis de riesgos asociado al procedimiento constructivo de lumbreras flotadas, considerando tanto aspectos de diseño como constructivos.

5. CONCLUSIONES

El análisis de riesgos de cualquier obra subterránea por diseñar o construir debe ser realizado de manera oportuna, previa al inicio de la construcción, preferentemente durante la etapa de planeación del proyecto, con objeto de identificar los riesgos asociados al proceso constructivo por aplicar y de esta forma definir las acciones de mitigación por implementar y disminuir el riesgo tanto durante la fase de construcción como en la fase de operación del proyecto.

Como se aprecia en las tablas 4 a 6, el proceso constructivo de una lumbrera con la técnica de lumbrera flotada representa un procedimiento de riesgo alto, toda vez que su ejecución requiere personal altamente calificado con experiencia en el diseño y ejecución de este tipo de proceso constructivo, así como contar de manera continua con apoyo de topografía especializada y control de calidad que permitan garantizar la seguridad y calidad de las distintas etapas constructivas. El contar con información de geotecnia, geología y piezometría del sitio será una valiosa herramienta para mitigar los riesgos constructivos.

De acuerdo con los resultados del análisis de riesgos presentado en las tablas 4 a 6 de este documento, existen algunos casos donde el riesgo inicial obtenido es “Inaceptable” (casilla indicada en color rojo), pero aplicando las medidas de mitigación se obtiene un riesgo residual “Potencialmente aceptable” (casilla indicada en color amarillo); esto significa que, aun cuando se apliquen las medidas de mitigación, no se alcanza a obtener un riesgo “Aceptable” (casilla indicada en color verde); esta condición no pone en riesgo la estabilidad ni la seguridad de la estructura, ni significa que la aplicación del procedimiento no sea posible; la interpretación de estos escenarios puede enfocarse en tomar en cuenta en el análisis y gestión de riesgos que dicha actividad conlleva un nivel de riesgo que amerita atención, seguimiento y monitoreo especial durante la ejecución de los trabajos.

En los casos donde se reportó un nivel de riesgos “Inaceptable”, y luego de la implementación de las medidas de mitigación se obtiene un nivel de riesgos “Aceptable”, significa que las medidas de mitigación son las adecuadas y necesarias para asegurar la seguridad y calidad de la obra. Hay que aceptar siempre la existencia de un riesgo residual, cuya desaparición hace necesario un análisis costo-beneficio, con la finalidad de decidir si desde el punto de vista económico se justifica la inversión.

Una cuarta fase del análisis de riesgos puede estar enfocada en definir la valorización de cada una de las medidas de mitigación identificadas. Esta valoración debe realizarse para obtener el importe total de la implementación de las medidas de mitigación, así como el tiempo necesario para su implementación.

El análisis de riesgos es una herramienta de ingeniería sumamente importante, pero se recomienda que sea desarrollada en todas las áreas que participan en el proyecto por personal calificado y con experiencia, tanto en diseño como en el procedimiento constructivo por aplicar

Referencias

Asociación Mexicana de Ingeniería de Túneles y Obras Subterráneas, AMITOS (1986). Los túneles perforados en las arcillas blandas de la Ciudad de México. Mesa Redonda.

Guglielmetti, V., et al. (2007). Mechanized tunnelling in urban areas, design methodology and construction control.

Moreno, A. (1991). Lumbreras y túneles en suelos. Experiencias innovadoras en la ingeniería mexicana (Shaft and tunnels in soils. Innovative experiences in Mexican engineering). Trabajo de admisión ante la Academia Mexicana de Ingeniería.


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