Diseño del Sistema de Contención para una excavación a cielo abierto de 29 metros de profundidad que servirá para alojar la estructura de transición
entre el Túnel de Tramo y la Vía de Escape, las cuales conformarán la ampliación de la Línea 12 del Sistema de Trasporte Colectivo.
Containment System Design for a 29 meters depth of a cut-and-cover that will serve for housing the transition structure between the stretch tunnel and the escape route, which will form the Line 12 extension of the Collective Transportation System.
Reymundo BERNAL
1MV Ingeniería, Proyecto y Construcción Geotécnica S.A. de C.V.
RESUMEN: En este artículo se presenta de manera general, el diseño y el proceso que se desarrollará para llegar al nivel de máxima excavación de la estructura de transición entre el Túnel de Tramo y la denominada Vía de Escape. Actualmente en la zona de la excavación existe el túnel que funge como el tramo de maniobras de la estación terminal Mixcoac de la Línea 12 del Sistema de Transporte Colectivo. Las exigencias del proyecto contemplan dos sistemas de contención: el primero consiste en pilas, trabes de concreto, concreto lanzado entre pilas y anclas activas definitivas para la colindancia norte y sur; el segundo será a base de anclas activas temporales y concreto lanzado para las colindancias oriente y poniente.
ABSTRACT: This article presents, in a general way, the design and the process that will be developed to arrive at the level of maximum excavation of the structure of transition between the stretch tunnel and the escape route. Currently in the excavation there is the tunnel that serves as the maneuvering section of the Mixcoac terminal station of Line 12 of the Collective Transport System. The requirements of the project include two systems of containment: the first consists of stacks, concrete beam, shotcrete between piles and definite active anchors for the north and south; the second will be based on temporary active anchors and shotcrete for the east and west coasts.
Excavación, Contención, Etapas, Sistema.
1. INTRODUCCIÓN
Como parte de los Procedimientos Constructivos para la Ampliación de la Línea 12 del Metro, en este artículo se describen los lineamientos a seguir para llevar a cabo la Excavación y Construcción del Abocinamiento Sassoferrato (Zona del Pantalón).
Figura 1. Ubicación del Abocinamiento Sassoferrato
Dicha zona se localizará justo al poniente del Periférico Adolfo López Mateo, avenida con la cual cruza el trazo actual del proyecto y será desplantada a lo largo de un predio ubicado en el costado sur de la calle Benvenuto Cellini. Ver figura 1. De acuerdo al Proyecto de trazo, el Abocinamiento Sassoferrato (Zona del Pantalón) servirá como la transición para poder llevar a cabo la construcción del nuevo túnel de trazo y darle continuidad al túnel existente, que a partir de este punto fungirá como vía de escape.
2. OBJETIVO
- Perforación y construcción de pilas de concreto de Ø=1.20 m perimetrales a la excavación (zona sur y norte) del abocinamiento.
- Perforación y construcción de pilas de concreto centrales de Ø=0.90 m.
- Excavación en etapas verticales hasta el Nivel de Máxima Excavación (N.M.E.) colocando un sistema de contención conforme se va profundizando la excavación mediante anclas y trabes definitivas de concreto de sección rectangular.
- Apuntalamiento del túnel existente a todo lo largo del abocinamiento.
- Protección del suelo descubierto entre pilas o anclas con concreto lanzado y malla electrosoldada.
- Demolición de túnel existente (Clave, muros y losa fondo).
- Construcción del cárcamo pluvial.
- Construcción de Losa fondo, Muros Perimetrales y Sistema de Techo.
3. PROCESO CONSTRUCTIVO
Una vez localizado topográficamente el sitio donde se construirán las pilas que servirán como estructura de contención, se instalarán equipos de perforación y de excavación para la construcción de las mismas.
Esto se realizará a partir del Nivel de terreno actual con el diámetro de proyecto indicado.
3.1 Construcción de pilas de contención
Las pilas que se construirán en el perímetro de la excavación (costado norte y sur) serán de 1.20 m de diámetro, las cuales estarán a cada 3.0 m de distancia entre cada una, la longitud de las pilas será variable dependiendo del nivel de terreno, sin embargo, estas deberán de empotrarse como mínimo 5.0 m en el terreno a partir del Nivel de máxima excavación. Posteriormente se colocará el acero de refuerzo dentro de las perforaciones y se realizará el colado de las mismas rematado hasta el nivel del terreno natural, ya que, será necesario proteger la altura total de las paredes de la excavación en esta zona.
3.2 Construcción de pilas centrales
Las pilas se colocarán al centro de la estructura separadas 6 metros entre sí a partir de la cabecera poniente, estas pilas serán de 0.90 m de diámetro, la longitud de las pilas será variable dependiendo del nivel de terreno, sin embargo, estas deberán de empotrarse como mínimo 5.0 m en el terreno a partir del nivel de máxima excavación. Debido a que las pilas centrales coinciden con el trazo del túnel existente, a continuación, se indica el procedimiento para poder llevar a cabo su construcción. Se describe la secuencia constructiva para las pilas centrales, de las cuales se identifican dos casos generales, el primero corresponde a la pila cuya perforación coincide en un costado del túnel existente y el segundo caso para las pilas cuyo trazo coincide en la clave del túnel existente. La secuencia general para construcción de pilas centrales y la cual aplica para los dos casos generales, se enlista a continuación:
- Una vez que se ha ubicado la pila topográficamente en el sitio se procede con la perforación hasta el lecho superior del túnel existente.
- Para garantizar la continuidad de la perforación, se procederá a la ubicación de la pila al interior del túnel.
- A continuación, se demolerá la franja de túnel existente en la zona de la pila.
- Colocación de cimbra metálica al interior del túnel existente, para realizar el colado de la pila.
- Colocación de un sistema de cimbra prefabricada y modular al interior del túnel en la zona de demolición.
- Con la culminación de las actividades descritas anteriormente, se continúa con la perforación hasta lograr un empotramiento mínimo de 5.00 m a partir del nivel de desplante correspondiente.
- Armado y colado de pila en toda su altura.
4. ETAPAS DE EXCAVACIÓN Y CONTENCIÓN
De acuerdo al Procedimiento constructivo establecido, la construcción del Abocinamiento Sassoferrato (Zona del Pantalón), se realizará en tres etapas de excavación generales, cada etapa abarcará una longitud en planta (en sentido poniente a oriente) de aproximadamente de 33.00, 33.00 y 29.00 m, respectivamente. Ver figura 2 y 3. Una vez construidas las pilas se procederá a excavar toda el área del Nuevo Pantalón hasta 50 cm por debajo del nivel de losa tapa, para así poder realizar la construcción de las trabes de borde en donde se apoyarán las tabletas que se colocarán en un principio a cada 6.00 m de distancia. Se comenzará la excavación de la Etapa I del Abocinamiento Sassoferrato (Zona del Pantalón) hasta el paño inferior del primer nivel de trabes de concreto definitivas en etapas verticales permitiendo construir a la par el sistema de contención, a base de anclas activas, en las cabeceras oriente y poniente. Una vez concluidas las actividades hasta la construcción del primer nivel de trabes definitivas se comienza la excavación en fases o etapas verticales hasta el nivel de máxima excavación. Ver figuras 3. Es importante mencionar que conforme se avanza en cualquier etapa de excavación se deberán colocar drenes horizontales a tres – bolillo, tanto en las cabeceras como en los costados norte y sur.
Figura 2. Planta del procedimiento constructivo
Figura 3. Corte longitudinal del procedimiento constructivo
4.1 Excavación y contención en etapas verticales
Una vez que la excavación ha llegado al lecho bajo del primer nivel de trabes de concreto definitivas, se han colocado las tabletas puntal con una separación de 6.00 metros en superficie y de igual forma se ha construido el primer, segundo y tercer nivel de anclas en la cabecera poniente y el primer y segundo nivel de anclas de la cabecera oriente, se procederá a realizar la excavación y contención atendiendo a la secuencia ordenada de las etapas de excavación generales mencionadas anteriormente.
Es importante indicar que alcanzando el primer nivel de trabes de concreto definitivas las actividades de excavación y contención se suspenderán para apuntalar el túnel existente en la zona del Abocinamiento Sassoferrato (Zona del Pantalón) y no se podrán continuar las actividades hasta no haber culminado el apuntalamiento.
Una vez finalizadas las actividades descritas anteriormente se continúa con la primera etapa de excavación general, donde se llevará a cabo una excavación vertical en etapas, conformando un talud 0.75:1.00 al frente de la excavación, con una longitud en planta de aproximadamente 33.00 metros. Ver figura 3. El sistema de contención correspondiente a dicha excavación se formará a base de trabes definitivas de concreto de sección rectangular, anclas activas, pilas de concreto de sección circular y anclas permanentes, según corresponda y conforme se profundice la excavación. A continuación, se muestran en las tablas 1 y 2 las características del anclaje de la cabecera poniente y de los costados norte y sur.
Tabla 1. Características del anclaje temporal en la cabecera poniente.
Tabla 2. Características del anclaje definitivo para los costados norte y sur.
Específicamente en la cabecera poniente, costado sur se construirán 9 niveles de anclas colocadas a tres-bolillo con una separación de tres metros entre anclas. En la misma cabecera, en el costado norte se construirán 6 niveles de anclas colocadas a tres-bolillo con una separación de tres metros entre anclas, el sexto nivel de anclas deberá garantizar estar construido a una distancia no menor de tres metros con respecto a la clave del túnel existente.
Completada la primera etapa de excavación y contención general, se podrá continuar con la segunda etapa de excavación y contención general. El sistema de contención correspondiente a dicha excavación se formará a base trabes de concreto definitivas de sección rectangular, colocadas a una separación en planta de 6 metros y dos niveles de anclas permanentes, colocadas a 3 metros de separación tanto vertical como en planta, las cuales reaccionaran contra las pilas. Las características del anclaje de los costados norte y sur se pueden ver en la tabla 2.
Finalmente, terminadas las etapas anteriores se podrá comenzar con las actividades de excavación y contención de la tercera etapa general. En específico, en la cabecera oriente se construirán 5 niveles de anclas a tres-bolillo con una separación de tres metros entre anclas, el quinto nivel de anclas deberá garantizar estar construido a una distancia no menor de tres metros con respecto a la clave del túnel existente. En las cabeceras norte y sur se construirán dos niveles de anclas permanentes colocadas a tres metros de separación tanto vertical como en planta, dichas anclas estarán ubicadas entre el nivel de máxima excavación y el último nivel de trabes definitivas. Las características del anclaje de la cabecera oriente se pueden ver en la tabla 3.
Tabla 3. Características del anclaje temporal en la cabecera oriente.
En cada nivel de anclaje, se detendrá el proceso de excavación para realizar la perforación donde se alojarán las anclas, con el equipo colocado sobre el suelo al nivel de la excavación realizada. La perforación se realizará con la inclinación y longitudes indicadas en el plano referido anteriormente, considerando tanto la longitud libre del ancla como la longitud correspondiente del bulbo de anclaje.
El diámetro de las perforaciones para anclas temporales será de 4”, mientras que para las anclas permanentes será de 6” y se alojarán en cada una de ellas los torones indicados en las tablas correspondientes.
Es importante mencionar que no se podrá realizar la excavación del siguiente nivel de anclas, si antes no se tiene en el nivel de trabajo perforado, inyectado y tensado la línea de anclas correspondiente y además de realizado las pruebas de carga indicadas.
En cada nivel de excavación y según corresponda se deberá colocar drenes horizontales a tres – bolillo, tanto en las cabeceras como en los costados. En cada nivel de excavación se deberá proteger el suelo descubierto entre pilas (costado norte y sur) mediante la colocación de doble malla electro-soldada 6x6-08/08 fijada al terreno y posteriormente se lanzara concreto vía húmeda con un f’c=250 kg/cm² hasta alcanzar 10.00 cm de espesor. En el caso de las cabeceras oriente y poniente conforme se avanza en cada fase se deberá proteger el suelo descubierto mediante la colocación de doble malla electro-soldada 6x6-04/04 fijada al terreno y posteriormente se lanzara concreto vía húmeda con un f’c=250 kg/cm² hasta alcanzar 20.00 cm de espesor.
Al finalizar cada etapa de excavación y contención se podrá realizar la estructura definitiva, esto es, colado de losa fondo y estructuración final del sistema de techo.
5. CONCLUSIONES
Para poder garantizar un adecuado comportamiento de la excavación y contención del Abocinamiento Sassoferrato (Zona del Pantalón), es importante seguir la secuencia y lineamientos indicados, con objeto de lograr un comportamiento adecuado de la excavación; tanto en sí misma como en su entorno y en superficie.
Se deberá instalar el sistema de instrumentación que indique el proyecto, ya que el proceso será monitoreado con referencias superficiales, razón por la que los avances y secuencia constructiva indicada, podrán ajustarse atendiendo a los resultados de dicho monitoreo.
Será necesario que un especialista en geotecnia se encuentre durante la construcción para la verificación de las hipótesis de proyecto durante la construcción, sobre todo en lo que se refiere a las longitudes de avance.
Será también el encargado de interpretar los resultados de la instrumentación para su adecuado uso en obra.
Si durante la excavación del Abocinamiento Sassoferrato se presentan diferencias con relación a los sondeos, tales como, la presencia de cavernas, lentes de arenas limpias en la clave, flujos de ríos subterráneos, etc. Será necesario suspender las excavaciones, pero continuando con la colocación de los revestimientos, y dar aviso al director responsable de obra para solicitar el proyecto específico para tratar el problema identificado.
6. AGRADECIMIENTOS
Se agradece al Ing. Jesús Manuel Martínez Vara, por sus comentarios y aportaciones para concluir este trabajo.
Y a la Lic. Daniela Paulina Iñigo Pérez por su asesoría para la adecuada redacción de este trabajo y por el apoyo para la traducción al idioma inglés del resumen.
7. REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍAS
Tamez E. y Sontoyo E. (1988) Departamento del Distrito Federal. Secretaria General de obras. Comisión de Vialidad y Transporte Urbano. “Manual de diseño geotécnico. volumen 2. 3 diseño del metro en túnel”.
Braja M. Das (2001), “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica”, Thomson Learning, México.