—HERRENKNECHT— Alta velocidad en Londres. Visita relámpago a la obra más grande de Europa./17
Vector
Nº 72 Diciembre 2014 Costo
$ 50.00
—ICA— TREN INTERURBANO MÉXICO-TOLUCA: Aplicación de tecnología/10
—SOLER &PALAU— Diseño de ventilación en túneles ferroviarios/15
—ROBBINS— El reto turco de kargi, Superado/36
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Vector Diciembre 2014
Indice
En portada
AMIVTAC
•Ingeniería Civil del Siglo XXI — ROBBINS— 3 EPB Trabajan bajo presión Excavando en Condiciones Extremas en el Túnel Emisor Oriente de la Ciudad de México/4
Instituto Mexicano de la Construcción en Acero
•Tecnología
—ICA— TREN INTERURBANO MÉXICO-TOLUCA: Aplicación de tecnología para la construcción
de túneles en roca y suelos/10
•Empresas y Empresarios
—SOLER &PALAU— Diseño de ventilación en túneles ferroviarios/15
•Suplemento especial
—HERRENKNECHT— Alta velocidad en Londres. Visita relámpago a la obra más grande de Europa./17
•Construcción
—ICA— TÚNEL CANAL GENERAL: Obra subterránea en condiciones geotécnicas difíciles/26
• Ingeniería
—ROBBINS—El reto turco de kargi, Superado/36
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Editorial
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La alternativa de los túneles. La construcción de túneles es una de las pruebas más fehacientes de la inagotable inventiva del ser humano. A ciencia cierta no se sabe cuando se construyó el primer túnel, pero ya en las páginas bíblicas se describen los túneles estratégicos de las ciudades amuralladas que servían como vías de escape o de acceso a las fuentes de agua fresca cuando eran sitiadas. A cinco mil años de distancia, la construcción de túneles se ha perfeccionado a tal punto que parece no existir más limitación que la presupuestal para comunicar el mundo mediante estas estructuras, ya sea a través de una cordillera o inclusive bajo el mar. En toda vía, existe el riesgo de que un conductor pierda el control de su vehículo y se accidente involucrando a otras unidades; pero en un túnel, el verdadero peligro es que esto provoque un incendio, pues debido a su geometría, inmediatamente se transforma en un horno que consume oxigeno y expele humo letal que colma el conducto transformándose en una trampa mortal e inaccesible para los bomberos. En aras de incrementar su seguridad, la moderna construcción de túneles incorpora mejoras en el diseño, detectores de humo, cámaras de video, extintores automáticos, teléfonos de emergencia, ventiladores y lo más importante, espacio para que los conductores puedan dar la vuelta y regresar. La construcción de túneles por el sistema de escudo ha alcanzado su madurez y cada vez se muestra como una alternativa más eficaz y económica a los enormes y espectaculares puentes de grandes alturas y claros. En Japón y Europa donde deben salvarse estrechos o grandes ríos, los túneles han ganado espacio como propuesta técnica a la solución por medio de puentes. Sin duda, los túneles también han significado excelentes soluciones urbanas, desde trenes subterráneos como el metro, a viaductos como la “Gran Excavación” de Boston, que permiten remitir el tráfico a las profundidades y devolver los espacios a los habitantes. Tal vez, una alternativa que deberíamos considerar es tener menos “segundos pisos” y más túneles. “Cuando comencé en Robbins, éramos 27 personas y nos considerábamos proveedores de TBM´s (Tunnel Boring Machines por sus siglas en ingles) –nada que no fuera TBM´s. Actualmente, nos consideramos proveedores de Sistemas Integrales para Túneles. Tenemos plantas alrededor del mundo que suministran desde cortadores para el frente de excavación hasta las cintas transportadoras de rezaga” Lok Home, presidente de The Robbins Company.
REVISTA VECTOR, Año 7, Número 72, Diciembre 2014, es una publicación mensual editada, diseñada y distribuida por Comunicaciones La Labor, S. A. de C.V. Cozumel 63 – A, Col. Roma Norte, Delegación Cuauhtémoc, C.P. 06700, Tel. 5256 – 1978, www.revistavector.com.mx, daniel.anaya@revistavector.com.mx •Editor responsable: Daniel Anaya González. Reservas de Derechos al Uso Exclusivo No. 04-2011- 010512575900-102, ISSN: (En trámite) Licitud de Título y contenido: Certificado No. 15819 Expediente CCPRI/3/TC/13/19755, ambos otorgados por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Permiso SEPOMEX No. IM09- 0754. Impresa por Publicomp/Catalina Mariles Ortega, Calz. de la Viga 577 Col. Nueva Santa Anita, Iztacalco, C.P. 08210, Tel.5579 3675. Este número se terminó de imprimir el 5 de Diciembre 2014 con un tiraje de 8,000 ejemplares. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Queda estrictamente prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor.
3 Punto de Origen
Cozumel # 63-A • Col. Roma Norte C.P. 06700 México, D.F. Tel. (55) 5256 1978
Ingeniería civil del siglo XXI
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3 EPB Trabajan bajo presión
Excavando en Condiciones Extremas en el Túnel Emisor
Oriente de la Ciudad de México
E
n abril de 2009, comenzó la excavación del túnel para el Proyecto TEO, después de décadas de deliberación. Este megaproyecto de 62 km de longitud es sin duda uno de los túneles de TBM más difíciles del mundo actual, y por lo tanto no está exento de controversia. Una vez completado, este enorme conducto reemplazará un canal abierto que transporta las aguas residuales de la Ciudad de México. El nuevo túnel finalizará en la primera planta de tratamiento de aguas residuales de la capital y aumentará la capacidad de envejecimiento y degradación de la red de tuberías de la ciudad. Nombrado una “Emergencia Nacional” por el entonces presidente Felipe Calderón, el TEO ha sido la vía rápida para frenar el catastrófico fallo en el sistema actual que podría provocar una inundación de más de 5 m de aguas residuales en el centro de la ciudad.
Seis máquinas EPB de 8,93 m actualmente trabajan febrilmente bajo la ciudad, siendo el año 2018 la fecha límite para este proyecto. Las máquinas excavan a través de una difícil combinación de arcillas lacustres, cantos rodados y rocas de basalto con presiones de agua de hasta 6 bares. Comissa, un consorcio de las principales empresas constructoras civiles de México - ICA, CARSO, Lombardo, Estrella y Cotrisa, es la encargada de la construcción que se divide en 6 lotes. 24 lumbreras de más de 150 m de profundidad que soportan las operaciones de las TBM, y que suman cerca de 10 kilómetros cada una. Los lotes 1, 2 y 5 fueron adjudicados a la empresa mexicana Ingenieros Civiles Asociados (ICA), S.A. de C.V., los lotes 3 y 4 a Carso Infraestructura y Construcción, S.A. de C.V., y el lote 6 a Lombardo Construcciones y Constructora Estrella. Las tres EPBs de Robbins están excavando los lotes 1b, 3, 4, y 5 del túnel, mientras que las máquinas de Herrenknecht son responsables de los lotes 1a, 2 y 6.
Condiciones Geológicas Extremas Las condiciones del terreno de la tubería son de las más difíciles en el mundo. Situada en el Valle de México, la geología consiste en el lecho de un lago drenado con arcillas intercaladas con roca volcánica y cantos rodados de volcanes inactivos enterrados en la zona. Después de cinco años de trabajo, alrededor del 53% de todo el proyecto se ha completado incluyendo las lumbreras, por lo que el dueño del proyecto, CONAGUA, está replanteando su estrategia basándose en las difíciles e inesperadas condiciones encontradas en el terreno. Estas condiciones varían de arcillas muy suaves a materiales altamente abrasivos, roca dura, y cantos rodados bajo altas presiones de agua de hasta 6 bares, lo que requiere intervenciones hiperbáricas frecuentes y múltiples modificaciones a las máquinas existentes.
Identificación de suelos desconocidos Originalmente, la geología se basó en 64 pruebas de pozos llevadas a cabo a lo largo del túnel, así como en seis lugares transversales del túnel. Esas pruebas encontraron lo siguiente: Lote 1: Depósitos lacustres cuaternarios en el norte de México. Lote 2: Cenizas basálticas y piedra pómez del estrato cuaternario, en el lado norte de Nochistongo. Lote 3: Arcilla de la cuenca lacustre Pre-Cuaternaria de México. Lote 4: Arenas Fluviales de las Montañas Plio-Cuaternarias de Nochistongo. Lote 5: Formaciones volcánicas de Plioceno en la parte superior de Huehuetoca. Lote 6: Depósitos lacustres del Plioceno medio, Taximay medio y Taximay Superior. Durante la excavación de las lumbreras de los lotes 3 al 5, se descubrió que la tierra era mucho más compleja de lo que se pensaba anteriormente. Se encontraron altas presiones de agua de hasta 6 bares junto con secciones roca dura y abrasiva, y se realizaron más pruebas de excavación que confirmaron los resultados. Por tal motivo se decidió rediseñar las máquinas antes de ponerlas en marcha con el fin de hacer frente a las condiciones extremas.
Rediseño de la máquina por el suelo imprevisto
La nueva línea de microtuneladoras Robbins cuenta con un accionamiento totalmente eléctrico y ofrece la opción de montar cortadores de disco de máquinas SBU en la cabeza de corte
Las condiciones de alta presión previstas en conjunto con las con grandes rocas, hicieron necesario un diseño de doble plataforma en el transportador del tornillo para las EPBs del Tunel Emisor Oriente. Un tornillo de 900 mm de diámetro es capaz de transportar rocas hasta 600 mm de diámetro hasta el eje central para su eliminación a través de ruta de evacuación de escombros.
5 Ingeniería civil del siglo XXI
Originalmente, las EPBs fueron diseñadas para un suelo de menor presión y secciones con cantos rodados y algunas de basalto abrasivo, pero no completamente de roca. Fueron diseñados con cabezas de corte de terreno mixto, para enfrentarse a condiciones variables. El diseño también permite el rodamiento y el desmontaje del sello de la parte delantera o trasera de la rueda de corte. Veinticinco puertos de inyección espaciados alrededor de la periferia de la máquina se utilizan para la inyección de diversos aditivos en función de las condiciones del terreno.
Ingeniería civil del siglo XXI
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Detrás de las Máquinas: Conducción Continua Los tres sistemas de transporte detrás de las máquinas de 8,93 m de diámetro, también juegan un papel importante en la operación. Los sistemas están diseñados para hacer frente a la variación de tierra con configuraciones de ahorro de espacio. Los remanentes de las tres máquinas se depositan desde el tornillo a una cinta transportadora de tela montada en el engranaje de arrastre, que lo transfiere a un transportador lateral continuo del sistema. Este transportador continuo lleva el lodo a un transportador de cinta vertical, situado en el eje de lanzamiento. Una vez en la superficie, se deposita en una escombrera con capacidad de acopiar el producto de varios días de perforación de túnel Debido a las estrechas lumbreras que van de 50 a 150 m de profundidad y a los pequeños sitios de lanzamiento, los transportadores han optimizado su tamaño y seguridad. El cinturón es rodeado por una protección con una tolva de reciclaje para evitar que los residuos caigan mientras el material es transportado hacia fuera de la lumbrera. Un casete de cinta vertical único, 34 m de altura permite la extensión y empalme de la correa con una huella de un tercio que la de un casete de cinta horizontal - una gran ventaja en los sitios de eje pequeñas. Una vez en la superficie, se deposita en una escombrera de acopio temporal.
Rediseño de detalles Las modificaciones descubrimiento de
a las máquinas después del la nueva geología incluyen:
• Cámara hiperbárica de 7 bares con una cámara de descompresión adicional para permitir que dos equipos trabajen al mismo tiempo. Se añadió un cierre para material capaz de manejar las herramientas de corte más fácilmente. • Un mamparo rediseñado para permitir la nueva configuración de la cámara hiperbárica y la alta presión en el túnel. • Placas Hardox para reforzar el transportador del tornillo y placas de desgaste desmontables añadidas a cada giro del transportador del con el fin de soportar roca abrasiva. • Un sistema de compresión de aire con el fin de controlar los flujos de agua en la cámara durante la excavación. • Barras para el cerramiento de la rueda de corte. • Nuevo diseño en la articulación de la unión giratoria que mejora el tiempo para cambiar los cortadores de disco • Nuevo diseño de rascadores, haciéndolos más capaces de resistir impactos en las condiciones del terreno mixtos con presencia de roca dura.
Suelo difícil en el lote 4 Tal vez uno de los mayores retos y pruebas para los nuevos diseños de máquinas llegaron en el Lote 4. El lote de 10,2 kilómetros de largo se extiende desde la lumbrera 17 hasta la 13 a profundidades de hasta 85 m. La tuneladora fue ensamblada en la lumbrera 17 y puesto en marcha en agosto de 2012, con el puente y todos los pórticos de respaldo en la superficie. Dos meses después, en octubre de 2012, después de avanzar 150 metros, la máquina y su respaldo fueron completamente ensamblados en el túnel. Un mes más tarde, el sistema de transporte continuo fue instalado y puesto en funcionamiento. Después de 405 metros de excavación, la presencia de rocas, rascadores, partes de las barras de mezcla y otros materiales de desgaste en el lodo excavado ocasionó una inspección en la cabeza de corte. Con una alta presión de hasta 3,5 bares, se determinó que era necesaria una intervención hiperbárica, y el 02 de junio 2013
Éxito moderado El Túnel Emisor Oriente es un proyecto que no sólo es logísticamente complejo, sino también geológicamente desalentador. El proyecto no está exento de sus éxitos: La máquina EPB en Lote 4 tiene el récord del mejor avance en el proyecto TEO con 22,5 metros en 12 horas.
Otras modificaciones en el Lote 3 El Lote 3 del túnel, del contratista CARSO, se extiende desde la lumbrera 10 a la 13. La tuneladora se puso en marcha en febrero de 2012. En el verano de 2014, la EPB de Robbins había excavado 2,6 kilómetros, pero estaba siendo restringida por el impacto de la carga y el severo desgaste en la rueda de corte y sus herramientas más allá de lo que se esperaba. La máquina también se ha encontrado con una gran cantidad de retos frente a la excavación, causando obstrucciones que requieren cantidades significativas de espuma para poder ser utilizado. Por tal motivo, el contratista y Robbins han propuesto una nueva serie de modificaciones una vez que la máquina alcance la lumbrera 11 a los 3.2 kilómetros. Un nuevo transportador de tornillo equipado con Trimay chapado, se instalará para manejar mejor los chips de roca abrasivo, y una cabeza de corte de nuevo diseño contará con más planchas de desgaste y ligeramente diferente espaciamiento cortador.
El reto del lote 5
La fragmentos de rocas y depósitos de andesita errático continuaron creando problemas de desgaste en los discos de corte, lo que requería un estricto programa de intervenciones con el fin de inspeccionar, modificar y analizar los estos problemas que el túnel presentaba y que no se esperaban dentro de este lote. En los próximos 1.000 metros, las condiciones del terreno mejoraron pero fragmentos de piedra pómez de todos los tamaños, arena con grava, vulcanita, depósitos de lava, conos de deyección con cantos rodados, matrices de arena y de alta presión obstaculizaron avance y provocaron que la excavación fuera muy variable. Debido al terreno mixto, para los próximos 900 metros, la expectativa es que las condiciones no mejorarán hasta su llegada al eje 16.
El desafío pendiente está en el Lote 5, se puso en marcha desde la lumbrera más profunda, la número 20, 150 m por debajo de la superficie. La tuneladora Robbins se utilizó originalmente en el Lote 1, luego, fue desmantelada y transportada a la lumbrera 20 de la obra. A la máquina del lote 5, le hicieron modificaciones similares a las de las máquinas de los lotes 3 y 4, aunque esta máquina incluye aún más chapado para el desgaste de la cabeza de corte esperando abrasividad extrema. El ensamble está en curso en el fondo de la lumbrera, y se espera poner en marcha la maquina en otoño de este año. Una vez comenzando, la máquina tardará entre 1,5 y 2 en excavar hacia adelante hasta el punto en que los gantries se puedan instalar.
7 Ingeniería civil del siglo XXI
se realizó la primera intervención hiperbárica a través de un EPB en un túnel en México.
8 Ingeniería civil del siglo XXI
Las microtuneladoras Robbins ya están disponibles en todo el mundo, tanto en tamaños adaptados a medida de cada proyecto, como en tamaños de DN estándar
Lecciones aprendidas
Referencias
Mientras que la excavación está aún en curso, los contratistas y el propietario del proyecto CONAGUA coinciden en que la prueba geológica era imprescindible en este proyecto, y que una prueba más completa habría sido prudente desde el principio. El contratista y la Comisión Nacional del Agua están trabajando juntos para acelerar el calendario del proyecto, junto con las modificaciones de la máquina en el Lote 3, planean renovar la máquina Herrenknecht en el Lote 1 y relanzarla a excavar mitad del lote 6, donde otra máquina Herrenkenecht está progresando lentamente debido a las condiciones rocosas.
Gonzalez, Olivares and Aguilar (2014). Lecciones aprendidas en la construcción de 62 km del Túnel Emisor Oriente en México en terrero desafiante y variado. ITA-AITES World Tunnel Congress 2014, Iguacu, Brazil.
En general, las condiciones en el TEO prueban los límites de las EPB excavando, y tienen índices de avance limitados. Sin embargo, las máquinas son capaces de excavar de una manera segura y medida, que en sí misma es un testimonio del ingenio de la ingeniería. Muchas personas han trabajado en el diseño, la instalación, la logística de este gran proyecto, desde el diseño de excavación del túnel hasta el revestimiento final. A través de su arduo trabajo, este proyecto va a ir en línea y revolucionará el transporte y el tratamiento de aguas residuales en la ciudad de México en 2018.
Sidebar 1: Hacer frente al suelo difícil: Proceso de presurización Las intervenciones hiperbáricas son una forma bastante común de inspeccionar y cambiar las herramientas de corte en las máquinas de construcción de túneles de tierra blanda. En el Lote 4, equipos de hasta tres personas hacen inspecciones regulares, a menudo a presión atmosférica cuando excavan en las secciones completas de basalto. La presión de funcionamiento más alta hasta el momento ha sido 3.05 bar, lo que permite a la tripulación trabajar durante 85 minutos antes de ser despresurizado durante 130 minutos. La mayoría de las intervenciones se realizan con fines de inspección, de ser necesario las tripulaciones también reemplazan las herramientas de corte, etc. En medida de lo posible, los equipos tratan de planificar las intervenciones en zonas completas de rocas para poder hacerlo a presión atmosférica. Las cámaras hiperbáricas en el Emisor Oriente han sido diseñadas con dos cámaras y con puertas empotradas para minimizar el desgaste de la estructura cuando la cámara de mezcla de la rueda de corte está llena. El diseño de doble cámara está construida en caso de emergencia, si una persona requiere atención médica, la cámara principal se puede sellar, lo que permite a otra persona para presurizar la cámara de entrada y entrar en la cámara principal para ayudar a la otra. Las cámaras hiperbáricas en el Emisor Oriente son de 7 bares (102 psi) e incluyen una cámara de descompresión especial además del diseño estándar de dos cámaras. Esto permite a un miembro de la tripulación relajarse durante un período prolongado de tiempo mientras es capaz de estirarse y descansar en una posición más cómoda. Sidebar 2: Lote 1: Elevando el nivel con tres récords Antes del rediseño de las máquinas en los lotes 3 al 5, una sección del túnel fue la vía rápida por las inundaciones extremas. Debido a la pérdida de la pendiente, el Gran Canal, la línea de alcantarilla abierta de la Ciudad de México, cuenta ahora con una alineación positiva vertical por debajo de la ciudad de México y la zona de Ecatepec, donde se encuentra el lote 1, la parte del canal más lejano de la ciudad no se ha visto afectada . El aumento de volumen de agua tiene el potencial de sobrecargar las estaciones de bombeo actuales y enviar el agua no tratada de nuevo en la ciudad. Aunque seis TBM fueron programadas originalmente para excavar en cada lote, los problemas en la lumbrera 0 en el diseño crítico del lote 1 provocó un cambio rápido de máquina en 2011. La primera tuneladora Herrenknecht comenzó en la lumbrera 0 en 2009 en una sección de 10 km, pero fue detenida por seis meses debido a una inundación. A fin de terminar a tiempo, ICA trajo una tuneladora Robbins originalmente programada para trabajar en el Lote 5, lumbrera 20. La tuneladora empezó a excavar en el Lote 1, en la lumbrera 5 en dirección opuesta a la tuneladora de la lumbrera 0. La máquina completó los 3.5 km de longitud del túnel, estableciendo 3 records en el proceso del proyecto obteniendo el mejor día (31.5 m), semana (163.5) y mes (592.5m). Una vez completo el lote 1 del túnel, entró en operación el 13 de junio de 2013. CONAGUA está desviando el agua del Gran Canal hacia ésta sección del Emisor Oriente, donde se produce la pendiente positiva. El Lote 1 ya terminado está sellado del resto de la construcción. Más abajo en la línea donde la pendiente no es tan afectada, las bombas envían el agua de nuevo al Gran Canal.
14,4 m
Eficiente
“Alice” ha completado su primera etapa, con su gran diámetro es una de las TBMs más potentes del mundo.
Escudo EPB S-764 con accionamiento eléctrico y back-up independiente para instalar el piso del túnel. Desde el inicio, avance continuo hasta 126 m por semana.
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TREN INTERURBANO MÉXICO-TOLUCA:
Aplicación de tecnología para la construcción de túneles en roca y suelos Ing. Javier Montejano Blanco Director de Proyecto, ICA Javier.montejano@ica.mx
Ing. Clemente Paniagua Calderón . Gerente de construcción, IC clemente.paniagua@ica.mx
M.I. Mario A. Aguilar Téllez Gerente de Ingeniería, ICA mario.aguilar@ica.mx
P
ara la construcción del túnel interurbano MéxicoToluca, se utilizará tecnología de punta para la excavación y construcción de un bitúnel, utilizándose dos equipos tipo tuneladores duales (EPB y Frente abierto para roca). El túnel izquierdo tendrá una longitud de 4723 m, y el túnel derecho una longitud de 4744 m, y el túnel izquierdo tendrá una longitud sobre el eje de trazo de 4733 m; con una diámetro interior terminado de 7.50m, con un revestimiento formado por un anillo universal de dovelas de 0.35 m de espesor. La excavación del túnel se realizará a través de la Sierra de las Cruces y corresponde al tramo 2 del proyecto integral “TREN INTERURBANO MEXICO – TOLUCA”. En este documento se presenta un panorama general del proyecto por construirse, sus retos constructivos y el procedimiento de excavación por ejecutarse.
ANTECEDENTES El Tren Interurbano México-Toluca es un proyecto en construcción de ferrocarril de larga distancia y media velocidad que conectará a la Zona Metropolitana del Valle de Toluca con la Zona Metropolitana del Valle de México, el cual forma parte de los proyectos de infraestructura de tipo ferrocarrilero en el país. El túnel tendrá una longitud aproximada de 4.700m; está previsto que comience en por el portal Oriente (lado México) en el cadenamiento 36+194,5 y finalice por el portal Poniente (lado Toluca) en el cadenamiento 40+925; correspondiendo al tramo 2 del proyecto integral “TREN INTERURBANO MEXICO – TOLUCA Se trata de un túnel interurbano con una cobertura máxima de aproximadamente 130 m sobre clave en la zona central
de su trazado. El túnel desde su lado Toluca atraviesa un tramo inicial hasta el cad. 36+770 de 575 m de longitud que presenta poca cobertura (H < 35 m) y que se estima excavar en gran parte con frentes mixtos de rocas blandas y suelos, estando situados estos últimos en la zona de la clave. Por la topografía de la zona, una vez superada esta zona inicial, el túnel incrementa rápidamente su cobertura y se estima excavar fundamentalmente rocas de baja resistencia y calidad media-baja. En el cadenamiento 38+190 se alcanzará la máxima cobertura de 130 m sobre la clave. A partir del cadenamiento 38+890 se atravesará un tramo de poco más de 1 km de longitud que en muchas zonas
pasará por debajo de áreas urbanizadas, registrándose una cobertura sobre la clave de 40 y 85m. A partir del cadenamiento 40+000 el túnel se excavará en roca de calidad generalmente media a buena y disminuye significativamente su cobertura pasando por debajo de algunas edificaciones de forma aislada. En el tramo final del túnel, entre el cadenamiento 40+640 y el Portal Oriente (México DF) (PK 40+925), el trazado vuelve a perder cobertura hasta un mínimo de 18 m en el propio portal.
Terminal de Autobuses
Longitud total 58 km Figura 1. Localización del Túnel Interurbano México-Toluca
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA GEOLOGÍA A nivel geológico regional, la zona en la que se proyecta el túnel se sitúa en el sector oriental del denominado Cinturón Volcánico Transmexicano (CVTM). Más en concreto el túnel
atravesará terrenos pertenecientes al gran conjunto geológico de la Sierra de las Cruces que constituye una importante barrera montañosa formada por restos de estratovolcanes alineados de Norte a Noroeste, que se interpone entre las Cuencas de Toluca al Oeste y la cuenca de México al Este. El trazo del ferrocarril a lo largo del túnel se dispondrá en rocas volcánicas que forman la Sierra de las Cruces así como sobre terrenos mixtos entre rocas y suelos (materiales piroclásticos). Geológicamente la Sierra de las Cruces representa una hilera de elevados escudo-volcanes (8) traslapados, flanqueados al Poniente y Oriente por abanicos volcánicos, que enlazan con las depresiones lacustres de Toluca y Ciudad de México. Estos edificios volcánicos están conformados por extensos derrames de lava y domos de composición andesítico-dacítica y afinidad calcialcalina (Gunn y Mooser, 1970), mientras que los abanicos volcánicos están compuestos de material piroclástico y sus derivados, además de suelos de alteración y depósitos fluviales.
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La ejecución del túnel está prevista mediante el empleo de dos máquinas tuneladoras y un revestimiento a base de segmentos de concreto prefabricado conocidos como “dovelas”. Por motivos de seguridad, el proyectista adoptó una solución bitubo de vía única con galerías de conexión entre ambos tubos situadas como máximo cada 244 m. Se prevé atacar el túnel desde el portal Oriente (lado México DF). El trazado presenta un radio de curvatura mínimo de 1.500 m y una pendiente ascendiente variable entre el 2% y el 4% desde el portal Oriente (lado México DF). Se ha definido un diámetro interior para cada uno de los dos tubos de f = 7,50 m, con un revestimiento formado por un anillo universal de dovelas de 0,35 m de espesor.
Tecnología
12 Se distinguen en la sierra productos volcánicos de diverso tipo, que puede resumirse en vulcanitas básicas e intermedias del tipo fenobasalto, como tobas y lavas, así como domos principalmente de naturaleza andesítica y dacítica, que se alternan con flujos piroclásticos de bloques y cenizas, flujos de pómez, oleadas piroclásticas, depósitos de caída, flujos de detritos y lodo, así como repetidos colapsos que originaron depósitos de avalanchas de escombros. La edad de todos estos materiales es Cuaternaria, datándose entre el Plioceno superior (extremo superior del Terciario) y el Pleistoceno superior a reciente. Por las características de las formaciones presentes (tobas, aglomerados y brechas cubiertas por suelos, abanicos volcánicos y rocas andesíticas con diversos grados de alteración y fracturamiento), el agua se encuentra muy profunda, salvo escurrimientos locales. No obstante, se deduce de los sondeos realizados y en los trabajos de
campo la presencia de agua subterránea por encima de cota del túnel en buena parte del trazado del mismo. Por otra parte el entrelazado de los materiales que conforman los diversos aparatos volcánicos presentes, así como la gran variabilidad litológica y de comportamiento hidráulico de los terrenos, determina la presencia de niveles acuíferos colgados y niveles acuíferos confinados e incluso en carga. La Sierra de las Cruces, es la frontera entre las cuencas de Toluca y México y presenta dos unidades geomorfológicas mayores: el relieve de montaña (que ocupa la parte intermedia), y el piedemonte. La existencia de contrastes de altitud en distancias cortas y laderas heterogéneas en cuanto a longitud, geometría y orientación, son condiciones que se asocian con la existencia de un patrón de drenaje dendrítico muy denso, así como subdendrítico con fuerte control estructural, con desarrollo de cárcavas y barrancos con valles en forma de V, algunos de ellos muy profundos.
Figura 2. Perfil geológico Tren Interurbano México-Toluca, SENER 2014
RIESGOS GEOTÉCNICOS EN LA OPERACIÓN DE TUNELADORA En función del actual conocimiento geológico-geotécnico se pudieron definir los principales riesgos geotécnicos: • Nivel freático alto por encima de la clave del túnel • Contactos entre terrenos estables e inestables. La variabilidad de los terrenos excavados y los modo de operación diferenciados de la TBM en ellos presenta el riesgo de sobre-excavaciones en los contactos, especialmente
entre terrenos estables a inestables. • Tamaño de bloques en las distintas formaciones. Los bloques de gran tamaño en una matriz de suelo dificultan el corte de los mismos, quedando sueltos entre la rueda de corte y el frente de excavación pudiendo provocar daños en los discos y en el resto de herramientas hasta la entrada en la cámara. • Alta Abrasividad de las rocas. • Alta resistencia de los materiales rocosos.
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO: Excavación del túnel Por las condiciones geológicas e hidráulicas identificadas en el tramo de excavación del túnel y por los potenciales riesgos geotécnico identificados, para la excavación y construcción del bitúnel se utilizarán dos tuneladoras del tipo dual; la cuales se diseñarán para trabajar principalmente con rueda de corte adaptada a la excavación en roca (excavación con frente abierto y extracción por cin-
ta transportadora en zonas de roca sana y estable); sin embargo, así también las máquinas estarán preparadas para ser utilizadas en modo EPB (Earth Presure Balance) con presión balanceada de tierras y extracción por tornillo sin fin en suelos y terrenos inestables y zonas de poca cobertura, principalmente donde se tienen edificaciones en superficie.
Sistema cerrado, modo EPB
Sistema abierto, extracción de rezaga mediante banda
Figura 3. Sistemas de operación de la tuneladora tipo dual
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Tecnología
14 Esta elección está basada en tener una TBM que actúe dentro de su rango normal de operación en un terreno tan variable como el especificado en el estudio geológicogeotécnico (SENER, 2014). Está considerado que el funcionamiento de las tuneladoras puedan responder razonablemente en plazo durante la excavación de las zonas geotécnicamente complicadas o condiciones difíciles de excavación. De acuerdo a los riesgos geotécnicos identificados, está planeado que las tuneladoras tengan las siguientes características: Elementos de perforación desde la propia máquina por la potencial existencia de boleos sueltos, que será necesario consolidar para poder cortarlos con las herramientas de corte, sin producir roturas por impacto de las mismas. Se deberá disponer de un número elevado de accesos (puertos) para perforación y tratamiento desde la periferia de la TBM y en el frente. Del mismo modo los elementos de perforación adaptados a la tuneladora servirán para efectuar drenajes en las zonas de elevada presión de agua y terrenos potencialmente inestables a través de la TBM o de las dovelas para reducir la presión y poder operar la TBM correctamente. También permitirán investigar el terreno en el frente de excavación con control de parámetros de perforación para en caso de necesidad conocer la potencia de fallas o frecuencia de boleos y bloques. Las protecciones de estanqueidad de la TBM deberán ser compatibles con las elevadas cargas hidráulicas. Estas protecciones deberán permitir aislar la cámara de excavación ante el posible flujo de agua. Las aberturas de la rueda de corte de la TBM y las herramientas de corte serán compatibles para la excavación de roca, tobas, aglomerados con bloques y boleos definidos en el estudio geológico. En terrenos mixtos roca-suelo, deberá ajustarse el diseño de la rueda de corte ya que los discos de corte pueden no rodar en el terreno blando, produciéndose desgastes planos importantes en la parte del disco expuesta al terreno, además de impactos con rocas y bloques y boleos que fracturan herramientas de corte y dañan las protecciones antidesgaste de las mismas. La TBM dispondrá para el tratamiento del material en la cámara y en el frente en modo EPB de puertos suficientes para la inyección de espumas, polímeros y bentonita. Además de los sensores de presión (total) en la cámara se dispondrá de un medidor de presión de agua, especialmente útil en zonas de alta presión ya que nos indicará que parte del aumento de presión se debe a presión de tierras y cual a presión de agua.
COMENTARIOS FINALES Con el conocimiento geológico-geotécnico actual se considera adecuada la implementación de los aspectos anteriormente señalados para conseguir que la TBM se adapte a un trazado variable y se mitiguen los riesgos mediante el aumento de sus capacidades, reduciendo por tanto la probabilidad de incidencias que afecten el programa de excavación y la seguridad de la obra. En la fase de obra será necesario ejecutar una campaña complementaria de reconocimientos geotécnicos que permita mejorar el conocimiento sobre los distintos aspectos anteriormente señalados.
REFERENCIAS SENER, 2014. TÚNELES TRAMO 2. METODO CONSTRUCTIVO. ESTUDIOS TOPOGRAFICOS, MECANICA DE SUELOS, AMBIENTALES, HIDROLOGICOS, JURIDICOS, FINANCIEROS, FERROVIARIOS, ELECTROMECANICOS Y MATERIAL RODANTE PARA LA ELABORACION DEL PROYECTO EJECUTIVO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL TREN INTERURBANO MEXICO – TOLUCA
Diseño de
ventilación en túneles ferroviarios Un correcto dimensionamiento del sistema de ventilación mayor, más la implementación y desarrollo de accesorios por parte de la obra civil como lo son los pozos de compensación, traen como consecuencia el buen funcionamiento del sistema de ventilación en túneles ferroviarios, el cual es de una extrema importancia, no sólo desde el punto de vista de la seguridad, sino también desde el punto de vista del confort y del consumo de energía en el propio sistema y en la circulación del material rodante.
Impacto de la obra Civil
15 Empresas y Empresarios
Con la finalidad de contar con un eficiente y seguro sistema de ventilación, es de vital importancia que se cuente con la infraestructura de obra civil, la cual permita el alojamiento correcto de los ventiladores y sus componentes, así como los ductos de aire con dimensiones adecuadas y recorridos lo más recto posible, e implementación de pozos de compensación, tanto en estaciones como en túnel, el no contar con la infraestructura correcta por parte de la obra civil, puede ocasionar un incremento en potencia de hasta el 50% en los ventiladores, 40% de incremento en los cuartos de ventilación, 10% en presión sonora y un incremento de la resistencia global al avance de 2 a 2.5 veces.
16 Empresas y Empresarios
Objetivos de la ventilación Entre los principales objetivos con los que debe cumplir el sistema de ventilación mayor en un túnel y estación subterráneo son: • Cumplir con los cambios de aire solicitadas por la norma aplicable, las cuales garanticen la calidad del aire. • Generar un ambiente de confort térmico en las zonas de pasajeros. • Generar una vía de escapa natural o forzada para el desfogue del flujo de aire producto del efecto pistón. • Generar un ambiente sustentable para los usuarios y personal en caso de un incendio.
Infraestructura global del sistema de Ventilación Durante el diseño de la ventilación se deben tener en cuenta todas las consideraciones, que de manera directa e indirecta tienen gran importancia, entre las que encontramos:
Directas: • Ventiladores con reversibilidad mínima del 95% • Motores con soporte a la temperatura de 250°C por un periodo de 2 horas. • Tiempo de reversibilidad de 180 segundos de inyección a extracción y viceversa. • Sistema de automatización para todo el sistema. • Sensor de temperatura redundante para todo el tramo subterráneo. • Mando local, remoto y automático. • Desarrollo de memoria de cálculo, para la determinación de velocidad critica, caudal crítico, caudal de humos y presión a vencer por el sistema de ventilación. • Validación de memoria de cálculo por medio de simulación CFD.
Indirectas: • Reducción de consumo del sistema de ventilación. • Bajos niveles de ruido al exterior y al interior. • Sensores y sistemas de control para activación automática. • Facilidad de mantenimiento y reparación del sistema. • Condiciones de operación de cada uno de los equipos y durabilidad del conjunto. • Disposición de rejillas en el exterior. • Disposición de conductos y rejillas en estación. • Implementación de pozos de compensación en túnel y estación.
Todas estas funciones se consiguen mediante la adecuada disposición y configuración de los pozos de ventilación y compensación en los túneles y en las estaciones. En caso de contemplar las estrategias de ventilación en la fase de desarrollo de la obra civil, los resultados que se alcanzarán posteriormente, al diseñar la ventilación, serán mejores y redundarán en un menor consumo de energía y una respuesta más segura.
Alta velocidad en Londres
Fotografia: Günther Bayerl
Bernd Hauser
17 Suplemento Especial
Visita relámpago a la obra más grande de Europa.
En Londres, ocho tuneladoras de Herrenknecht están realizando un enlace ferroviario continuo que cruzará la megaciudad. Para cumplir con los niveles de seguridad, calidad y servicio que exige el cliente Crossrail Ltd, las empresas constructoras confían todos los días en el servicio de Herrenknecht. Las 24 horas del día, los especialistas de la empresa están al servicio de los ingenieros y los trabajadores de las obras, prestando su asesoramiento y asistencia. Una visita a la Península de Limmo, el lugar más significativo del tramo C 305 - una de las secciones más importantes de las obras del túnel.
18 Suplemento Especial
“Tenemos cuatro objetivos: seguridad, protección del medio ambiente, calidad y rendimiento - en ese orden.“
Roger Escoda Director de la construcción del túnel de DSJV
Roger Escoda, 39 años, director de la construcción del túnel en el consorcio DSJV creada para el proyecto de Crossrail y responsable de los túneles en el tramo C 305.
Roger Escoda rara vez sonríe y las conversaciones triviales no son lo suyo. El catalán es la concentración y seriedad en persona. Su mirada nos incita a ir al grano. El tiempo es oro. “Estamos bajo presión”, recalca Escoda. “¡Estamos construyendo un túnel ferroviario en una metrópolis! Todo Londres nos observa. No nos podemos permitir ni retrasos ni fallos.”
El proyecto de construcción más grande de Europa Escoda, de 39 años, un hombre delgado con sienes grises, es el director de la construcción del túnel de DSJV, un consorcio por la empresa española Dragados y la empresa irlandesa John Sisk & Son. Junto con 25 ingenieros y 250 trabajadores se encarga de construir los túneles gemelos del tramo C 305 de metro - el proyecto de construcción más grande de Europa. Un enlace ferroviario que cruzará la región metropolitana de este a oeste, con sus 8 millones de habitantes: Una nueva arteria principal para el tráfico congestionado en la megaciudad. El proyecto de 14.800 millones de libras es un verdadero maratón: 42 kilómetros de túnel repartidos en 3 tramos, con tres consorcios adjudicatarios. Y todos ellos confían en las tuneladoras (TBM) de Herrenknecht. Un total de ocho máquinas tuneladoras, seis escudos de presión de tierra y dos hidro-escudos. Las tuneladoras avanzan con precisión milimétrica por las entrañas de la ciudad, un laberinto de alcantarillas, tuberías de gas, pilares de cimentación, líneas de metro y pozos de registro. A veces las infraestructuras existentes casi se rozan - en algunos lugares la distancia entre los túneles es de menos de medio metro.
Seguridad es nuestra máxima prioridad El calendario es apretado, pero no se trata sólo de avanzar lo más deprisa posible cuanto antes. „Tenemos cuatro objetivos: seguridad, protección del medio ambiente, calidad y rendimiento - en ese orden“, comenta Escoda. Gran Bretaña es el pionero mundial en seguridad laboral: „Está bien que sea así - todo hombre debe volver a casa sano y salvo después de cada turno.“ También la protección del medio ambiente es muy importante: „Esta-
mos trabajando con aceites y otras sustancias peligrosas que no deben alcanzar las aguas subterráneas o el Támesis.“ Justamente porque los requisitos de seguridad y medio ambiente son tan estrictos y requieren mucho tiempo, Escoda tiene que poder confiar al 100% en las máquinas y servicios de Herrenknecht, para completar a tiempo los túneles de su tramo entre Farringdon en el oeste y Victoria Dock en el este.
Un total de 8 tuneladoras de Herrenknecht se están empleando en este proyecto ferroviario de 3 rutas con una longitud total de 42 kilómetros.
Niveles record gracias a una cooperación perfecta Las tuneladoras trabajan 24 horas al día, 7 días a la semana. Herrenknecht garantiza que éstas estén operativas el 90% del tiempo. En realidad se están alcanzando niveles de un 95% o incluso más.
Sólo así es posible batir records: A mediados de abril la tuneladora S-722, llamada “Ellie” realizó un trayecto de 72 metros en 24 horas.
“Herrenknecht no se 19 limita a vender una máquina y dejarte tan sólo un número de teléfono.” Roger Escoda Director de la construcción del túnel de DSJV
Suplemento Especial
Esto sólo es posible, porque los especialistas de Herrenknecht apoyan constantemente a los empleados de las empresas constructoras con su experiencia. Chequean todos los componentes, sustituyen las piezas desgastadas por piezas de refacciones almacenadas en la propia obra. Entrenan a los operadores, les acompañan siempre en la máquina, dan instrucciones durante la operación. Por ejemplo, que parámetros se pueden modificar para que el avance sea todavía más eficiente y seguro.
20 Cercanía al cliente como seña de identidad. Suplemento Especial
“Herrenknecht siempre intenta satisfacernos con su servicio”, nos comenta Roger Escoda en su oficina en la península de Limmo al este de Londres. “La empresa no se limita a vender una máquina y dejarte tan sólo un número de teléfono.” Al contrario, los profesionales de Herrenknecht siempre están en la obra: Siempre hay una persona a quien dirigirse”. También durante nuestro encuentro a mediados de agosto: Escoda sale de la oficina colectiva, donde una docena de sus ingenieros se ciernen sobre planos y tablas. A pocos pasos, cruzando el pasillo, se encuentra la oficina de Herrenknecht equipada con sobriedad. En la sala de reuniones se da cita con Sebastian Kohlmeier, 30 años, ingeniero mecánico y director de servicios de Herrenknecht para el tramo C 305.
Sebastian Kohlmeier, director de servicios de Herrenknecht en Londres para el tramo C 305.
Cuando aún estaba realizando su trabajo de fin de carrera en la Universidad de Dresde, Alemania Kohlmeier comenzó a trabajar para Herrenknecht: En su tesis en el campo de investigación y desarrollo se centró en la cuestión de cómo poder mejorar la unidad del gripper en tuneladoras de roca dura. “Queremos una relación estrecha con el cliente. Es nuestra seña de identidad“, dice Kohlmeier. „No sólo trabajamos de 8 de la mañana hasta las 3 de la tarde. Nuestra filosofía es: Las máquinas tienen que funcionar. Y sólo cuando todo funciona a la perfección terminamos la jornada laboral.“
Ahorro de tiempo gracias a una logística eficiente Roger Escoda consulta con Sebastian Kohlmeier los detalles de un cambio de planes acordado. „Ellie“ ha excavado con éxito a la lumbrera de acceso en Stepney Green, donde el trazado de la línea se bifurca. Allí se desmontará y almacenará la tuneladora para su traslado posterior en camiones a la península de Limmo. Donde „Ellie“ - al igual que su hermana „Jessica“ (S-721) - deberá hacer la última parte de su trabajo en Londres, avanzar 900 metros más en dirección este.
Arriba: A partir de 2018 alrededor de 200 millones de pasajeros al año harán uso de los nuevos tramos de metro.
Para los trabajos de construcción se han perforado en la península Limmo una lumbrera principal y una auxiliar; según el plan, „Ellie“ debería montarse en la lumbrera auxiliar, mientras que el back-up debería descender por la lumbrera principal. Pero gracias a que „Jessica“ ha completado su trabajo en la península de Limmo antes de lo previsto, disponemos de espacio suficiente para trasladar y montar a „Ellie“ en la lumbrera auxiliar. Mientras tanto la lumbrera principal puede ser utilizado para tareas de logística para el avance del túnel. „Este cambio nos ayuda a ahorrar toda una semana de trabajo“, explica Escoda. „Pero sin el asesoramiento de los expertos de Herrenknecht no podríamos haberlo organizado: Conocen todos los detalles de la máquina, sólo ellos podían decirnos si el plan era técnicamente factible.“
Moctezuma presente en las grandes obras de MĂŠxico Complejo Miyana Polanco, Distrito Federal
2° Record de Suministro de 7,523 m3 de concreto en 27 hrs. continuas
Suplemento Especial
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Sólo con ayuda de estos refuerzos especiales podremos extraer las piezas de la TBM por la estrecha lumbrera en Stepney Green en una posición inclinada con total seguridad.
Una planificación previsora permite soluciones a medida Escoda y Kohlmeier hablan en ese día de agosto sobre el desmontaje de la tuneladoras S-719 („Elizabeth“) y S-720 („Victoria“), que avanzan en dirección oeste - aún cuando su desmontaje no tendrá lugar hasta dentro de 9 meses. „Una planificación previsora es un elemento clave de nuestro servicio. Mientras trabajan las máquinas, planeo su desmontaje y traslado a otros tramos. „, nos explica Sebastian Kohlmeier después de la reunión. „En el punto de bifurcación de Stepney Green, por ejemplo, la lumbrera es tan estrecha que tuvimos que sacar el backup de manera inclinada - esto requiere una planificación y coordinación previa, porque nuestros ingenieros en Schwanau, Alemania tienen que diseñar los refuerzos necesarios que tendremos que soldar en la obra posteriormente.“
Vigilancia y análisis para una mayor seguridad Un piso por encima de las oficinas de Herrenknecht y DSJV trabaja Frank Jenkins, 47, director de obra de Crossrail. Con su equipo de ingenieros, geólogos e inspectores, supervisa el trabajo del tramo C 305 para el cliente: „Por supuesto, que es un proyecto especial. Hay muchos afectados que están preocupados“. Propietarios de edificios, que tienen miedo de que sus propiedades inmobiliarias puedan sufrir daños. O empresas de suministro energético con gasoductos subterráneos. „Por ello es crucial que la vigilancia de las obras sea lo más amplia posible“, aclara Jenkins. Todos los días nos reunimos con DSJV, y con ayuda de numerosos datos y gráficos analizamos todos los parámetros de las máquinas y los planos originales de cada segmento del túnel que se va completando. Al igual que Escoda y Kohlmeier, Jemkins también hace hincapié en la importancia de una planificación previsora y la cooperación entre todas las partes: „Hablamos de un gran proyecto. De dinero procedente de los contribuyentes. Tenemos que ser eficientes. „Por ejemplo, inicialmente Crossrail quería adquirir seis TBM para el tramo C 305: „Pero luego nos dimos cuenta que con el respaldo y la experiencia de Herrenknecht podíamos ser capaces de montar la tuneladora en Stepney Green y volverla a montar en la península de Limmo en sólo tres meses - así nos ahorramos la compra de dos máquinas“.
Ventajas también para otros proyectos Jenkins ve un gran futuro para los constructores de túneles en Inglaterra: „En los próximos años se han de poner en marcha muchos grandes proyectos, como los sistemas ferroviarios de alta velocidad o las mejoras de la red de metro de Londres.“ Estos proyectos futuros se beneficiarán de la experiencia adquirida por Crossrail. „En cualquier caso, DSJV y Herrenknecht han demostrado su valía para futuros proyectos“, asegura Frank Jenkins.
“Lo más importante es:“ en este sector no eres nadie si estás solo“.
Dedlef Smeets Técnico de Herrenknecht
Trabajo milimétrico con un coloso de 72 toneladas
„¡Dos centímetros más arriba!“, grita el técnico de Herrenknecht Dedlef Smeets desde el interior del escudo frontal. „¡Muy, muy despacio, por favor!“ La rueda de corte no está exactamente recta en el aire, porque el paso giratorio hace que se incline ligeramente. El francés Claude Metz y
el español Jorge Zapico, ambos responsables del servicio eléctrico de la máquina también están ayudando a fijar el polipasto a la rueda de corte. Jadeando como un atleta durante el entrenamiento, acercan la mitad inferior de la rueda al accionamiento principal. Incluso el ingeniero Kohlmeier tiene que echar una mano a la hora del ajuste fino. Finalmente encajan exactamente los orificios de la rueda de corte y el accionamiento y se pueden introducir los tornillos de 70 centímetros. A partir de ahora, los trabajadores de DSJV pueden trabajar solos: colocan las arandelas del tamaño de un plato y aprietan los husillos con tuercas del tamaño de un puño. Claude Metz se despide rápidamente y coge el ascensor para no perder su avión. Después de diez días con turnos de doce horas, tiene cuatro días libres para disfrutar de su familia y sus dos hijos en Alsacia.
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Con ayuda de la grúa, la rueda de corte desciende 45 metros de profundidad, el ajuste final milimétrico se realizará a mano.
Suplemento Especial
En su oficina, Sebastian Kohlmeier se ata los cordones de sus zapatos de seguridad. Mientras que de la lumbrera de Stepney Green se extrae la última pieza del back-up de „Ellie“ en la península de Limmo su rueda de corte ya cuelga de la grúa. Siete metros de diámetro. Con mucho cuidado, el operario de la grúa hace descender la rueda de corte. Por control remoto, el coloso de 72 toneladas tiene que ser posicionado milimétricamente, para que pueda ser atornillado con 112 espárragos al accionamiento principal de la tuneladora.
Suplemento Especial
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“En el fondo, el trabajo sólo funciona gracias a la colaboración entre todos.”
Roger Escoda Director de la construcción del túnel de DSJV
Los mayores desafíos ya los hemos superado “Supuestamente sólo hacemos un seguimiento del montaje, pero gracias a nuestros años de experiencia, conocemos todos los trucos y justamente esto hace nuestra ayuda tan valiosa”, asegura Sebastian Kohlmeier: “Si es necesario, siempre echamos una mano” comenta Dedlef Smeets, de 40 años, mientras se seca el sudor de la frente. ¿Ha sido un buen día? “Si, pero no estoy del todo satisfecho”, aclara con su acento holandés. “Hubiera sido mejor si hubiéramos podido introducir el escudo y el primer back-up.” Y eso, que las obras van por delante del calendario previsto. Los hombres tienen casi un mes hasta que “Ellie” esté preparada para comenzar su última etapa de trabajo. Los mayores desafíos ya los hemos superado, dice Sebastian Kohlmeier. Por ejemplo, la construcción de un monorraíl en el sector occidental del túnel, que fue desarrollado especialmente para Crossrail por los ingenieros de Herrenknecht: “La lumbrera de acceso era muy estrecho, gracias a la grúa de una vía pudimos desmontar las tuneladoras S-705 y S-706 de manera segura y rápida.”
El servicio es la base del éxito del proyecto: recopilación y evaluación de todos los datos de avance para la identificación conjunta de posibles mejoras.
Una planificación exacta es la base para una implementación rápida y segura en la obra. Kohlmeier está especialmente orgulloso de haber cruzado la futura estación de Crossrail en Canary Wharf. Se montaron las vías, en los escudos de las máquinas se soldaron consolas y por debajo se colocaron sobre rodillos. Para los back-up los ingenieros de Herrenknecht en Alemania diseñaron unos dispositivos de desplazamiento. De esta manera se pudo mover la tuneladora de 150 metros de largo sobre carriles por la estación de 250 metros de largo sin tener que desmontar la máquina. Un desafío adicional para los ingenieros: el carril derecho se tuvo que montar sobre un pedestal de 50 centímetros de altura. “El traslado en sí sólo duro siete días, pero la coordinación entre el cliente y los constructores llevó mucho más tiempo”, dice Kohlmeier. Junto al orgullo esfuerzo realizado, todos los implicados saben que sin la cooperación mutua no lo hubiéramos conseguido. “Lo que hemos creado aquí, es una obra que persistirá décadas y siglos”, afirma seriamente el director de la construcción del túnel Roger Escoda. “Pero sería injusto, que destacara mi papel individual. Básicamente, el trabajo sólo funciona gracias a la colaboración entre todos: trabajamos por un objetivo común”.
26 Construcción
TÚNEL CANAL GENERAL:
Obra subterránea en condiciones geotécnicas difíciles Dr. Rafael B. Carmona Paredes Gerente de Ingeniería, CONAGUA rafael.carmona@conagua.gob.mx
M.I. Mario A. Aguilar Téllez Gerente de Ingeniería, ICA mario.aguilar@ica.mx
Ing. Pedro Luis Barrera
Gerente de Construcción, ICA pedro.barrera@ica.mx
ANTECEDENTES
E
l Túnel Canal General (TCG) se ubicará en la vecindad del lago de Chalco, entre los volcanes Xico y La Caldera. El TCG con 5 m de diámetro interno y aproximadamente 7.9 km de longitud, seguirá un trazo paralelo al canal del mismo nombre y será capaz de desalojar hasta 20m3/s. El proyecto considera la construcción de 4 lumbreras, 12 m de diámetro terminado, con una profundidad promedio de 20 m. Para la excavación del túnel se utilizará un escudo mecanizado del tipo EPB, el cual permitirá colocar el revestimiento primario y, la construcción del revestimiento secundario será colado “in situ”. Se estima que tanto las lumbreras como el túnel se excavarán en un depósito de arcilla típica del Valle de México; con contenidos de agua superiores a 300%, baja resistencia al corte y alta compresibilidad; registrándose intercalaciones de estratos arenosos. En este documento se presenta un panorama de las condiciones geotécnicas que se estiman encontrar durante la construcción del TCG bajo condiciones difíciles de suelos.
El Gobierno del Federal a través de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), proyectó la construcción de la obra denominada “Túnel Canal General (TCG) y sus Captaciones, Cobertura Regional”, la cual se ubicará en la vecindad del lago de Chalco, entre los volcanes Xico y La Caldera. El TCG con 5 m de diámetro interno y aproximadamente 7.9 km de longitud (Fig. 1), sigue un trazo paralelo al canal de mismo nombre y será capaz de desalojar hasta 20 m3/s. Se inicia en la Planta de Bombeo “Parada del Toro”, ubicada en la carretera Tláhuac-Chalco, donde se ha proyectado construir la primera lumbrera (L1) y seguirá en dirección sensiblemente norte, hasta conectarse con la Lumbrera 3A del Túnel (sifón) Río de La Compañía, que como se sabe tiene una Planta de Bombeo denominada La Caldera, donde las aguas son nuevamente elevadas y descargadas a la prolongación norte de su cauce, superficial. Para construir el TGC se requerirán 4 lumbreras de acceso, de 12m de diámetro interior y con una profundidad del orden de 20 m. El proceso constructivo de las lumbreras será mediante el procedimiento del muro Milán.
Volcán Guadalupe
N
Volcán La Caldera
Lago de Chalco
L-1
L-2
L-3
L-4
L-3A TRC
Volcán Xico
Sierra del Pino Cerro del elefante Cerro del Elefante
(Volcán Tlapacoya)
lacustres, conformados por arcillas de alta plasticidad, baja resistencia al corte y alta compresibilidad; registrándose contenidos de agua promedio entre de 350400%. El tramo restante del túnel se excavará en un material de transición conformado por arcillas de alta plasticidad, arcillas limosas, limos arenosos y material piroclástico producto de la Sierra de Santa Catarina, registrándose contenidos de agua entre 50 y 100%. Ver figura 2.
TÚNEL CANAL GENERAL Ubicación: Límite entre de Chalco y Tlahuac Longitud: 8 km Lumbreras: 4 Descarga a lumbrera L-3A del Túnel Río de la Compañía
Figura 1. Localización del Túnel Canal General (TCG)
Para la excavación del túnel se utilizará un escudo mecanizado del tipo EPB (Earth Pressure Balance), el cual permite realizar la excavación del túnel y de manera paralela colocar el soporte inicial mediante segmentos de concreto prefabricados, conocidos como “dovelas”, que formarán anillos de cinco piezas más cuña, de 25 cm de espesor y 150 cm de ancho. El revestimiento definitivo de 30 cm de espesor, será de concreto armado, colado en sitio.
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS CONDICIONES GEOTÉCNICAS El Valle de Chalco se encuentra ubicado entre la Sierra de Chichinautzin y la Sierra de Santa Catarina, se estima que la capa compresible del Valle de Chalco es de 300 metros de profundidad, en la cual se han registrado velocidades de hundimiento entre 30 y 40 cms por año, (Ref . 01).
Figura 2. Corte estratigráfico del Túnel Canal General
El perfil estratigráfico tipo de la zona de excavación de las lumbreras y túnel, se compone principalmente por un depósito de arcilla de alta plasticidad con intercalaciones de cenizas volcánicas; las principales características del depósito son:
MATERIAL: Contenido de agua, w%, 333 Arcilla de alta plasticidad y Cohesión, c, 1.35 t/m2 consistencia muy blanda, CH Ángulo de fricción interna, f, 0° Peso volumétrico, g, 1.29 t/m3
Lago de Chalco
Volcán Xico
Suelo “la” Lacustre
Volcán La Caldera
Suelo “al” Aluvión
Sierra del Pino Cerro del elefante (Volcán Tlapacoya)
N
Figura 1. Planta geológica Túnel Canal General. Carta geológica INEGI. 1:50000.
De acuerdo a la información y referencias técnicas disponibles del área de trabajo, se estima que la excavación del túnel se desarrollará en un 90% en suelos
Modulo de elasticidad, E, 226 t/m2
Cercano al sitio de la construcción de la lumbrera L1, se ubica la Planta de bombeo denominada “Parada del Toro”; en este sitio en el 2010 se instaló el banco de nivel número 7, BN-7; donde se registró una elevación de 2,229.73. En el año 2014, se tomó el registró del mismo banco de nivel, referenciando el dato con un banco de nivel fijo ubicado en el Cerro de Tlapacoya, para dicha fecha el registró fue de 2,228.7115; resultando una diferencia de 1.01875m en un período de cuatro años, es decir, 0.2546m por año. El dato de hundimiento regional señalado es relevante, tomando en cuenta, que el dato obtenido es menor con respecto a los valores referenciales que se tienen de la zona. Para el diseño geotécnico-estructural de lumbreras y revestimiento de túnel; el dato de hundimiento regional es de suma importancia, ya que incide directamente en la estructuración final del elemento.
27 Construcción
Roca ígnea “Bvb” Brecha volcánica basáltica
28 Construcción
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS CONDICIONES PIEZOMÉTRICAS Para la definición de las condiciones piezométricas del sitio de construcción de las lumbreras y túnel, se revisó la información técnica obtenida en el año 2010, comparándola con los registros piezométricos obtenidos en el 2014. La posición del Nivel de agua freática (NAF), a lo largo del desarrollo del túnel fluctúa entre 1.40 y 2m de profundidad, tomando como referencia el nivel de brocal de cada uno de los piezómetros instalados. Como se observa en la figu-
ra 3, comparando la información piezométrica disponible registrada en el 2010 contra la información obtenida en el 2014, se observa que en el período de cuatro años, no existen cambios en el comportamiento piezométrico, es decir, no se observa abatimiento en la zona de excavación y construcción de las lumbreras; por lo menos en los primeros 40m de profundidad.
Figura 3. Comparativa del comportamiento piezométrico en los sitios de las lumbreras: 2010 vs 2014
Como parte de los trabajos de ingeniería, se revisó la información disponible de la batería de pozos de bombeo profundo “Ramal Mixquix- Santa Catarina” el cual se encuentra aproximadamente a una distancia de 1km con respecto al trazo del túnel. Los datos perforación de los pozos profundos registran que las unidades litológicas atravesadas durante la perforación de los mismos, consistieron en su parte superior de una alternancia de sedimentos arcillosos limosos, ceniza volcánica y lentes o pequeños estratos de arena muy fina con presencia de limo y/o arcillas. Subyaciendo a lo anterior se encuentran derrames basálticos en parte fracturada con un espesor variable de 30 a 40 m y, debajo de estos depósitos de material piroclástico, constituidos por tobas arenosas, arenas y cenizas volcánicas con presencia de material arcilloso. Con base a la estratigrafía reportada, el diseño de los pozos consideró aislar la parte superior, los primeros 100 m de profundidad, con un con-
trademe sanitario y ademado con tubería lisa de diámetros variables y, a partir de los 100m de profundidad se utilizó ademe ranurado tipo canastilla con el objetivo de poder aprovechar el acuífero profundo determinado en las rocas basálticas fracturadas, así como en las unidades litológicas compuestas por piroclástos. También cabe indicar que los niveles dinámicos de bombeo en los pozos varían de 65 a 127 m dichos datos fueron obtenidos de aforos realizados en los años 1997 a 2005. Las capacidades específicas varían del orden de 0.98 a 6.03 lps/m. En resumen, tomando como referencia la información geotécnica disponible y los datos piezométricos disponibles de la zona de construcción, se puede establecer que el hundimiento puede deberse por el efecto de bombeo profundo de las capas inferiores, y la aportación del hundimiento regional en las capas arcillosas superiores es mínima.
Ventilación provisional para la construcción de acueductos subterráneos
KFT Alta eficiencia Eficiencia de hasta 85% para ventiladores unidireccionales y de 75% para ventiladores reversibles.
Ventilador de túnel axial Unidireccional Disponibilidad en diámetros desde 1 120 hasta 3 150 mm, presión estática hasta de 5000 Pa, poder vehicular de hasta 450 m3/s. Reversible Disponibilidad en diámetros desde 1 120 hasta 2 240 mm, presión estática hasta de 2500 Pa, poder vehicular de hasta 160 450 m3/s.
Operación libre de pérdidas Un diseño que evita la entrada en pérdida asegura una operación libre de pérdidas y protege a los ventiladores y a su equipo de daño potencial
Ángulo de las aspas ajustable El ángulo de las aspas puede ser ajustado para adecuarse a las necesidades de control y desarrollo. Aspas altamente resistentes. Aspas de perfil aerodinámico especialmente diseñadas en aleación de aluminio con alta eficiencia son perfectas para usos en alta presión (de hasta 5 000 Pa) y choques térmicos.
Diseño robusto y duradero Los componentes principales están hechos de acero de alta resistencia.
KJF Reversión asegurada Reversibilidad del 97 a l 100%.
Ventilador de túnel a chorro Disponibilidad en diámetros desde 560 hasta 1 600mm, con empuje máximo de 3,800 N.
Fácil Mantenimiento Las puertas y paneles de acceso e inspección están diseñados para ofrecer un camino sencillo hacia los componentes principales como motores y rodetes. La lubricación a base de cobre externa permite la relubricación constante y asegura una vida útil considerable a los rodamientos.
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30 Construcción
ANÁLISIS GEOTÉCNICO DE LAS LUMBRERAS Para realizar los análisis de estabilidad de las lumbreras, con la información obtenida de los sondeos, realizados en cada sitio de las lumbreras, se realizó el modelo geotécnico de análisis. En la Tabla 1, se muestra a manera de ejemplo el modelo geotécnico de la lumbrera L1.
Tabla 1. Modelo geotécnico de la lumbrera L1 UNIDAD
A B C D
E
DESCRIPCIÓN
Costra superficial formada por rellenos heterogéneos. Capa de arcilla de baja resistencia al corte y alta compresibilidad Capa de arcilla de baja resistencia al corte y alta compresibilidad Dos trazadores de ceniza volcánica, de espesores de 0.35m y 0.4m con un estrato intermedio de arcilla de baja resistencia Capa de arcilla de baja resistencia al corte y alta compresibilidad. Contenido de agua >200%
�
c (t/m2)
K0
Su (t/m2)
0.80
0.6
7.14
928.57
-
0.45
0.80
0.6
1.27
178.00
0.0564
0.45
0
0.80
0.6
1.88
178.00
0.1732
0.45
9.38
0
0.80
0.6
9.38
1725.00
-
0.45
1.18
2.62
0
0.80
0.6
2.62
209.23
0.2065
0.45
1652.24
-
0.45
� (°)
Desde
Hasta
0 0.0
0 1.46 3.5
1.60
7.14
0
3.5
6.0
1.10
1.27
0
6.0
8.5
1.17
1.88
8.5
9.6
1.60
9.6
19.7
(t/m3) 1.6
K
E mv (cm2/kg) (t/m2)
�
0.8
F
Capa de arena limosa /materiales cementados
19.7
22.0
1.33
8.98
0
0.80
0.6
8.98
G
Capa de Arcilla. Baja resistencia al corte y alta compresibilidad. Contenido de agua >300%
22.0
24.2
1.20
2.85
0
0.80
0.6
2.85
308.00
0.1760
0.45
H
Capa de arena/materiales cementados
24.2
24.7
1.60
9.33
0
0.80
0.6
9.33
1717.33
-
0.45
I
Capa de arcilla de baja resistencia al corte y alta compresibilidad. Contenido de agua >300%
24.7
32.0
1.26
4.04
0
0.80
0.6
4.04
520.00
0.1588
0.45
J
capa de arena/materiales cementados
32.0
32.3
1.50
19.20
0
0.80
0.6
19.20
3532.80
-
0.45
32.3
39.2
1.20
5.12
0
0.80
0.6
5.12
583.00
0.1342
0.45
39.2
39.6
1.50
9.38
0
0.80
0.6
9.38
1725.00
-
0.45
39.6
46.0
1.20
5.65
0
0.80
0.6
5.65
620.00
0.1500*
0.45
46.0
46.2
1.60
19.20
0
0.80
0.6
19.20
3532.80
-
0.45
46.2
46.5
1.20
5.85
0
0.80
0.6
5.85
650.00
0.1500*
0.45
Capa de arcilla de baja resistencia al corte y alta K compresibilidad. Contenido de agua >300% L
Capa de arena/materiales cementados Capa de arcilla de baja resistencia al corte y alta
M compresibilidad. Contenido de agua >300% N
capa de arena/materiales cementados
Donde: g = Peso volumétrico; t/m3 c = Cohesión en condiciones no drenadas, t/m2 φ = Ángulo de fricción interna en condiciones no drenadas, (grados) K0 = Coeficiente de empuje en reposo. su = Resistencia al esfuerzo cortante en condiciones no drenadas, t/m2 E= Módulo de elasticidad del suelo, t/m3 n= relación de poisson K= relación de esfuerzos
Capa de arcilla de baja resistencia al corte y alta O compresibilidad. Contenido de agua >300%
Con dicha información se realizaron las revisiones de estabilidad, tomando como referencia que el procedimiento a emplear es muro Milán. Las principales revisiones de estabilidad realizadas fueron: falla de fondo, falla por subpresión, estabilidad de la zanja para alojar el muro Milán, revisión por flotación, etc; en este documento se presentan los resultados obtenidos del análisis de la estabilidad de la zanja para alojar el muro Milán, tomando como caso de ejemplo la lumbrera L1. A partir de los parámetros definidos en la Tabla 1; se realizó un análisis del proceso constructivo del muro Milán, mediante métodos de elemento finito (PLAXIS 2D). Para el desarrollo del análisis se realizaron las siguientes consideraciones: • Ley constitutiva: Mohr-Coulomb. • Análisis modelo en deformación plana 2D. • Propiedades de los suelos de acuerdo a lo indicado en la Tabla 1, los valores de cohesión y los módulos de elasticidad se estimaron a partir de la resistencia de punta del cono eléctrico y de pruebas mecánicas realizadas a muestras inalteradas.
• El NAF se ubico a =1.46m • El Muro Milán se modelo como elemento suelo, con espesor de 60cm, g=2.2 t/m3 (22 kN/m3), E=14000 √f’c, c= f’c/2 , con f’c=350 kg/cm2. • Las pantallas de lodo autofraguante se modelaron como elementos viga de espesor de 60cm y f´c=5kg/cm2. • Longitud de los muros Milán y pantalla, L=29.55m • Se considera el uso lodo bentonítico para estabilizar la zanja del muro Milan, de g=10.7 kN/m3. Debido a la baja resistencia al corte de las arcillas, y al prefacturamiento que se estima tiene el depósito de arcillas; para mitigar el problema de pérdida de lodos o concreto durante la etapa de construcción de muros Milán, se planteó como medida de mitigación al efecto de fracturamiento hidráulico, la construcción previa de una pantalla impermeable que permitiera aislar el núcleo de la lumbrera durante la construcción de los tableros. Los casos de analizados fueron:
mera, considera la construcción de la pantalla externa, como segunda etapa considera la excavación de la zanja para el muro Milán, estabilizando la zanja con lodo bentonítico, finalmente la tercera etapa sustituye el lodo bentonítico por el concreto del Muro Milán. Derivado de los análisis indicados se obtuvo la figura 4, donde se resumen los resultados de los análisis realizados. Como se observa en la siguiente figura, la construcción previa de una o dos pantallas perimetrales impermeables, permiten mejorar el comportamiento deformacional del proceso de construcción del muro Milán; tomando como referencia las condiciones geotécnicas que se reportan en el sitio de la lumbrera L1; que debido a la baja resistencia y alta compresibilidad, la construcción de los muros Milán, activa un cambio en el estado de esfuerzos del suelo, traduciéndose en la activación de fisuras pre-existentes, alta deformabilidad del depósito y perdidas de fluido estabilizador.
31 Construcción
a. ANÁLISIS A: Construcción de muro Milán sin considerar la construcción previa de pantallas perimetrales impermeables. se conforma por dos etapas constructivas, siendo la primer etapa la excavación de la zanja para el Muro Milán, estabilizándola mediante lodo bentonítico, como segunda etapa se sustituye el lodo bentonítico por el Muro Milán b. ANÁLISIS B. Construcción de muro Milán considerando la construcción previa de dos pantallas perimetrales (exterior e interior). Se conforma por tres etapas constructivas, la primera, considera la construcción de las pantallas externa e interna, como segunda etapa considera la excavación de la zanja para el muro Milán, estabilizando la zanja con lodo bentonítico, finalmente la tercera etapa sustituye el lodo bentonítico por el concreto del Muro Milán. c. ANÁLISIS B: Construcción de Muro Milán considerando la construcción previa de una pantalla perimetral (exterior).: Se conforma por tres etapas constructivas, la pri-
Construcción
32
Figura 4. Análisis teórico de la estabilidad de la zanja para alojar el muro Milán.
ANÁLISIS GEOTÉCNICO DEL TÚNEL Para el análisis de interacción suelo-estructura del revestimiento primario conformado por dovelas, se utilizó el método de elemento finito mediante el software PLAXIS 2D en su versión 9.02; considerando un comportamiento del suelo en condiciones no-drenadas aplicando el Método B, donde se consideró: • parámetros de resistencia del suelo en condiciones de esfuerzos totales y, • parámetros de rigidez en condiciones drenadas.
Los objetivos principales del análisis realizado con ayuda del elemento finito, fue determinar las deformaciones y estado de esfuerzo actuantes en el anillo de dovelas para la definición de los elementos mecánicos. y diseño estructural del elemento. El criterio de análisis a seguir se resumen en los siguientes puntos: • Condiciones a corto plazo. • Condiciones hidráulicas actuantes: no se considera abatimiento. • Se considera una sobrecarga superficial de a 3 t/m2, correspondiente al peso de la maquinaria en superficie.
Construcción
34 • Propiedades de resistencia y deformabilidad del suelo en condiciones no drenadas. • Con el fin de considerar la flexibilidad del anillo de dovelas, en el modelo de análisis se consideró una reducción del módulo de Elasticidad del concreto, variando dicho valor entre 10 y 25%, esto considerando la referencia :Ref. (02). Paul et al. 1982.. Las principales hipótesis del modelo de análisis indicado son: a. La colocación del revestimiento se efectúa simultáneamente con la excavación. Esta hipótesis representa adecuadamente las condiciones constructivas cuando el túnel se excava con un escudo y, el revestimiento está formado por dovelas prefabricadas. b. El problema analizado se considera bidimensional, de profundidad infinita, por lo que no se consideran condiciones transitorias de esfuerzos en la cercanía del frente. La selección de las secciones geotécnicas más determinan-
tes para el cálculo estructural del soporte inicial mediante anillos de dovelas (endovelado) se realizó teniendo en cuenta los siguientes parámetros: • Cobertura de tierras: determina la presión de tierras que actúa sobre el endovelado. • Nivel piezométrico actuando a la profundidad del túnel: determina la presión de agua que actúa sobre el endovelado. • Peso específico de los suelos: determina la magnitud de la presión de tierras que actúa sobre el endovelado. • Coeficiente de empuje en reposo (Ko): determina la presión horizontal de tierras que actúa sobre el endovelado. Para el caso de los depósitos arcillosos se considerará un valor de 0.60. • Rigidez del terreno (E): determina la reacción del terreno circundante al túnel, cuando el endovelado se deforma. Condiciones No-Drenadas A continuación se presenta un ejemplo del resumen de los resultados obtenidos en PLAXIS.
RESUMEN GRÁFICO DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LA SECCIÓN DE LA LUMBRERA L1, CONSIDERANDO UNA DISMINUCIÓN DEL (EI) DEL 10%. MOMENTO
FUERZA AXIAL
Max=4.381 t*m/m
Nresp=59.089 t/m
DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL
DESPLAZAMIENTO VERTICAL
Malla de elemento finito
FUERZA CORTANTE
Vmax=2.956 t/m
Dytotal=0.02415 m; D=0.431% Dxtotal=0.01746 m; D=0.312%
Figura 5. Resumen de los resultados obtenidos en el análisis de elemento finito, de la sección de la lumbrera L1
CONCLUSIONES
REFERENCIAS
La construcción de las lumbreras y la excavación del túnel, se realizará en condiciones de suelos blandos saturados: Arcillas de alta plasticidad de baja resistencia al corte y alta compresibilidad.
Ortega et al. (2007) “ Origen y evolución de un nuevo lago en la planicie de Chalco: implicaciones de peligro por subsidencia e inundación de áreas urbanas en Valle de Chalco”.
En un período de 4 años, el registró piezométrico en los sitios de las lumbreras, indica que no existe abatimiento en la zona de construcción. Esto se puede deber a la posible comunicación de los estratos arenosos con el canal, a través de las microfisuras del estrato arcilloso. A partir de los resultados obtenidos en el análisis de estabilidad de la zanja para alojar el muro Milán de las lumbreras, se observa una clara influencia favorecedora de las pantallas de lodo fraguante al proceso de construcción de los muros; principalmente, porque permiten disminuir los desplazamientos horizontales inducidos por el colado del muro; ya que sin la construcción previa de la pantallas, se observan desplazamientos teóricos del orden de 2 cm en dirección externa al muro Milán; y con la construcción de las pantallas los desplazamientos se reducen a 6.86mm. Es importante mencionar que los análisis presentados no modelan los posibles fracturamientos pre-existentes en los estratos arcillosos, debido a que su detección es sumamente complicada aun usando técnicas no invasivas como la geofísica. Dicha condición induce a provocar un fracturamiento hidráulico de la masa del suelo, durante el cambio de esfuerzos provocado por la excavación. En el caso de la construcción del túnel, será importante llevar un control del proceso de excavación, cuidando los aspectos constructivos como: la inyección de contacto suelo-dovela, tanto la presión por aplicar como el control de volumen por inyectar; esto para asegurar el confinamiento del anillo de dovelas, condición de suma importancia para el comportamiento deformacional del anillo.
Paul et al. (1982). “Design Recommendations for concrete tunnel linings. Vol. I y Vol. II. University of Illinois at Urbana. Champaign Department of Civil Engineering. November, 1983. Anexo 1 “Términos de Referencia”, Comisión nacional del agua -Coordinación general de proyectos especiales de abastecimiento y saneamiento-Gerencia de ingeniería-Dirección general adjunta de supervisión de obras hidráulicas- Subgerencia de supervisión de obras hidráulicas-Subgerencia de estudios y proyectos, 2 de diciembre 2013. Trabajos de campo y laboratorio para diseño geotécnico del sitio de la Lumbrera L1 del Túnel Canal General, CONAGUA. Programa Plaxis 2D, Ver 8.5, desarrollado por Delft University of Technology and Plaxis B.V., The Netherlands (2002)
Ingeniería
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Un trabajador de Statkraft, la compañía propietaria del proyecto, es testigo del cale del doble escudo Robbins en el proyecto hidroeléctrico turco de Kargi Kizilirmak, el 5 de julio de 2014.
Siete galerías auxiliares en 2 kilómetros. Fueron algunos de los retos superados en el proyecto hidroeléctrico turco de Kargi Kizirilmak. El 5 de julio de 2014, un doble escudo Robbins de 10 m acabó de imponerse a obstáculos de lo más variado: desde zonas de falla a terrenos deformables. Los equipos de profesionales lograron llevar a cabo una labor excelente de principio a fin colaborando para aplicar modificaciones en la máquina en el mismo interior del túnel. La máquina escogida conjuntamente por el propietario, los asesores, Robbins y el contratista Gülermak, excavó 7,8 km de túnel que supusieron todo un desafío desde el primer momento. La tuneladora, puesta en marcha en 2012 en condiciones geológicas desfavorables, requirió la excavación de galerías auxiliares a lo largo de los primeros 2 km de excavación. Todas las partes implicadas en el proyecto colaboraron para aportar
El reto turco de kargi,
Superado
soluciones en circunstancias tan exigentes. El contratista, con la ayuda del servicio técnico de Robbins, instaló una perforadora para la colocación de paraguas de pilotes y un posicionador fabricados a medida para Gülermak, que permitiesen instalar pilotes de sostenimiento a través del escudo delantero. El sostenimiento de la clave del túnel se resolvió mediante unos pilotes de 90 mm de diámetro, insertados hasta una distancia de 10 m por delante de la cabeza de corte. La inyección de resinas y lechada ofreció protección para evitar derrumbes. Gracias a la perforación de sondeos, Gülermak pudo medir y rellenar cavidades de más de 30 m por encima de la cabeza de corte, al tiempo que se iban detectando las rocas fracturadas que se encontraban más allá del frente. Tras las modificaciones, la tuneladora Robbins registró avances notables. En la primavera de 2014, logró un récord
mensual de 723 m. De este modo, el rendimiento de la TBM superó ampliamente al del otro frente de avance, en el extremo opuesto del túnel, en el que se utilizó un procedimiento de perforación y voladura. Los equipos desplegados en ese frente perforaron 4 km, en los que lograron avances mensuales de 200 m. La longitud total del túnel es de 11,8 km. «Este ha sido el trabajo más duro de toda mi carrera en la construcción de túneles», afirmó Yunus Alpagut, representante de Robbins en Turquía e involucrado en el proyecto desde el principio. «El hecho de haberlo concluido de manera satisfactoria es una prueba de la pericia y dedicación de los equipos de Robbins y Gülermak». Una vez conectado a la red, el proyecto hidroeléctrico de Kargi Kizilirmak, construido para la compañía de propiedad noruega Statkraft AS, generará 470 GWh al año: suficiente energía para cubrir la demanda de más de 150 000 hogares.
Ingeniería
38 «S-K reconstruyó la máquina y la transformó en un aparato totalmente customizado; sobredimensionaron la máquina para enfrentarse a la roca» Tim Shutters, supervisor de construcción, Citizens Energy Group.
Una máquina híbrida con destino al D. F. El proyecto del Túnel Emisor Poniente (TEP) II en la Ciudad de México es una compleja conducción de aguas residuales cuyas condiciones geológicas prometen presentar ciertas dificultades durante la excavación. Se espera que el túnel de 5,9 km de longitud atraviese rocas en el 90% de su trazado, pero con algunas zonas extensas de terreno más blando. Robbins suministrará una tuneladora híbrida EPB/escudo simple de 8 m, optimizada para la excavación en roca, al consorcio ALDESA/PROACON/RECSA. En gran medida, el diseño de la TBM es el resultado de las lecciones aprendidas en Kargi (véase la página 1). En el TEP se preinstalará la perforadora para la instalación de paraguas de sostenimiento diseñada en Kargi, lo cual proporcionará otro anillo para la perforación de sondeos cerca de la cabeza de corte, o para la colocación de los pilotes. La tuneladora cuenta con una segunda perforadora de sondeos ubicada en una posición más retrasada. Otra característica añadida a la máquina del TEP tras las experiencias en Kargi es la capacidad de operar «en alto par o en par excepcional de desatascamiento». En terrenos desfavorables, se pueden activar las reductoras de dos velocidades para desatascar la cabeza de corte. Se espera que esta exclusiva tuneladora empiece a excavar en la primavera de 2015.
«No sé a ciencia cierta si se trata de un récord, pero teniendo en cuenta las resistencias de la roca y el calor generado…, no me sorprendería» John Marcantoni, jefe de proyecto, Southland.
Ingeniería
40
Las microtuneladoras Robbins
Salen al mercado
Las microtuneladoras constituyen el ASPECTO MÁS NOVEDOSO del concepto de suministro completo de Robbins, que convierte a la compañía en uno de los escasos fabricantes que ofrecen un conjunto de equipos que comprende desde los pequeños hasta los grandes diámetros. La línea de máquinas para la perforación de microtúneles se adapta perfectamente a un amplio abanico de condiciones: desde terrenos blandos hasta frentes mixtos y proyectos en roca dura, y se pueden utilizar por debajo del nivel freático a presiones de hasta 3 bares. Grahame Turnbull, jefe de Sistemas de hinca de tuberías y Microtúneles es optimista acerca de la entrada de Robbins en el mercado de la excavación de microtúneles: «Se está produciendo un gran crecimiento en países en desarrollo, desde el sureste asiático hasta África, que en estos momentos están emprendiendo importantes mejoras en materia de infraestructuras». La línea de equipos de excavación de microtúneles incluye paquetes completos con la máquina, la estación de empuje de tuberías y la planta de separación: «Todo menos el generador y la tubería», indica Turnbull. El equipo se fabrica a medida con el tamaño idóneo para cada proyecto y se puede producir en tamaños distintos
a los estándares DIN, así como en los tamaños DN 250 hasta DN 3000. Turnbull explica la ventaja que supone: «Si estás construyendo un túnel con tuberías Hobas de 48 pulgadas (1,2 m), podrás usar una máquina con un tamaño estándar DN de 60 pulgadas; pero si quieres usar un tubo de hormigón, el diámetro podría ser diferente, pongamos 64 pulgadas. Si utilizas una máquina de otra compañía con un tamaño DN estándar, tendrás que aumentar las dimensiones de la rueda de corte y añadir una camisa al escudo de la máquina para salvar la diferencia». Además de estar construidas a medida, las máquinas para la excavación de microtúneles Robbins se fabrican con todos sus accionamientos eléctricos en lugar de hidráulicos, y ofrecen la posibilidad de montar cortadores Robbins de larga duración para máquinas SBU. También se puede diseñar un acceso al frente para máquinas de más de 43 pulgadas de diámetro (DN 1100), que permita cambiar los cortadores de montaje trasero en condiciones de roca en las que no haya una cantidad de agua considerable. Turnbull tiene muchas esperanzas puestas en la nueva línea de productos y está encantado de poder incorporarlos a la gama de servicios de primera línea mundial de Robbins. «Disponemos de una red de servicio técnico a nivel global y estamos a plena disposición de nuestros clientes: desde la formación del personal hasta el cale de la máquina».