XII CONGRESSO BRASILEIRO DE MECÂNICA DOS SOLOS E ENGENHARIA GEOTÉCNICA
EL CONTROL TÉCNICO DE LAS OBRAS DE AMPLIACIÓN DE LA
INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA DEL METRO DE MADRID.
LA UNIDAD DE SEGUIMIENTO, AUSCULTACIÓN Y CONTROL (USAC)
Manuel J. Melis 1; Ildefonso de Matías2, Pedro J. Romo3, & Jesús Sanz Jiménez 3
RESUMO:
Um dos fatores principias para o sucesso das obras de Ampliação do Metrô de Madrid é sem sombra de dúvidas
a rapidez ao tomar decisões e que vem permitindo reduções nos custos e prazos sem prejudicar em absoluto a segurança
na execução dos trabalhos.
Para viabilizar a rapidez no processo decisivo, do ponto de vista técnico, é necessário contar com um sistema de
informação eficaz que relacione todos os fatores que podem ser cruciais durante o decorrer das obras e que permita
transmitir esta informação a todos que a necessitem e no momento que necessitem. Além disso é preciso desenvolver
modelos de previsão de comportamento dos túneis e seu entorno para antecipar-se aos possíveis problemas que possam
afetar o bom desempenho das obras, assim como a realização de análises dos resultados que permitam a calibração de
tais modelos.
O desenvolvimento deste trabalho foi levado a cabo mediante a criação da “Unidad de Seguimiento,
Auscultación y Control” (USAC), formada por uma equipe multidisciplinar de engenheiros, geólogos, topógrafos,
informáticos, etc, que se encarregaram da compilação, seguimento e análise de todos os aspectos técnicos anteriormente
citados. Neste artigo se descreve a organização, funções e resultados obtidos pela Unidade, assim como o software
informático especialmente desenvolvido para a manipulação e análises de dados pelos engenheiros da USAC. Também
se analiza a relação da Unidade com as obras para a recepção e fornecimento dos dados.
Palavras-Chave – monitoração, controle, tratamento de dados, modelos de previsão
ABSTRACT:
One of the principal factors in the success of the extension to the Madrid Metro has been, without a doubt, been
the speed with which decisions have been taken, which has permitted the minimization of the cost and duration of the
contracts without jeopardizing in any way the overall safety of the works.
To make this rapid decision making possible, from a technical point of view, it is necessary to have a highly efficient
information system relating to all of the factors that may be crucial during the undertaking of the works, and which
transmits this information to all who need it in the moment they need it. However, in addition it is necessary to develop
predictive models for the behaviour of the tunnels and their surroundings to be able to anticipate possible problems
before they can affect the development of the civil works, as well as the undertaking of the relevant analyses of the
results obtained to allow the calibration of the predictive models,.
The development of this work has been undertaken by the creation of a Control Monitoring Unit (USAC), formed from
a multidisciplinary team including engineers, geologists, surveyors and programmers which has been charged with the
compilation, tracking and analysis of all of the aforementioned technical aspects. The present article describes the
organization, functions and results obtained by the USAC, as well as the specially developed computer programme for
the manipulation of data and its analysis on the part of the engineers of the USAC. Additionally, the relationship
between the USAC and the contracts relating to the reception and provision of data is examined.
Keywords: Monitoring, control, data processing, predictive models
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Director General de Infraestructuras del Transporte, Comunidad de Madrid, Spain
Coordinador de la Ampliación de Metro con la Comunidad de Madrid., Metro de Madrid, Spain.
3
GEOCISA, Geotecnia y Cimientos, S.A., Madrid, Spain
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INTRODUCCIÓN
En el periodo 1995-1999, la Dirección General de Infraestructuras del Transporte de la Comunidad de Madrid,
acometió la construcción de 38 km. de túnel y 34 estaciones, en 40 meses.
Para la consecución de una obra de tal envergadura, se establecieron unas premisas de partida que se pueden resumir en
los siguiente principios básicos: Elección de métodos constructivos seguros para los trabajadores en el túnel; máxima
seguridad en los edificios y estructuras cercanas al túnel; priorizar la seguridad, frente al coste y plazo y sobre todo, un
fuerte apoyo geotécnico. Para el cumplimiento de estas premisas, la Geotecnia o Mecánica del Suelo, jugaba un factor
decisivo en el éxito del proyecto, para lo cual no solo bastaba con una cuidadosa selección de los consultores
proyectistas y de los contratistas constructores, sino que junto al equipo director formado por los ingenieros de la
Comunidad de Madrid, se consideraba indiscutible el apoyo técnico de la Universidad, asesorando permanentemente en
el desarrollo de los trabajos. Por este motivo se contó con la colaboración permanente en la Dirección de los trabajos
con los Profesores Drs. Ingenieros de Caminos, Carlos Oteo Mazo y José María Rodríguez Ortiz, ambos con más de
treinta años de experiencia en construcción de túneles en suelos blandos, dotándoles de una herramienta de trabajo
imprescindible para el Control y Seguimiento de la ejecución de los trabajos subterráneos, la Unidad de Seguimiento,
Auscultación y Control.
OBJETIVOS
Para el control de los 93 km. de túnel y las 74 estaciones, durante las ampliaciones del Metro de Madrid en los
periodos 1995-1999 y 1999-2003 (Fig. 1), con las obras repartidas en diferentes puntos dentro del casco urbano de
Madrid, con diferentes contratistas constructores y diferentes subcontratistas dedicados a la auscultación de las obras,
era necesario unificar criterios y homogeneizar sistemas de captación y tratamiento de datos, para su posterior manejo
por sus destinatarios, a la vez que se contase con un centro donde disponer de una información directa en tiempo casi
real, conocer el estado de las obras, conocer el comportamiento de los sostenimientos y terreno circundante, así como la
afección de las obras en los edificios cercanos, por estos motivos se crea la Unidad de Seguimiento, Auscultación y
Control.
La Unidad de Seguimiento, Auscultación y Control nace como sistema de control de los trabajos subterráneos,
permitiendo conocer en detalle y con la máxima precisión, la influencia de la excavación de túneles en los edificios y
estructuras cercanas, permitiendo detectar los problemas que pudieran aparecer así como el estudio de las posibles
soluciones, con tiempo suficiente para ponerlas en práctica.
(Fig. 1- Plano Ampliaciones del Metro de Madrid, 1995-1999 y 1999 –2003)
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ESTRUCTURA DE LA UNIDAD
La unidad, al servicio de la Dirección General de Infraestructuras del Transporte de la Comunidad de Madrid,
integra bajo la dirección de D. Ildefonso de Matías Jiménez, Coordinador de la Ampliación de Metro con la Comunidad
de Madrid y el asesoramiento técnico de los profesores D. Carlos Oteo Mazo y D. José María Rodríguez Ortiz, tres
departamentos: Oficina técnica, Operaciones en obra y Laboratorio de suelos. (Fig. 2).
COMITÉ DE DIRECCIÓN
DIRECCIÓN GENERAL
DE INFRAESTRUCTURAS DEL TRANSPORTE
ASESORES
ESPECIALIZADOS
UNIDAD DE SEGUIMIENTO,
AUSCULTACIÓN Y CONTROL
OPERACIONES EN
OBRA
OFICINA TÉCNICA
LABORATORIO DE
SUELOS
(Fig. 2- Organigrama USAC )
Funciones de los Asesores especializados:
- Asesoramiento durante el proyecto y la ejecución
- Modelos teóricos túnel-terreno
- Sistemas de instrumentación
- Seguimiento y comparación con los modelos
- Medidas correctoras en túnel, terreno o estructuras
- Aprovechamiento de la experiencia para futuras ampliaciones.
Funciones de la Oficina Técnica:
- Recogida y gestión de datos de las obras
- Diseño y seguimiento de la instrumentación
- Modelos de control
- Niveles de riesgo
- Decisiones técnicas para las obras
Funciones del Laboratorio de suelos:
- Ensayos in situ
- Ensayos singulares de los materiales excavados y en sondeos de reconocimiento
- Caracterización geotécnica de los suelos
- Ensayos especiales: Modelización
Funciones de las Operaciones en Obra:
- Instalación y seguimiento de la instrumentación singular
- Supervisión y comprobación de la instalación y mediciones de la instrumentación convencional
SISTEMA DE AUSCULTACIÓN INTEGRADO
Uno de los principales problemas al poner en marcha una Unidad de estas características, es la complejidad de
manejo de un gran volumen de datos, generados diariamente en las obras. Como dato ilustrativo tan solo en la
ampliación 1995–1999 se registraron más de 50 millones de datos, al final de las obras.
Para poder explotar la gran cantidad de información generada, se estudió la posibilidad de usar un Sistema de
Información Geográfica (GIS), conectado a distintas bases de datos, pero esta solución se rechazó finalmente debido a
las limitaciones que se planteaban a la hora de relacionar estas, con complejas las aplicaciones matemáticas, necesarias
para el normal desarrollo de los trabajos de análisis e interpretación de resultados.
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Finalmente, los ingenieros de la Unidad, decidieron desarrollar el software, dentro de un entorno orientado al manejo
relacional de bases de datos, capaz de integrar toda aquella información geográfica necesaria con una presentación
amigable para el usuario.
El sistema desarrollado permite el almacenamiento y rápido acceso a prácticamente cualquier tipo de
información que se desee, como datos numéricos (con posibilidad de exportarse a cualquier formato de uso habitual),
planos de proyecto, información geotécnica, fotografías, informes, datos técnicos sobre edificios o estructuras cercanas
o cualquier tipo de información procedente de las obras, y todo esto mediante un sistema de consultas programadas de
relación de las bases de datos bajo un entorno gráfico similar al que presenta un Sistema de Información Geográfica.
A partir de los planos de diseño de las distintas obras, el sistema permite visualizar con el nivel de detalle que se
desee, todos aquellos elementos contenidos en los mismos, (fig.3), con tan solo cambiar la escala de presentación en
pantalla. De igual forma el usuario puede desplazarse rápidamente a lo largo del trazado, medir distancias o calcular
áreas.
(Fig. 3 Plano Ampliaciones del Metro de Madrid, 1995-1999 y 1999 –2003)
El trazado está representado por segmentos paralelos, transversales al eje del trazado, colocados a una distancia
mínima de 1,5 m. equivalente a la distancia entre centros geométricos de dos anillos colocados con tuneladora en el
metro de Madrid, sin embargo esta distancia es definida inicialmente por el usuario, en función de las características
intrínsecas de la obra. Cada segmento va asociado a un punto kilométrico (P.K.) del trazado, pudiendo acceder a toda la
información en el contenida, al ser seleccionado dicho segmento con el cursor. Así mismo cada segmento lleva asociado
un código de colores, que cambia automáticamente en función del avance de las obras, siendo fácilmente identificable si
es una zona construida, en construcción o por construir, y en función del método constructivo empleado, teniendo en
cada momento una total información visual tanto del desarrollo de las obras, como de los distintos procedimientos
constructivos empleados en cada zona.
Cada elemento estructural perteneciente a las obras, que aporte algún tipo de interés a los ingenieros geotécnicos
de la Unidad, como pantallas, pilotes, anillos prefabricados de hormigón, , o avances de túnel por cualquier método
constructivo son reflejados en sobre plano de forma sensible, pudiendo acceder con una pulsación de cursor a la
información referente al mismo, como datos geométricos, fecha de ejecución, coordenadas reales, detalles de armado,
etc.
De igual forma que los elementos anteriores, cada instrumento colocado tanto en el terreno, túnel, o
edificaciones cercanas es visualizado en pantalla en su ubicación real. A cada tipo de instrumento colocado en obra se le
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asigna un símbolo representativo, para su rápida identificación, pudiendo también ser seleccionado con el cursor para el
acceso a la información en el contenida.
Uno de los principales aspectos dentro del control técnico y de seguridad de las obras, es la propiedad de cada
instrumento de cambiar de color, en función de las lecturas registradas, de forma que se permite una rápida
identificación de cuando un instrumento está reflejando movimientos superiores a los previamente establecidos como
admisibles, permitiendo al usuario, un eficaz sistema de comprobación de la evolución del estado de las obras así como
de los movimientos registrados en sus inmediaciones.
El sistema no se limita exclusivamente a mostrar la información en el almacenada, sino que permite al usuario
sacar el máximo partido de la misma, al ofrecer la posibilidad de generar, mediante una serie de consultas programadas,
estadísticas, gráficos de rendimiento de los avances de las obras, gráficos de evolución en el tiempo de los distintos
instrumentos, así como respecto al avance del frente, estimación de predicciones de movimientos o comparativas entre
movimientos reales y teóricos (Fig. 5), así como cualquier otra aplicación cuyo desarrollo se plantee en el transcurso de
las obras.
(Fig. 5- Comparación de movimientos teórico / reales)
La instrumentación situada tanto en terreno, como en estaciones, destinada al control de empujes sobre el
revestimiento, es contemplado de igual forma, pudiendo ser analizada la evolución de los datos registrados así como su
comparación con los datos de proyecto, así como en función de las distintas fases de ejecución de las obras. (Fig. 6)
(Fig. 6- Representación de empujes teórico / reales)
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Es importante remarcar, que la flexibilidad del sistema, ha permitido que muchas de las aplicaciones
anteriormente mencionadas, no hayan sido desarrolladas por programadores especializados, sino por los propios
ingenieros de la Unidad, gracias a la versatilidad del sistema, gracias a la capacidad de relación entre el entorno de
programación del sistema y cualquier programa comercial bajo entorno Windows.
La actualización de la información contenida en el sistema es diariamente enviada desde las mismas obras, vía
Internet, sin embargo el sistema de introducción de datos siempre se ha considerado restringido a los técnicos de la
Unidad por motivos de seguridad.
GESTIÓN DE LOS EQUIPOS DE INSTRUMENTACIÓN
Debido a la experiencia acumulada durante la ampliación 1995 – 1999 los responsables de la Unidad
consideraron conveniente de atribuir nuevas responsabilidades al los Ingenieros de la misma durante el periodo 1999 2003, de esta forma la estructura de la misma se amplía , poniendo al servicio de los asesores geotécnicos dos nuevos
ingenieros, encargados de potenciar la presencia de los asesores a pie de obra, realizando las funciones de coordinación
entre los jefes de instrumentación de cada contrato y los asesores, proporcionando a estos una información más directa
de la instrumentación colocada en obra así como de las lecturas proporcionadas por la misma, agilizando la toma de
decisiones así como la anticipación a situaciones no deseadas.
Simultáneamente al trabajo de estos dos nuevos ingenieros y en colaboración con ellos, se ejerce desde la
jefatura de la Unidad, la gestión de los equipos de instrumentación de los diferentes contratos, centralizando la
organización de los distintos equipos de instrumentación, por el conjunto de la ampliación, en función de las
necesidades de la obra. De esta forma se ha conseguido un mayor control técnico de las obras, a la vez que se han
optimizando los recursos, reduciendo el gasto, a plena satisfacción de constructores contratistas,, subcontratistas de
auscultación y ante todo, de asesores y dirección de obra.
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