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3er Simposio Internacional sobre túneles y lumbreras en suelos y roca

1 ANTECEDENTES

La Autopista Urbana Poniente (Supervía) fue concebida con dos propósitos fundamentales: a) encausar el flujo vehicular entre la zona de Santa Fe y la Av. Luis Cabrera al sur de la ciudad y b) dotar a la zona sur-poniente de la ciudad de México con una vialidad oriente-poniente congruente con su enorme desarrollo habitacional. Esta vía además tendrá el efecto benéfico de aliviar los congestionamientos en la Av. de los Constituyentes y del Paseo de la Reforma, ya que representa una salida mucho más viable para aquellos vehículos que se dirigen hacia el sur de la ciudad, los cuales anteriormente en su mayoría bajaban por los Puentes de los Poetas para posteriormente incorporarse a Avenida de las Águilas hasta llegar a la Rómulo Ofarril para finalmente conectar con el Periférico.

Esta vía está conformada por cinco puentes y cinco túneles los cuales permiten salvar una serie de barrancas y lomeríos de las formaciones volcánicas del poniente; inicia en donde terminan los puentes de los poetas para seguir en cortes y terraplenes a través del bosque de Tarango hasta llegar al Puente 1 el cual atraviesa la barranca de Tarango; al salir de este puente de inmediato se encuentra el Túnel 1 “Las Águilas”, denominado de esta forma ya que pasa por debajo de la avenida con este nombre; posterior al túnel 1 en unos cuantos metros inicia el Puente 2 el cual cruza una barranca para llegar al portal del Túnel 2 “Desierto de los Leones”, nombrado así

porque pasa por debajo de Avenida Desierto de los Leones; luego se encuentra el Puente 3 que permite el paso por encima de una segunda barranca; posteriormente está el Túnel 3 (Falso) llamado “Las Torres” ya que permite librar la avenida que se nombra de esta manera; enseguida tenemos el Puente 4 el cual libra otra barranca para desembocar en el Túnel 4 “La Loma” ya que pasa por debajo del parque ecológico con este nombre; finalmente el Puente 5 y el Túnel 5 “Luis Cabrera”, siendo el primero la estructura que permite librar la barranca la Malinche y el segundo el que desemboca en la avenida Luis Cabrera.

2 INTRODUCCIÓN

De los cinco túneles que integran el proyecto, estos se dividen de la siguiente forma: a) tres de ellos de tipo convencional excavados con “rippers”, fresadoras y martillos neumáticos, b) uno con la técnica de tubos hincados horizontalmente con martillos neumáticos, para no interrumpir el tráfico vehicular y c) uno falso construido con la técnica “cut and cover”. A continuación se describirá su procedimiento de análisis, así como su procedimiento de construcción.

Ciudad de México, 7 y 8 de noviembre de 2013

Diseño y construcción de los 5 túneles de la Autopista Urbana PonienteDesign and construction of the five tunnels of the Autopista Urbana Poniente

Bermúdez E., TGC Geotecnia S.A. de C.V.Santoyo E., TGC Geotecnia S.A. de C.V.

Segovia J. A., TGC Geotecnia S.A. de C.V.

RESUMEN: La Autopista Urbana Norte fue concebida con dos propósitos fundamentales: a) encausar el flujo vehicular entre la zona de Santa Fe y la Av. Luis Cabrera al sur de la ciudad y b) dotar a la zona sur-poniente de la ciudad de México con una vialidad oriente-poniente congruente con su enorme desarrollo habitacional. Esta vía además tendrá el efecto benéfico de aliviar los congestionamientos en la Av. de los Constituyentes y del Paseo de la Reforma. La Autopista está integrada con cinco túneles que salvan barrancas y lomeríos de las formaciones volcánicas del poniente: a) tres de ellos de tipo convencional y fueron excavados con “rippers”, fresadoras y martillos neumáticos, b) uno con la técnica de tubos hincados horizontalmente con martillos neumáticos, para cruzar la Av. Las Águilas sin interrumpir el tráfico vehicular y c) uno con la técnica de cut and cover. En el artículo se presentan las premisas fundamentales de diseño, así como los diferentes procedimientos constructivos empleados durante su ejecución.

ABSTRACT: The Autopista Urbana Norte was designed with two main purposes: a) lead the traffic flow between the Santa Fe area and Avenida Luis Cabrera al the south of the city and b) give the south-west of the Mexico City an east-west road consistent with its huge housing development. This route also will have the beneficial effect of relieving congestion in the Avenida de los Constituyentes and Paseo de la Reforma. The Highway is integrated with five tunnels saving canyons and ridges of volcanic formations: a) three of them were excavated conventional type with "rippers", rotary drum cutters and jackhammers, b) one with horizontal driven steel tubes, to cross under the Avenida Las Aguilas without disrupting vehicular traffic and c) one with the cut and cover technique. This paper presents the fundamental premises of design and different construction procedures during the construction of the tunnels.

Diseño y construcción de los 5 túneles de la Autopista Urbana Poniente

3 TÚNEL 1 “LAS ÁGUILAS”

Este túnel pasa por debajo de la Avenida Las Águilas, la cual por su importancia como vía de llegada y salida de la zona de Santa Fe hacia el sur de la Ciudad no podía ser interrumpida, factor que llevó a la decisión de utilizar una técnica de construcción que cumpliera con esta restricción eligiéndose la del hincado de tubos de acero mediante martillos neumáticos. Las dimensiones de este túnel son de 28 m de largo por 26 m de galibo interior, sección que permite alojar 3 carriles por cada sentido. Está compuesto por un ademe de tubos metálicos de 60 cm de diámetro con un espesor de cédula 40 con su eje paralelo al de la vialidad, dispuestos uno enseguida del otro sin dejar huecos entre ellos; estos fueron soportados por 19 marcos de acero transversales a la vialidad, formados por 3 columnas, 2 trabes y 2 puntales, todos ellos de tres placas con uniones soldadas; la distancia entre marcos es de 1.5m, los cuales se soportaron temporalmente en zapatas corridas; una vez que se tenían instalados dos marcos, entre ellos se colaba una losa de cimentación unida mediante pernos Nelson reforzada con varillas de acero, la cual funciona como cimentación definitiva.

3.1 Estratigrafía del sitio

En el sitio donde se construyó el Túnel 1 se caracteriza por la intercalación de tobas limo arenosas con arenas pumíticas ligeramente cementadas.

3.2 Procedimiento de análisis

Para el diseño estructural tanto de los tubos como de los marcos de acero, se hizo un modelo bidimensional de análisis de un solo marco con un ancho tributario de 1.5 m, para obtener las cargas tributarias debidas a la cobertura de terreno sobre el túnel, la carga por el tránsito vehicular, y el empuje lateral del terreno utilizando la teoría de Rankine. Fig. 1. Para el dimensionamiento de la estructura, los elementos mecánicos obtenidos del análisis fueron afectados por los correspondientes factores de carga y las propiedades de los materiales por factores de resistencia.

Figura 1. Modelo de Análisis Túnel 1

3.3 Procedimiento de construcción

El procedimiento para construir este túnel consistió en hacer una excavación de aproximadamente 30 m en cada portal, la cual tuvo una profundidad que permitiera llegar hasta el nivel de hincado de los tubos superiores. Es importante mencionar que los tubos se hincaron desde ambos extremos para encontrase aproximadamente en el centro del túnel; esta acción permitió que se aumentará el rendimiento del hincado, así como también permitió reducir la desviación, tanto lateral como vertical de los tubos. Previo al hincado de los tubos se realizó una perforación de un diámetro menor al de los tubos, lo que permite disminuir la resistencia durante la maniobra de instalación. Una vez habiendo instalado los tubos superiores se continuó con la excavación para instalar los tubos laterales; el proyecto originalmente contemplaba que la totalidad de las paredes laterales estuvieran soportadas por tubos, Fig. 2, pero al observar la competencia del terreno, se optimizó el proyecto instalando únicamente 4 tubos laterales, Fig. 3, utilizando la capacidad de arqueo del suelo hacia las columnas de los marcos.

Figura 2. Configuración original de los tubos

Figura 3. Configuración optimizada de los tubos

Una vez que la excavación en la zona de los portales llegó hasta el nivel de desplante de las zapatas, se comenzó a avanzar con la excavación del núcleo del túnel, liberando espacio para instalar las trabes y posteriormente las columnas, Fig. 4. Ya que se tenía completado cada marco se procedió a realizar el siguiente avance de excavación, se continuaba la zapata temporal y se repetía el procedimiento para la instalación de las columnas y trabes; una vez completados dos marcos, en sus paredes se lanzaba concreto en toda su altura, procurando que este


Bermúdez, E. et al.

tomará la forma de un arco de manera que el terreno estuviera soportado por las columnas. Estas actividades se realizaron de manera simultánea desde ambos extremos hasta que existió una distancia de aproximadamente 6.0 m de distancia entre los frentes de excavación, uno de estos se detuvo para permitir que el otro llegara a conectar.

Finalmente se le dio un acabado a la estructura de la siguiente forma: entre los marcos en la parte superior se lanzó concreto en forma de bóveda para cubrir el acero de los tubos, Fig. 5; para proteger a las columnas contra el impacto de un vehículo se construyeron muros de concreto reforzado, Fig. 6.

Figura 4. Procedimiento de colocación de los marcos

Figura 5 Concreto lanzado entre marcos en el techo

Figura 6 Protección de columnas

3.4 Monitoreo durante la construcción

Durante la construcción del túnel se llevó a cabo un monitoreo topográfico a base de nivelaciones en superficie, a partir de las cuales se determinó que el asentamiento máximo presentado en la Avenida Las Águilas fue de 1 cm.

4 PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS DE LOS TÚNELES 2, 4 Y 5

Aquí se describe la estratigrafía encontrada en cada túnel y el procedimiento de análisis efectuado para su diseño.

4.1 Estratigrafía de los túneles 2,4 y5

A continuación se describe la estratigrafía del terreno en donde fueron construidos los túneles 2, 4 y 5.

4.1.1 Túnel 2 y 4

A lo largo del Túnel 2 se encuentran 4 unidades estratigráficas:

I. Tobas redepositadas, la cual está conformada por tobas limo arenosas o arcillo arenosas de color café rojizo o café amarillento con presencia en algunas zonas de gravas y gravillas de hasta 1” de diámetro.

II. Serie pumítica, constituida por intercalaciones de horizontes de arenas pumíticas de color blanquecino, gris y café amarillento con horizontes de limo arenoso de color café amarillento.

III. Toba inferior, el cual se trata de un depósito de tobas limo arenosas o arcillo arenosas.

IV. Lahar el cual se trata de un corriente de lodo conteniendo bloques de andesita de hasta 80 cm de diámetro empacados en una matriz arenosa de color gris en ocasiones con tonalidades rosaceas o verdosas.

V. Relleno los cuales estaban constituidos por tobas cortadas de la zona mezcladas con pedacería de ladrillo y concreto con eventuales restos de materiales de plástico.

4.2 Estratigrafía del Túnel 5

A lo largo del túnel 5 se encuentran las siguientes unidades estratigráficas:

I Arcilla de granulometría fina alterada con fragmentos de roca subangulosos.

II Limo arenoso de textura media a gruesa con fragmentos de rocas andesíticas de formas subredondeadas de 0.1 a 0,3 cm.

III. Arcilla limosa de textura fina a media con o sin fragmentos de rocas fenobalticas y andesíticas de formas subredondeadas de 0.1 a 0,2 cm.

IV Arena pumicítica de grano medio con fragmentos angulosos de pómez de 0.1 a 0.2 cm.



V. Arenas, limos, arcillas y arenas pumicíticas que constituyen una matriz donde están incluidos rocas andesíticas y riolíticas de formas angulosas de 5 cm a 1.20 m de longitud (Lahar).

VI. Toba vítrea compacta de textura arenosa de grano fino a medio con fenobasaltos oscuros de 0.01 a 0.02 cm.

Las más importantes fueron las unidades IV y V por su frecuencia tanto en el frente de excavación como en la clave.

4.3 Análisis túnel 2

El análisis de estabilidad del túnel y determinar posibles deformaciones tanto en la clave como en la superficie, así como el factor de seguridad general, se empleó el método de diferencias finitas empleando el programa FLAC, en el cual se construyeron dos modelos tridimensionales en los cuales se simuló el procedimiento de construcción; el primero con una escasa cobertura para representar la zona de los portales y el segundo con una mayor cobertura para modelar las zonas hacia el centro del túnel. A partir de este análisis se determinaron los avances de excavación y el tipo de sostenimiento adecuado para cada zona.

4.4 Análisis túnel 4 y 5

Para realizar el análisis de estabilidad, definir el procedimiento constructivo y determinar los avances de excavación que cumplieran con factores de seguridad adecuados, se utilizaron dos métodos; el primero de estados límites mediante un modelo bidimensional. A continuación se describe el análisis de estado límite.

El método de análisis de la estabilidad empleado se basa en un mecanismo de falla simplificado obtenido a partir de la observación y estudio de fallas ocurridas en la práctica de la construcción, así como en modelos de laboratorio, Ref. 1, el cual está formado por tres prismas, Fig. 12:

- Prisma 1. Se forma adelante del frente y tiene la forma triangular de una cuña de Coulomb.

- Prisma 2. Es rectangular y se apoya sobre la cuña del frente.

- Prisma 3. Es rectangular y se localiza sobre la clave de la zona excavada sin soporte.

Figura 12. Bloques de mecanismo de falla

El factor de seguridad de la estabilidad general es función de diversos factores, como son:

a) la profundidad de la clave del túnel (H).

b) el ancho y la altura de la sección excavada (D y A).

c) la longitud de avance sin soporte (a).

d) el peso volumétrico y parámetros de resistencia al corte del suelo (, c y ).

e) la sobrecarga superficial y la presión interior en el túnel (qs, pf y pa).

En los túneles de la Supervía Poniente, los suelos se caracterizan como cohesivo-friccionantes, en los que la resistencia al corte es una función del esfuerzo normal al plano de falla.

En el equilibrio de este mecanismo de falla del frente intervienen las siguientes fuerzas (ver Fig. 13):

a) Las fuerzas actuantes. Por una parte las fuerzas internas, dadas por los pesos de los prismas que tienden a producir el movimiento descendente del conjunto. Por otra, las fuerzas externas, que pueden o no estar presentes, como: la sobrecarga superficial producida por el peso de estructuras existentes en la superficie del terreno o por el tránsito de vehículos, así como en ocasiones las presiones interiores ejercidas sobre el frente y la clave, aplicadas por aire comprimido o por escudos de frente presurizado.

b) Las fuerzas resistentes. Son derivadas de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y se desarrollan en las caras de los prismas rectangulares y en el prisma triangular, al desplazarse estos hacia abajo.



Figura 13 Fuerzas actuantes en el equilibrio del túnel

El análisis de estabilidad se hizo por partes según la siguiente secuencia:

a) estabilidad del frente

b) estabilidad de la clave

c) estabilidad local de la clave

d) estabilidad general

5 TÚNEL 2 “DESIERTO DE LOS LEONES”

Este túnel pasa por debajo de la Avenida Desierto de los Leones, consta de dos cuerpos, ambos con una geometría en herradura para alojar tres carriles con las siguientes dimensiones ancho 13.9 m, alto 10.45 m. Se utilizó un solo revestimiento a base de concreto lanzado con fibras de acero reforzado con marcos metálicos de dos tipos IR y TH-29 colocándose a separaciones que iban desde los 0.5 m hasta los 1.5 m, en función de la competencia del terreno; para las zonas reforzadas con marcos IR se tuvo un espesor de concreto de 40 cm y para las zonas reforzadas con marcos TH-29 se empleó un espesor de concreto de 45 cm. En las zonas de los portales se instalaron paraguas de 37 micropilotes de 4” de diámetro con una separación entre ellos de 40 cm centro a centro. El procedimiento constructivo del túnel se llevó a cabo excavando primero la media sección superior para posteriormente llevar a cabo el banqueo por lo que los marcos tenían una zapata intermedia o lo que se conoce como pata de elefante, para que estos tuvieran soporte mientras se construía la zapata definitiva, la cual fue corrida de sección rectangular, con un ancho de 1.0 m y altura variable de acuerdo con la pendiente de la vialidad del túnel, reforzada con varillas de acero, Fig. 7. En las zonas donde se instalaron paraguas de 37 enfilajes adicionalmente a las zapatas se construyó una cubeta la cual originalmente era curva pero a partir de la competencia observada del terreno se decidió hacerla plana de 45 cm de espesor, Fig. 7. En las zonas donde se tenía una cobertura de terreno suficiente y tobas

competentes se eliminaron los paraguas de micropilotes y se suprimió la losa de fondo colocando en su lugar puntales de concreto reforzados con fibras de acero las cuales estaban ligados a las zapatas mediante conectores a base de varillas de acero. Fig. 8

Figura 7 Detalles de las zapatas y losa

Figura 8 Sustitución de losa por puntales


La construcción de este túnel inicio con la excavación y tratamiento de los taludes del portal sur, posteriormente se procedió a la instalación de un primer paraguas de micropilotes de 12 m de longitud con una inclinación ascendente de 5°; una vez instalado el primer paraguas se armó y se lanzó la trabe de borde de tal forma que los micropilotes quedaran embebidos en ella. Luego se comenzó a realizar la excavación de la sección superior del túnel con un avance de 1.0 m siguiendo la forma del marco metálico, es decir incluyendo la zapata intermedia, y se realizaba la rezaga del material, después se lanzaba un sello de concreto de 5 cm de espesor reforzado con 30


Planta


kg/m3 de fibras de acero, para posteriormente colocar el marco de acero; una vez posicionado este se procedía a realizar un segundo lanzado hasta que el marco quedará casi completamente cubierto; es importante destacar que debido a que durante el lanzado se utilizaba un robot, este no podía acceder a la zona trasera del marco por la cercanía del frente de excavación por lo que se generaban huecos entre el terreno y los marcos. Una vez que se completaba el ciclo, se repetían los mismos pasos hasta haber avanzado una distancia de 9.0 m, momento en el cual se procediá a la instalación de un siguiente paraguas de micropilotes es decir se dejó un traslape de 3.0 m entre uno y otro. La excavación del otro cuerpo del túnel se inició una vez que el frente de excavación del cuerpo iniciado primero se encontrara a una distancia de 1.0 veces el diámetro del túnel es decir a 14.0 m, lo anterior con la finalidad de reducir el riesgo de una falla por la superposición de los esfuerzos de ambos cuerpos. En ambos cuerpos una vez que se había librado la zona del portal donde se tenía un escaso techo, se suprimieron los paraguas continuando con avances de excavación de 1.0 m y la colocación de marcos IR a cada 1.0 m; Fig. 9, más adelante debido a la presencia en la superficie de una estructura relativamente pesada se decidió cerrar la distancia de los marcos a 0.5 m; siendo superada esta zona, se volvió a aumentar la distancia entre marcos a 1.0 m para después debido a que el nivel de la superficie subía rápidamente y el terreno se tornaba mucho más competente cambiar de marcos IR a marcos TH-29, Fig. 10, los cuales son mucho más ligeros y manejables, los cuales inicialmente se colocaron a la misma distancia de 1.0 m para finalmente ampliarla a 1.5 m con igual distancia para los avances de excavación. Para el relleno de los huecos se instalaron mangueras para la inyección de lechada de cemento.

Figura 9 Procedimiento con marcos IR y enfilajes

Figura 10 Procedimiento con marcos TH-29

Es importante señalar que este túnel se atacó únicamente a través de un frente desde el portal sur para cada uno de los cuerpos debido a que el acceso al portal norte estuvo impedido durante mucho tiempo de manera tal que cuando se pudieron iniciar los trabajos en esta zona, el frente sur iba tan avanzado que únicamente se tuvo tiempo para estabilizar los taludes del portal e instalar un único paraguas quedando en espera que la conexión se realizara a través del frente norte. Unos metros antes de llegar a esta zona se cambió de nuevo al uso de marcos IR a cada 1.0 m de distancia junto con la colocación de paraguas de micropilotes.


Durante el proceso de construcción se instalaron 5 puntos para la medición de convergencias, Fig. 11, la distancia entre líneas fue de 10 m tomando lecturas diarias de todas ellas. Durante estas mediciones prácticamente en todo el túnel se registraron deformaciones de unos cuantos milímetros, lo cual demostró la competencia de los materiales. A nivel de superficie no se pudieron instalar puntos de control topográfico debido a la gran densidad de casas de la zona.

Figura 11. Puntos para el control de convergencias



6 TÚNEL 3 “LAS TORRES”

Este túnel que pasa por debajo de la Avenida Las Torres, originalmente fue concebido como un túnel convencional con una separación entre ambos cuerpos de 1 diámetro, aproximadamente 14 m, pero por requerimiento del proyecto vial fue necesario acercar los cuerpos lo cual significaba en términos de esfuerzos de la masa de suelo la construcción de una sola cavidad de grandes dimensiones implicando un mayor riesgo para su estabilidad, por ello se decidió la construcción de un túnel falso mediante la técnica de “cut and cover”. Las dimensiones del túnel son de 167 m de largo, 27.6 m de ancho y 10 m de alto con una losa tapa de 75 cm de espesor, la que está apoyada en tres ejes de pilas; los laterales con pilas de 1.2 m de diámetro separadas 0.65 m es decir 1.85 m centro a centro las cuales además de soportar la losa funcionan como elementos de contención del terreno, el eje central está constituido por pilas de 1.0 m separadas 0.85 m, 1.85 m centro a centro soportando únicamente la losa.

6.1 Estratigrafía del sitio

Este túnel se desarrolló en las mismas formaciones que el Túnel 2, las cuales se describieron en el punto 4.1 de este trabajo.

6.2 Procedimiento de análisis

Para el diseño estructural tanto de las columnas como de la losa, se realizaron modelos bidimensionales de análisis de un solo marco con un ancho tributario de 1.85 m, para obtener las cargas debidas al relleno sobre la losa y a los empujes del terreno los cuales fueron obtenidos a partir de la teoría de Rankine. Una vez obtenidos los elementos mecánicos estos fueron afectados por factores de carga y las propiedades de resistencia de los materiales de la estructura por factores de resistencia para realizar el dimensionamiento.


Como primera etapa se realizó la excavación hasta el nivel de desplante de la losa; a partir de este punto se comenzó la construcción de todas las pilas. Una vez que las pilas estuvieron concluidas se procedió a la colocación del acero de refuerzo tanto de las trabes cabezales como de la losa para posteriormente realizar el colado, teniendo una junta de construcción cada 30 m. Luego de que el concreto alcanzó el 70% de su resistencia se procedió a realizar la excavación por debajo de la losa. Finalmente se colocó una malla electrosoldada, se lanzó concreto y se instalaron drenes entre las pilas.


El control que se llevó durante la construcción de este túnel consistió en nivelaciones topográficas de la losa durante la etapa de excavación por debajo de esta.

7 TÚNEL 4 “LA LOMA”

Este túnel fue construido por debajo del parque ecológico “La Loma” consta de dos cuerpos que alojan dos carriles cada uno con 600 m de largo. Debido a que este túnel fue construido por dos empresas, los frentes norte se construyeron con una forma ovoide y los frentes sur se construyeron con una forma herradura. La forma ovoide tiene un ancho de 12.34 m y 8.5 m de altura, la forma herradura tiene un ancho de 11.83 y 8.45 m de altura.


Para la construcción de este túnel se emplearon dos técnicas una para los frentes norte a base de concreto lanzado, marcos joist, paraguas de micropilotes y zapatas curvas y otra para los frentes sur a base de marcos metálicos, paraguas de micropilotes y zapatas rectangulares.

7.1.1 Frentes de excavación norte

Estos frentes los trabajos comenzaron con la instalación de paraguas de micropilotes, para posteriormente iniciar la excavación de dos túneles piloto en tramos de 3m, estabilizados temporalmente con un sello de concreto lanzado reforzado con fibras, luego se construía la zapata definitiva del túnel, la cual se reforzó con varillas de acero y fue conformada con concreto lanzado, posteriormente se abrió el resto de la sección en tramos de 1 m para colocar marcos joist; este procedimiento se realizó durante los primeros 10 m; después se cambió la excavación a la media sección superior en avances que oscilaron entre los 1.0 m hasta los 2.0 m de acuerdo con las condiciones del terreno en donde una vez que se excavaba se lanzaba un sello de concreto reforzado con fibras. Conforme se realizaba cada avance de excavación se fue engrosando el espesor del recubrimiento hasta llegar a los 30 cm de espesor. Para darle estabilidad a la bóveda durante la etapa de banqueo para la construcción de las zapatas definitivas se construyeron zapatas intermedias a base de concreto lanzado reforzado con fibras. Las zapatas definitivas se fueron construyendo de manera alternada en tres bolillo; finalmente se construyó la losa de fondo. Este procedimiento se siguió hasta llegar a la conexión con los frentes provenientes del lado sur, Fig. 14



7.1.2 Frentes de excavación sur

Estos frentes los trabajos comenzaron con la instalación de paraguas de micropilotes, para posteriormente iniciar la excavación de la media sección superior en avances de 1.0 m, en cada ciclo una vez habiendo excavado se lanzaba un sello de concreto reforzado con fibras de acero, posteriormente se colocaba un marco metálico y se volvía a lanzar hasta que el marco quedara embebido casi completamente en el concreto. Una vez que se tenía un avance de excavación de 30 m se eliminaron los paraguas de micropilotes siguiendo con el ciclo de excavación colocación de marcos metálicos y lanzado de concreto. Los avances de excavación que llegaron a ser hasta de 2.5 m fueron dados en función de la resistencia al corte del terreno y de la magnitud de la cobertura sobre el túnel En la etapa de banqueo se colocaban las piernas de los marcos, es importante mencionar que para darle soporte a la bóveda durante esta etapa se construyó una zapata intermedia, las cuales eran unidas a las zapatas definitivas las cuales fueron reforzadas con varillas de acero. Al igual que en los frentes norte, estas zapatas fueron construidas en tres bolillo; una vez construidas las zapatas se procedió a la construcción de la cubeta, Figs. 9 y 10.

Figura 14 Procedimientos constructivos Túnel 4

8 TÚNEL 5 “LUIS CABRERA”

Este túnel inicia pocos metros después de la Barranca la Malinche y desemboca en la Av. Luis Cabrera justo después de Av. San Jerónimo; tiene una longitud de 950 m siendo el más largo de todo el proyecto de la Supervía Poniente. Este túnel consta de dos cuerpos que alojan 2 carriles cada uno de ellos; la separación entre ellos fue variable comenzando con un diámetro (12.0 m) en el portal norte y terminando con una separación de 0.80 m en el portal sur. Debido a que este túnel al igual que el túnel 4 fue construido por dos empresas, los frentes norte se construyeron con una forma ovoide y los frentes sur se construyeron con una forma herradura. La forma ovoide tiene un ancho de 12.34 m y 8.5 m de altura, la forma herradura tiene un ancho de 11.83 y 8.45 m de altura.


Para la construcción del túnel 5 se emplearon 8 frentes de ataque, 2 por el lado norte, 2 por el lado sur, 2 por una lumbrera sobre el cuerpo izquierdo y 2 más por una lumbrera sobre el cuerpo derecho. Para la construcción se utilizaron dos técnicas en los distintos frentes una para los frentes norte y los frentes de las lumbreras a base de concreto lanzado, marcos joist, paraguas de micropilotes y zapatas curvas y otra para los frentes sur a base de marcos metálicos, paraguas de micropilotes y zapatas rectangulares.

8.1.1 Frentes norte

En estos frentes los trabajos comenzaron con la instalación de paraguas de micropilotes, para posteriormente iniciar la excavación de la media sección superior en avances de 1.0 m, en cada ciclo una vez habiendo excavado se lanzaba un sello de concreto reforzado con fibras de acero, posteriormente se colocaba un marco metálico y se volvía a lanzar hasta que el marco quedara embebido casi completamente en el concreto. Una vez que se tenía un avance de excavación de 120 m se eliminaron los paraguas de micropilotes siguiendo con el ciclo de excavación colocación de marco metálico y lanzado de concreto; a diferencia del túnel 4 en el túnel 5 la distancia con enfilajes fue mucho mayor debido a una escasa cobertura sobre el túnel y a la presencia de casas sobre el trazo. Una vez que se eliminaron los parguas de micropilotes, los marcos IR fueron sustituidos por marcos TH-29 los cuales son más ligeros y más fáciles de manejar. En este túnel los avances de excavación que llegaron a ser hasta de 3.0 m los cuales fueron realizados en función de las condiciones del terreno y de la cobertura sobre el túnel. En la etapa de banqueo se colocaban las piernas de los marcos, es importante mencionar que para darle soporte a la bóveda durante esta etapa se construyó



una zapata intermedia, las cuales eran unidas a las zapatas definitivas las cuales fueron reforzadas con varillas de acero. Estas zapatas fueron construidas en tres bolillo; una vez construidas las zapatas se procedió a la construcción de la cubeta y de los puntales de la misma forma como en el túnel 2, Figs. 9 y 10.

8.1.2 Frentes sur

En estos frentes por la cercanía de los dos cuerpos, se inició con la excavación de un túnel piloto central para construir un apoyo común a ambos cuerpos; dicho túnel tuvo una profundidad de 15.0 m. Una vez habiendo construido el apoyo central, se procedió a la instalación de paraguas de micropilotes en el cuerpo izquierdo para posteriormente construir la trabe de borde. Una vez habiendo construido la trabe de borde se excavó un túnel piloto para construir la zapata derecha, Fig. 15 Ya construidas tanto la zapata como el apoyo central se comenzó a excavar el resto de la sección en avances de 1.5 m; luego de excavar se lanzó un sello de concreto reforzado con fibras y se procedió a la colocación de dovelas formadas con varillas de acero que se sujetaban a las zapatas mediante soldadura a placas embebidas en las mismas, Fig. 16. Estas dovelas se instalaron para reforzar la bóveda de ambos cuerpos debido a una mayor concentración de esfuerzos por su cercanía.

Figura 15 Apoyo central y zapata derecha, Frente Sur, Túnel 5

Figura 16 Unión de dovelas con apoyo y zapatas mediante placas

Habiendo llegado a los 15.0 m, se suprimió el apoyo central para continuar con zapatas independientes para cada cuerpo construidas mediante túneles piloto, Fig. 17. Después de aproximadamente 10.0 m se cambió el procedimiento constructivo a media sección superior, Fig. 18. Para dar soporte a la bóveda se empleó al igual que en los otros túneles una zapata intermedia (pata de elefante).

Figura 17 Construcción de zapatas mediante túneles piloto



Figura 18 Procedimiento de excavación a media sección superior

8.1.3 Frentes lumbreras

Debido a que este túnel fue el más largo de todos, fue necesario construir dos lumbreras para contar con frentes de excavación adicionales; ambas lumbreras se construyeron con un diámetro de 8.0 m y fueron estabilizadas con concreto lanzado, Fig. 19 Desde la lumbrera construida sobre el cuerpo izquierdo se construyó adicionalmente una galería de acceso al túnel derecho, Fig. 20. Debido a que la altura de la galería era menor que la del túnel para ingresar al túnel derecho, esta se fue excavando por franjas curvas en cuyo techo se fue colocando acero de refuerzo para posteriormente lanzar concreto, la intención fue construir una bóveda que fuera recibiendo las cargas del terreno; dicha bóveda iba siendo apoyada en sus extremos en las trabes de borde del túnel; debido a que las trabes se fueron construyendo por partes conforme se iba avanzando en la excavación, se utilizaron puntales temporales de acero los cuales una vez que la bóveda quedo debidamente apoyada en una zapata se retiraron, Fig. 20.

Figura 19 Características de las lumbreras

Figura 20 Galería de conexión y bóveda para entrar el túnel derecho

Debido a que una de las lumbreras quedó desfase del eje del túnel se tenía una excentricidad en las cargas por lo que fue necesario reforzar la pared del túnel en esa zona con un arco de concreto reforzado el cual se soportó mediante una zapata y anclaje para que pudiera recibir las cargas de la lumbrera, Fig. 21.

Figura 21 Refuerzo de la pared del túnel en zona de lumbrera

9 CONCLUSIONES

a. La construcción de los túneles de la Supervía Poniente demostró que el empleo del concreto lanzado es una muy buena opción que permite reducir el costo y tiempo de construcción sin sacrificar la seguridad.

b. La técnica de tubos hincados demostró ser una muy buena opción para túneles de no más de 30.0 m ya que permite que vialidades importantes como Av. Las Águilas sigan operando, lo que mitiga el impacto de las obras en la ciudad.

c. Debido al comportamiento observado de los túneles, realmente no existió diferencia entre la técnica utilizada


2


con marcos de acero y el concreto lanzado reforzado únicamente con fibras de acero, sin embargo, el empleo de marcos incrementa el tiempo de la construcción.

d. Los paraguas de micropilotes son efectivos para aumentar el factor de seguridad sobre todo en las zonas de los portales donde se tienen coberturas de terreno escasas.

10 REFERENCIAS

Tamez, E., Rangel, J.L. y Holguín, E., (1997), Diseño geotécnico de túneles, Ed. TGC, México, 330-p.


· web viewluego se comenzó a realizar la excavación de la sección superior del túnel con un...

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