para el tramo de conexión entre las líneas 2 y 3 del Metrorrey
- José Luis Quintana López Ingeniero civil con maestría en Geotecnia. Cuenta con nueve años de experiencia profesional, durante los cuales ha participado en más de 30 proyectos ingenieriles y de construcción geotécnica.
En este artículo se exponen las actividades realizadas para la ingeniería de valor desarrollada en el tramo de conexión del Sistema de Transporte Colectivo Metrorrey. Las tareas abarcan análisis de laboratorio, pruebas de campo, desarrollo de ingeniería en gabinete y seguimiento de obra. Se describen algunas de las actividades más relevantes que permitieron incrementar la eficiencia constructiva, los tiempos, la calidad y la economía de la obra, y se reseña el proceso de excavación y construcción del túnel, el cajón y la rampa de conexión con el tramo elevado.
El incremento de la demanda de transporte público de la zona metropolitana de Monterrey exigió la continuación del plan maestro de transporte y la construcción de la línea 3 del Metrorrey, con una longitud de 7.50 km, el primero de ellos subterráneo, que dará servicio a más de 280 mil usuarios.
La obra subterránea se inicia bajo la Macroplaza, en la cola de maniobras de la actual terminal Zaragoza; se conecta mediante un túnel que tiene una cobertura de suelo de 6.15 m en promedio y un recorrido de 290 m a lo largo de la calle Padre Mier; pasa bajo un par de estructuras porfirianas de dos y tres niveles catalogadas por el INAH y termina en su conexión con el cajón a cielo abierto, donde la profundidad a la clave es de apenas 4.93 m. Estos niveles de clave tan someros despertaron preocupación ante el riesgo de inducir fallas en las estructuras cercanas, aunque no estuvieran catalogadas.
Esquema geotécnico
La estratigrafía del sitio está compuesta por cuatro unidades: en la superficie existe un relleno de 1.50 m en promedio, seguido de un depósito de suelos finos de 3.80 m de espesor hasta desaparecer prácticamente en el tramo de conexión entre túnel y cajón; subyace un estrato aluvial grueso con rocas de cantos redondeados de hasta 50 cm de diámetro, con espesor medio de 9 m; este estrato es particularmente importante porque en él se desplantan todas las estructuras que componen esta obra. Finalmente, por debajo hay lutita fracturada, conocida localmente como almendrilla.
La característica de mayor complejidad del subsuelo es la existencia de un nivel freático entre los 6 y los 10 metros de profundidad que fluye desde el río Santa Catarina; esto dificultó la construcción, al repercutir en la estabilidad y resistencia del suelo tanto para la excavación de los tramos de túnel y el cajón como para la perforación de las pilas que se utilizaron en el sistema de contención en los tramos de excavación a cielo abierto.
La existencia del nivel freático fue advertida durante la etapa de exploración, lo cual llevó a realizar pruebas de permeabilidad. Se obtuvieron permeabilidades de 3.1 × 10-2 cm/s en la zona de excavación, lo cual complicó el desempeño de actividades en campo como la aplicación de concreto lanzado; pero, sobre todo, comprometió el margen de seguridad y la estabilidad en los frentes de excavación tanto en el túnel como en la sección cajón. Ante ello se planteó originalmente un sistema de bombeo para controlar las aguas subterráneas.
Ingeniería de valor aplicada en la obra
El diseño de esta obra fue liderado por Enrique Santoyo Villa, analizada y comentada por el Sistema de Transporte Colectivo Metrorrey, y supervisada por la Universidad Autónoma de Nuevo León.
Tomando en cuenta la complejidad de la obra, por el diámetro de 8.20 m en el túnel y su cobertura entre 6.2 y 5.2 m, el equipo de diseñadores fue recontratado para realizar la ingeniería de valor (optimizar el proyecto desde las perspectivas técnica, de seguridad, constructiva y económica), así como para identificar acciones que permitieran mantener las construcciones –las catalogadas y las no catalogadas– con deformaciones mínimas tolerables: 15 mm de asentamiento total y distorsiones angulares de 0.17°. Asimismo, se planteó el objetivo de incrementar la eficiencia en los trabajos y optimizar el costo de la obra sin comprometer su seguridad.
Para lograr estas metas fue imprescindible contar con un cuerpo de ingeniería que diera seguimiento a las circunstancias y necesidades de la obra para realizar las modificaciones y adecuaciones al proyecto con base en los parámetros que definieron el comportamiento de la obra y las construcciones aledañas: deformaciones en superficie, líneas de convergencia del túnel y desplazamiento de las paredes de excavación en los tramos a cielo abierto, así como desplomos, líneas de colimación y asentamientos de las edificaciones en superficie.
Procedimientos de excavación de la galería y el túnel
La excavación del túnel del metro, por la estrechez de la calle Padre Mier, se inició desde una lumbrera ubicada en un predio fuera de la franja del proyecto, a 97 m de la conexión con la línea 2, para lo cual hubo de construirse una galería de acceso con diámetro de 8 metros.
Al abrir el frente de excavación de la galería se observó que los suelos tuvieron mayor resistencia que la considerada originalmente, lo cual permitió aumentar la altura de excavación de la media sección superior un metro más de lo que se había establecido en el proyecto, como se muestra en las figuras 1 y 2, así como en la tabla 1.
Excavación de la galería
Se ratificó la factibilidad de incrementar la altura de la media sección, de los 4.50 m de proyecto a los 5.50 m para continuar la construcción, conservando un factor de seguridad mayor al admisible. Esto hizo posible aumentar la longitud de los enfilajes de los 12.00 m de proyecto a 16.00 m, dejando un traslape de 3.00 metros. Posteriormente, tan sólo se realizó una rampa desde el portal de la galería hasta el lateral sur del túnel, dejando bermas laterales para evitar la falla de las zapatas temporales.
Excavación del túnel del metro
Con base en las lecciones aprendidas durante la excavación de la galería, las dificultades constructivas del túnel del metro se resolvieron controlando los avances de excavación y con soluciones locales ante pequeños desprendimientos de suelo.
Como resultado de lo anterior, se logró incrementar los avances de excavación en un 75%, sin notar indicios de falla en el frente o hundimientos fuera de lo tolerado y sin que cualquiera de las construcciones aledañas sufriera daños.
Protección de las excavaciones a cielo abierto
Estabilización proyectada
El frente de excavación a cielo abierto se inició con la perforación de pilas tangentes de 60 cm de diámetro para el sistema de contención, que fueron complementadas con un primer nivel de troqueles con tubos de acero A-36 de 8 pulgadas de diámetro, cédula 40 a 8.85 m sobre el nivel máximo de excavación (NME), y otros dos niveles de troqueles con tubos de acero A-36 de 12 pulgadas de diámetro cédula 40, uno a 5.05 m y otro a 1.80 m sobre el NME, como se muestra en la figura 3 y la tabla 2, todos con separación horizontal de 3.00 metros.
Estabilización modificada
Mediante un análisis geotécnico en el cual se involucraron las condiciones del terreno observadas en el proceso de perforación de pilas y excavación de los primeros metros de terreno, se demostró la factibilidad de simplificar el sistema de contención al requerir pilas de 0.60 m de diámetro, pero separadas 0.90 m respecto a los ejes y dos niveles de troqueles de tubos de acero A-36 con diámetro de 8 pulgadas cédula 40, separados cada 3.60 m, uno a 5.00 m y otro a 8.00 m sobre el NME.
Excavación a cielo abierto para el cajón de la línea del metro
Gracias a este sistema de contención fue posible aumentar la eficiencia del sistema constructivo sin deformaciones excesivas ni tendencias de falla o ineficiencia; se conservó así la seguridad y estabilidad de la excavación ejecutada. Sin embargo, el hecho de haber separado las pilas permitió que por el flujo de agua se produjeran dos desprendimientos de suelo de hasta 14 m³ entre las pilas, aunque fueron solventados rápidamente.
Excavación del cuarto de ventilación
Partiendo de estas lecciones, para la construcción del nuevo cuarto de ventilación se decidió implementar un sistema de contención a base de pilas tangentes de 1.00 m de diámetro para evitar los desprendimientos de suelo en las paredes de la excavación. Por otro lado, se recurrió a avances de excavación cortos en sentido longitudinal, para eliminar la necesidad de troqueles, haciendo que las pilas contiguas recibieran los empujes del suelo a través de la trabe cabezal y comprimieran el suelo por excavar para que éste funcionara como puntal.
Sistema para abatimiento de aguas freáticas
El proyecto contemplaba la colocación de 92 bombas de baja potencia cada 4.00 m a lo largo del túnel, con todos los pozos verticales. Sin embargo, durante la obra se comenzaron a colocar bombas de mayor potencia cada 6.00 m, con lo que se disminuyeron tiempos y gastos de mantenimiento. Este cambio no produjo afectaciones importantes en la eficiencia del bombeo, y permitió una excavación segura.
Cuando se tenía un avance relativo de 75% de la excavación del túnel, se notaron algunas fisuras en las guarniciones de las banquetas sobre la Av. Padre Mier, evidencia de un hundimiento local de 9 mm y asentamientos diferenciales poco menores de 3 mm, causados por el mismo bombeo, lo cual se consideró dentro de los umbrales de deformación permisibles.
Por otra parte, para aumentar la eficiencia en el bombeo, la ubicación de las bombas debía ser colineal al eje del proyecto, pero había casas sobre éste, en la zona cercana a la conexión con la línea 2, y ello obligó a realizar pozos inclinados como el mostrado en la figura 4.
Conclusiones
La ingeniería de valor es una herramienta importante para la seguridad de las construcciones y el control de los costos, en particular en el campo de la geotecnia, pues es un efectivo proceso de ingeniería para enfrentar las incertidumbres comunes en el subsuelo.
Asimismo, permite obtener soluciones rápidas y prácticas a problemáticas de obra y obliga al trabajo conjunto de proyectistas, supervisores y constructores.
