Túneles Metro de Valencia

Universidad de Los Andes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Vías
Geotecnia
CLASE Nº 10 DE TÚNELES
METRO DE VALENCIA
Prof. Silvio Rojas
Diciembre , 2003
Alineamiento que define el
desarrollo del Metro de Valencia
entre
sus
respectivas
estaciones.
El trazado
similar a una
cruz:
Brazo Norte-Sur
: Eje principal de
la Ciudad
Brazo EsteOeste: Eje
centro de la
ciudad-centros
industriales
La empresa INGE ROCA (1999), presenta la certificación del perfil geotécnico
de la línea 1 del Metro de Valencia:
Ensayo SPT (Standard Penetration Test), con la ayuda de un equipo tipo continuous
-flight auger drill, recuperando muestras alteradas de suelo, con un muestreador tipo
cuchara partida. Las muestras alteradas recuperadas se llevaron al laboratorio, para
los ensayos de caracterización especificados en las normas A.S.T.M.
Tramo entre la estación Plaza de Toros y La estación Las Ferias
Fundamentalmente, por la presencia de un solo horizonte de arcilla arenosa (CL),
medianamente plástica, de consistencia dura a rígida, hasta los 20 m de profundidad,
en el que se alternan superficialmente pequeños lentes de arenas limosas (SM) y
arcillosas (SC), de densidad media y espesor máximo igual a 4.00 m. Se detectó la
presencia de las aguas de infiltración, localizadas a partir de los 6.00 m de profundidad,
sin la presencia de nivel freático. En este tramo de acuerdo al estudio geotécnico, los
parámetros varían en el siguiente rango:
•Número de golpes: 20 a 24
•Peso unitario: 1.88 a 1.95 ton/m3.
•Fricción (φ): 15 º a 20º. (se interpreta que los valores deben ser en condición drenada)
•Resistencia a la compresión simple (qu): 10 a 18 ton/m2 (se interpreta que los valores
deben ser en condición no drenada).
•Módulo de elasticidad (E): 130 a 420 ton/m2.
•Coeficiente de poisson (ν): 0.30 a 0.35.
•Clasificación del suelo como: CL
Un tramo considerable del túnel entre estas estaciones, la carga en el techo del túnel
será producida por arena arcilla (SC) y en arena limosa.
Estación Las Ferias
Existe predominio de la matriz arcillosa de gradación variable, extendiéndose
longitudinalmente el estrato arcilloso (CL) de plasticidad media y consistencia semidura
a rígida hasta la progresiva 3+330. Incrementa su espesor hasta los 20 m de
profundidad, limitando el estrato arenoso (SC ó SM).
La observación de un piezómetro en está estación, reportó la presencia de aguas
subterráneas a partir de los 11 m de profundidad.
En esta estación de acuerdo al estudio geotécnico, los parámetros varían en el
siguiente rango:
•Número de golpes: 12 a 20
•Peso unitario: 1.91 a 1.99 ton/m3.
•Fricción (φ): 10º a 20º. (se interpreta que los valores deben ser en condición drenada)
•Resistencia a la compresión simple (qu): 10 a 19 ton/m2 (se interpreta que los valores
deben ser en condición no drenada).
•Módulo de elasticidad (E): 100 a 328 ton/m2.
•Coeficiente de poisson (ν): 0.35.
•Clasificación del suelo como: CL
Etapas de desarrollo del Sistema Metro de Valencia Fuente: C.A. Metro de Valencia, 2002.
•Tendrá aproximadamente 22 kilómetros de línea
comercial
•24 estaciones repartidas en 2 líneas
•Es un sistema de ferrocarril urbano ligero con derecho
de vía exclusivo en forma subterránea.
•Las estaciones son estructuras subterráneas
•Longitud entre 140 y 160 m
•Ancho entre 22 a 26 m de ancho
•Profundidad 18 a 20 m y 3 niveles en los tramos construidos
con TBM
• Profundidad de 10 a 12 m y 2 niveles en la estación
Monumental.
Sección longitudinal típica de estación Fuente: Grupo AM, 2003.
•La estación Monumental, construida a cielo abierto con sobreexcavación
•Las otras estaciones se construyeron utilizando el método
llamado “inverso” o de Milán.
•Con equipos de ventilación menor, aire acondicionado y de
enfriamiento mecánico.
•En su conjunto estarán equipadas con un total de 430 m de
escaleras mecánicas, 18 ascensores de 7.5 m de altura en
promedio
Sección transversal
típica de estación
Fuente: Grupo AM,
2003.
•El tope de riel a un promedio de 17 m de profundidad
•La longitud de los andenes que ocuparan los pasajeros es
de 122 m.
•Accesos con escaleras fijas y mecánicas, a ambos lados de la
estación.
•Se ha previsto la instalación de dos ventiladores de emergencia
en cada uno de los extremos de la estación, dichos ventiladores
serán axiales, de flujo reversible, cada uno con capacidad para
manejar 42.5 m3/seg.
Sección longitudinal incendio en estación Fuente: Grupo AM, 2003.
Incendio en la estación
Los ventiladores de emergencia de la estaciones contiguas
pueden operar en extracción a fin de reforzar el desalojo de
humo de la estación afectada.
Incendio en el túnel
Los ventiladores de emergencia de la estación más cercana al
incendio, funcionarán en modo de suministro, entre tanto, los
ventiladores de la estación más alejada operarán en modo de
extracción.
SISTEMAS DE AVANCE
Y SOPORTE DEL TUNEL
•Excavación en trinchera cubierta
•Excavación mediante TBM.
•Método invertido ó método milano
para la construcción de las estaciones
Excavación
en
trinchera cubierta
El rendimiento: 6 m lineales de muro diario y 42 m lineales de techo a la semana
47 m3 de concreto en muros al día
260 m3 de concreto para las losas a la semana.
Sistema de construcción en trinchera cubierta
Sistema de construcción en trinchera
cubierta para avance en túneles.
Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
Sección típica del túnel por el método de trinchera cubierta.Fuente: C.A. Metro de Valencia, 2002
Sistema constructivo fue el clásico:
•Se hizo una trinchera con una sección de 9 m de ancho x 4.72 m
de alto, con taludes inclinados.
•Estabilización de los taludes con una sobre excavación o con
concreto proyectado de 7,5 cm. de espesor y reforzándolo con
malla metálica anclada al terreno.
•Armado y vaciado de las fundaciones de los muros y parte
inferior de las paredes de los muros.
•Armado y vaciado de la losa de techo y parte superior de las
paredes del muro
•Finalmente la losa de piso.
•Relleno aproximado de tres metros, utilizable para el paso de
servicios, hasta la rasante de superficie.
Excavación
mediante TBM
Excavación del túnel con la máquina tuneladora
TBM (Tunnel Boring Machine)
Debido a la gran perturbación que tiene el sistema de avance en
trinchera cubierta, La C.A metro de Valencia, avanza en la
excavación del túnel con la máquina tuneladora TBM (Tunnel
Boring Machine)
El consorcio GUELLA SOGENE DRAGADOS FCC y OTIPSA
(1999), proponen el método constructivo con TBM de diámetro
9.5 m.
La proposición se hizo debido a que la construcción de dos
túneles gemelos de 5.54 m, obligaba a la construcción de
estructuras costosas en transición y cambiavías y modificaba
partes importantes del proyecto integral.
•El resto de los tramos (desde la estación Las Ferias hasta la estación
Miranda) han sido excavados con el método de túnel con topa.
•La dimensión de los túneles es de 9,5 m de diámetro y a una profundidad de
17 m como promedio.
•Con topa se han perforado aproximadamente 3600 m de túnel.
•La segunda etapa de la línea uno, corresponde a los tramos entre las
estaciones: Miranda – Rectorado – Las Acacias – El Viñedo – Poliedro –
Guaparo, con una longitud total de 3.9 Km. Se tiene previsto que hacer el
avance de este tramo en forma continua, es decir sin ninguna interrupción por
construcción de las estaciones.
Diámetro de corte: 9.544 m
Diámetro de soporte: 9.519 m
Diámetro del escudo: 9.506 m
Long de la TBM = 130 m
Peso de la TBM = 1121 ton
Cabeza cortadora
Cámara que puede ser presurizada:
Máxima presión suelo agua
4 bar en modo operativo
6 bar en modo estático de la TBM
Topa de perforación usada para la construcción del Metro de Valencia
6 puertos de inyección al frente
182 dientes tipo pala de
76 mm
53 dientes trituradores
12 puertas controladas
independientemente
Revestimiento duro resistente a
la abrasión del suelo en el borde
de la cabeza de corte
Topa de perforación usada para la construcción del Metro de Valencia
Conducción de la cabeza de corte y propulsión del Escudo
Sistema de poder
10 motores eléctricos x 225 KW acoplados a bombas de desplazamiento variable
2250 KW de poder total disponible en la cabeza de corte, para su movimiento.
Sistema de conducción (nuevas cajas de transmisión)
12 motores de conducción hidráulicos
Torque máximo 1970 ton-m a 0 a 1.1 rpm
Torque mínimo 980 ton-m a 2.2 rpm
Torque pico de arranque 2580 ton-m. La operación de la cabeza de corte
es bidireccional hidráulica y velocidad variable.
•El túnel circular con TBM se realiza con una sucesión de anillos
premoldeados de concreto, los cuales están formados por 7
segmentos, unidos entre si por pernos.
•El anillo está conformado por 6 dovelas más una dovela pequeña
que permite el cierre, definiendo así el anillo de soporte.
•Su espesor de 0.40 m y longitudes de 1.50 m.
Conjunto de dovelas que conforman el anillo que reviste el túnel
Tramo del túnel con su respectivo revestimiento, proporcionado
por el sistema TBM.
Vista interna del túnel mostrando el revestimiento definitivo
Tipo “escudo"
•Utilizadas por lo general en terrenos blandos
•Se instala el revestimiento en forma de dovelas dentro del
escudo para fines de seguridad.
•Proporcionan un soporte integral al suelo mientras se coloca el
revestimiento.
•Ellas tienen la cabeza cortadora al frente, e integrando el resto
de la máquina en una estructura cilíndrica
Tipo “topo”
•Se utilizan para la construcción de túneles en roca dura donde se
produce un efecto de autosoporte.
• En estos casos el túnel podría o no estar revestido con dovelas
prefabricadas, shotcrete o concreto proyectado.
• Estos equipos corresponden al diseño abierto y consisten
principalmente de tres partes principales (Cortador de cabeza , El
soporte de la cabeza cortadora y Sistema sujetador y montaje del
empuje)
Las TBM con escudo:
El sistema de presión balanceada de tierra (EPB)
•Se utiliza mayormente en suelos de arcilla, fango o arena,
especialmente en áreas urbanas como la ciudad de Valencia
•Donde se requiere un asentamiento mínimo debido a las
profundidades de excavación relativamente bajas (alrededor de
10 m de techo)
•Donde hay problemas de espacio y no es posible utilizar plantas
de recuperación de la bentonita proveniente de escudos de slurry.
• El suelo se mezcla con espuma o agua, lo cual se logra
inyectando espuma a través de orificios ubicados en el área
frontal del escudo
Las TBM con escudo y suspensión (Slurry Shield)
•Soportan con bentonita las paredes el frente de la
excavación del túnel.
•La suspensión penetra en el material del suelo y permite su
estabilización y sellado.
•Se utiliza en suelo de naturaleza granular, tales como
arenas y gravas, en cuyo caso el uso de espumas sería poco
eficaz.
La TBM con el sistema EPB utilizada para la construcción del
túnel del Metro de Valencia:
• Es una máquinade 130 m de longitud y de 1121 ton
•Diseñada para la perforación en terreno mixto y profundidades
entre 7 m y 15 m
•Apropiada para la construcción de este túnel el cual tiene un
techo de aproximadamente de 10 m, conformado especialmente
por arena fina y arcilla
•En este tipo de suelo métodos tradicionales, implicaría riesgo de
hundimientos hacia la abertura en avance.
•La tuneladora ofrece seguridad en el avance en este tipo de
suelo, sin riesgo de pérdidas de vidas humanas por derrumbe del
techo o paredes.
La TBM utilizada en la obra, está
provista:
•Frente de la cabeza cortadora
para excavar, dispuesta en una
cámara
que
puede
ser
presurizada
•Cabeza cortadora acoplada a un
escudo
sencillo
sencillo[
que evita el desplome del techo
durante la excavación
La foto 16, muestra detalles de escudo, donde se aprecia:
las aberturas por donde accionan los dientes para
demolición del concreto en la llegada de la topa a las
estaciones, los dientes para excavación en suelo, la cámara
para recolección del material excavado y
puntos de
soldadura excedente para disminuir el desgaste del escudo.
Aberturas para los
dientes de demolición
del concreto
Ptos de soldadura
excedente
Cámara de
recolección del
material
Dientes para la
excavación en
suelos
Algunos detalles del escudo (Fuente: C.A METRO DE VALENCIA)
•El material removido por los cortadores del frente de
avance, entran a una cámara a través de las ventanas
que tienen el escudo
•El material es llevado hasta la correa transportadora
de material con la ayuda del tornillo sinfín
•La TBM dispone una locomotora con vagonetas para
el transporte del material excavado, hasta el área
donde se carga en camiones.
• El mismo sistema se utiliza en sentido inverso para
transportar el concreto de inyección y las piezas
prefabricadas de recubrimiento del túnel, para luego
colocarlas con un equipo hidráulico especial.
Los cepillos impregnados de grasa que rodean el perímetro
del túnel y entre los cuales existe grasa, lo cual evita que la
lechada inyectada o agua de infiltración de la masa de
suelo, pase adentro de la topa.
También en esta figura, se ve que la reacción de la TBM
para empujar el escudo hacia delante para presionar la
cabeza cortadora se apoya en el revestimiento de dovelas
de concreto ya instaladas, lo cual se logra a través de gatos
hidráulicos ubicados en la estructura circular de la TBM.
La TBM utilizada, excava exactamente un diámetro de 9,52 m,
coloca un recubrimiento de 7 piezas de concreto prefabricado,
que forman anillos de 8,44 m de diámetro interior y 1,5 m de
largo e inyecta concreto en el espacio que queda entre el
recubrimiento y la excavación
Correa transportadora, cables y mangueras de la TBM
En los trabajos con EPB:
•Se mezcla el terreno con espuma o agua, lo cual se logra
inyectando espuma a través de orificios ubicados en el área
frontal del escudo, con la finalidad de proporcionar presión de
soporte al frente del túnel.
•También el lodo (s.r TBM con escudo y suspensión ) es capaz
de mantener la presión del cabezal.
•Impermeabilizar el frente de corte
•Reduce la fricción sobre el escudo y el cabezal de corte
•Mejora la estabilidad del terreno y evitando la posible formación
de chimeneas o derrumbes en el frente de excavación.
• En este caso el aditivo plastificante es CLB F4/TM, compatible
con el pH del suelo a lo largo de la línea y que adicionalmente es
biodegradable.
Puntos por donde se inyecta la espuma al frente de la
excavación para mezclado con el material que
remueve los dientes de la TBM
•La espuma se mezcla con el suelo y proporciona una
especie de cojín de aire, el cual puede comprimirse y
transmitir las presiones de la maquinaria TBM hacia el suelo
al frente del túnel, suministrando así la estabilidad necesaria
para evitar el derrumbamiento del frente.
•En la cámara de perforación se produce una presión
superior al empuje activo del suelo.
•La presión del frente se mantiene cerrando las ventanas de
la cámara de depósito del material excavado y el suelo se
extrae del tornillo sinfín ( a través de un transportador
helicoidal en el sistema cerrado, o se deposita directamente
en el caso del sistema abierto).
•Usualmente las espumas se fabrican a partir de un líquido
concentrado, que seguidamente se convierte en una solución
que se expande con aire antes de utilizarse, aproximadamente
a 300 – 600 litros por metro cúbico de suelo excavado.
•El porcentaje de expansión varía por lo general entre 7% y
11%, aunque se pueden utilizar proporciones mayores según
las condiciones del suelo y las presiones de la descarga.
•La espuma aumenta la elasticidad del suelo y reduce su
permeabilidad y la torsión de la cabeza de corte. También
ayuda a reducir la abrasión así como el desgaste de la
herramienta cortante y del tornillo sinfín.
•Usualmente el uso de un acondicionador de espuma no es
eficaz si el suelo tiene grandes partículas de grava o una gran
permeabilidad y presión; en tal caso es posible que haya que
considerar el uso de una máquina del tipo escudo “Slurry
Shield”.
La distribución del tamaño de partículas proporciona una
indicación de las propiedades del suelo y requisitos del
producto. También, wl, wp, Ip
Para facilidad de acondicionamiento de un suelo, éste debe
tener un índice de liquidez (IL) aproximado de 0.5, mientras que
un índice de liquidez (IL) < - 1 puede indicar un suelo rígido
autoestable.
Para aumentar el suelo al índice de liquidez (IL) correcto, podría
ser necesario inyectar un volumen de agua con la espuma en el
cabezal de corte para ayudar a "desestructurar" suelos
arcillosos rígidos pesados. De esta información básica, se
puede hacer un cálculo aproximado de la velocidad de
disolución, velocidad de inyección de la espuma y velocidad de
expansión de la espuma.
No existen ensayos definitivos para determinar las velocidades apropiadas de
inyección y expansión de la espuma para un suelo particular bajo cualquier presión
de recubrimiento, dichos ensayos están siendo desarrollados por partes
interesadas de la industra
Polímeros acondicionadores del suelo producidos por la empresa MEYCO
En ocasiones, el uso de espuma por sí sola no es suficiente (p. ej., en "terrenos
encofrados", o bajo altas presiones detrás de lechos marinos o fluviales). En esos
casos, hasta ahora se habían utilizado maquinarias de pasta de bentonita. Con la
introducción de estos nuevos polímeros, Degussa Construction Chemicals tiene la
capacidad de extender las posibilidades de máquinas EPB de construcción de
túneles, donde encontrarán zonas de suelos difíciles durante el avance.
MEYCO Fix SLF P1 es diferente a los polímeros convencionales utilizados para
acondicionar el suelo. La mayoría de los polímeros están basados en gomas o
éteres de celulosa, materiales que si bien tienen el efecto deseable de enlazar el
agua, su acción es relativamente lenta. A la larga, absorben demasiado líquido,
haciendo que el suelo sea demasiado seco si la TBM se detiene por un tiempo.
Es un producto líquido, lo cual facilita su transporte a través de los sistemas de
dosificación y bombas.
Por otra parte, MEYCO Fix SLF P1 enlaza las partículas de suelo y agua, pero tiene
un efecto lubricante en el suelo. Su efecto sobre el suelo/agua es inmediato, y no
exhibe un largo tiempo de acción de retirada. MEYCO Fix SLF P2 es un nuevo
biopolímero que puede aplicarse en arenas gruesas y limpias. Cuando se utiliza
junto con espumas MEYCO Fix SLF, puede mantener una consistencia uniforme en
el suelo en suelos con una amplia variedad de contenidos de humedad. Además,
puede ayudar a estabilizar pastas de bentonita bajo aguas salinas subterráneas
Los productos MEYCO Fix SLF y sus productos poliméricos asociados, MEYCO Fix
SLF P1 y P2, pueden combinarse para adaptarse a una amplia variedad de
condiciones de suelos y humedad, incluso cuando las condiciones del terreno son de
"terreno encofrado".
Productos Especiales
Se introdujo recientemente productos especiales que ayudan a la espuma a quebrar
suelo endurecido o especial.
Rheosoil 211 es un agente dispersor importante usado en combinación con los
productos MEYCO FIx SLF donde se encuentran arcillas particularmente duras.
Rheosoil 250 es un ejemplo de un desarrollo que surgió para resolver un desafío. La
presencia de yeso en el terreno impedía que el contratista usase agua para
dispersarlo.
La adición de Rheosoil 250 en el frente envitó que el yeso se hidratase, permitiendo
una operación normal.
un tratamiento fundamental
entre la roca y el revestimiento
Puntos del escudo por donde sale el mortero.
Puntos del escudo para la inyección del mortero
entre las dovelas y el terreno
Algunos factores dificultan perforar un túnel que se ajuste
exactamente al diámetro del equipo de la TBM; entre ellos,
los siguientes:
•La forma del escudo de la tuneladora
•Las tolerancias de las dimensiones y manejo.
•La sobreexcavación.
Estos y otros factores, pueden provocar una separación que
varía entre 50 y 250 mm. Esta separación debe llenarse
rápidamente mediante un material inyectado a presión (grouts
o morteros)
Con la inyección se consigue:
• Evitar el desplazamiento o la flotación del revestimiento
•Soportar las cargas iniciales del área de construcción
•Evitar el desalineamiento de segmentos y la posible rotura
de empaques, lo cual podría acarrear entradas de agua.
•Evitar o eliminar entradas de agua.
El grout o mortero debe cumplir con varios requisitos, tales como:
•Buena plasticidad (asentamiento > 20 cm).
•Facilidad de bombeo a lo largo de la distancia requerida
•Trabajabilidad y facilidad de bombeo al cabo de 4 a 24 horas
(control de hidratación).
•Control de la consistencia (bombeo y estabilidad).
•Ausencia de exudación y segregación (comúnmente < 1%).
•Puede requerir una resistencia inicial alta (0.5 a 1.5 Mpa
después de 2 a 4 horas).
Existe una gran variedad de productos plastificantes,
superplastificantes; acelerantes y productos para el
control de la hidratación; generadores de espuma,
incorporadores de aire y agentes de bombeo. El espacio
que queda entre la pared del túnel y el anillo de dovelas
de concreto, se llena con mortero, a través de los
espacios existentes en el último anillo colocado (ver foto
10 y 11).
Puntos del escudo por
donde sale el mortero.
Estructura de acero que no
permite el giro de la cola
de la topa cuando el frente
del escudo está girando
haciendo el avance.
El anillo va
quedando aquí
atrás.
Vista del escudo de la topa y otros accesorios de la topa
En definitiva la fases básicas, para la extracción del materia
son:
• Estabilizar el frente con un material a presión, que es el
propio escombro excavado, una vez mezclado con productos
de adición, de consistencia viscosa – plástica.
•Lograr que esa mezcla se pueda extraer por medio de un
sistema que no permita perder la presión interior, es decir la
presión del material del frente.
•Lograr que la mezcla tenga la consistencia adecuada para
que sea transportada por cinta y en vagón.
Las cuatro fases básicas de
TBM, son las siguientes:
funcionamiento de la
1.Perforar la longitud de avance de 1.5 m.
2.Parar la máquina y retraer los gatos hidráulicos y mover
la estructura circular de acero de la TBM, para abrir los
espacios de instalación de las dovelas.
3.Instalar las dovelas prefabricadas de concreto, en el
espacio libre que se ha abierto por retracción de los gatos.
4.Apoyar los cilindros de empuje contra el nuevo anillo de
dovelas instalado y empezar a perforar el siguiente avance.
De acuerdo a la experiencia la demora en el ciclo de avance, es
de aproximadamente una hora y es posible la colocación de 15
anillos por día ( 18 a 22 m).
En la foto 17, se aprecia el sistema de gatos hidráulicos de
la TBM conformado por 24 gatos, que como ya se ha dicho,
son los que se apoyan en el anillo de dovelas ya colocado
para que el escudo avance en la excavación. En la foto 17,
también se observa el espacio libre donde colocará el nuevo
anillo de dovelas y sobre el cual se apoyará nuevamente los
gatos hidráulicos.
Especio libre donde
encajan
las dovelas.
Sistema de gatos hidráulicos de la TBM Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
Erector de dovelas para colocación de dovelas. La dovela se coloca, se atornilla e
inmediatamente se fija con las prensas de empuje.
Anillo rígido que
adhiere al erector.
Brazo del
Erector
Cabeza del
erector tomando
la dovela
Dovela
Erector de la TBM para la conformación del anillo de sostenimiento
Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
En la foto 18, se observa al personal técnico instalando el
tornillo a una de las dovelas, por intermedio del cual se
mueven las dovelas, hacia el espacio libre mostrado en la foto
17, donde las tomará el erector para la conformación del
anillo. Este desplazamiento se logra con el gancho que
presenta la foto 18b. La ubicación de las dovelas tal como se
aprecia en la foto 18a, es realizada por de carros (ver foto
18b) construidos especialmente para ello, que se mueven a
través de los carriles de la topa y que con la ayuda de gatos
se colocan en esta posición.
Carros
para
dovelas
Gancho
para mover
dovelas
Orificio para el
tornillo
Tornillo que se instala en
la dovela y que permite su
manipulación
(a) Colocación del tornillo a la dovela que sirve de agarre al gancho y al erector (b) carro para
transportar dovelas y gancho para moverlas al erector. Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
La foto. 13 presenta la sección del túnel, cubierta por muros,
antes de que la topa llegue a la estación. Al fondo se
observa la sección del túnel cubierta con muros de concreto
que serán removidos con la ayuda del martillo hidráulico y la
propia topa.
En las fotos 13 y 14, se aprecia la losa curva construida en
la estación, desde el nivel de los andenes hasta al fondo, la
cual ha sido preparada para el movimiento de la topa a lo
largo de la estación. Parte del fondo de esta losa será
ocupada por el relleno que se hace, para colocar
subdrenajes y elementos para la colocación de los rieles del
metro. La foto 14, muestra el momento en que la topa llega
a una de las estaciones. También se observa el martillo
hidráulico, utilizado en la demolición del muro estructural
construido en la sección del túnel, el cual se apoya en muros
falsos que serán destruidos por la topa.
Muro de concreto
que cubre toda la
sección del túnel
Sección del túnel
Losa curva
Andenes
Losa curva construida en una de las estaciones y por donde
circulará la topa una vez que llegue a la estación.
Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
Losa de
mezzanina
Anden
Anden
Topa
Losa curva
Martillo
Al fondo la topa en el momento en que llega al túnel.
Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
La foto 15, presenta a los operadores y trabajadores de la
topa, una vez que ha culminado la demolición de los muros
falsos en la estaciones cubriendo la sección del túnel. Un de
los aspectos resaltantes de la figura, es la cámara de
recolección del material, en la cual se almacena el material
que luego es extraído con el tornillo sinfín, cuando se hace el
avance en el túnel.
Los dientes presentes en el frente del escudo para la
demolición del concreto existente en la sección del túnel
cuando la topa va arribar a la estación, no están activos
cuando la topa avanza en suelo a lo largo del eje del túnel.
Cámara de
recolección
del material
Dientes para
la demolición
del concreto
Ptos para la
inyección de la
espuma al frente
de excavación
Dientes para la
excavación del
suelo
Concreto
demolido
por la topa
Frente de topa donde se aprecia los dientes utilizados para demoler el concreto de los muros falsos que se
observa al pie de la misma.
Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
La foto 19, muestra la estructura de hierro sobre la cual la topa
apoya sus gatos hidráulicos para iniciar la excavación del
túnel en sección circular. En el Metro de Valencia esta
estructura se construyó en la estación Las Ferias. Se observa
senda vigas de acero inclinadas y una estructura en arco
unida a estas vigas y donde encajan los gatos de la topa.
La foto 20, muestra la parte interna de la topa, donde se
aprecian los rieles de la misma, sobre los cuales se desplaza
los carros de transporte de las dovelas y locomotoras de la
topa. También se ve toda su estructura metálica o cola de la
topa que se desplaza con el escudo sobre ruedas. En toda
esta zona van instaladas las bombas de inyección de grasa
para los cepillos que ya se mencionaron, las bombas de aceite
para todos los motores que están ubicados en el escudo, las
bombas de inyección de la lechada, etc.
Estructura de
hierro
Arco donde se apoya
los gatos
Estructura de hierro, que sirve de apoyo a la topa cuando
inicia la excavación de un túnel. Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
Estructura metálica
de sostenimiento
Al fondo está el
erector, gatos
hidráulicos y
escudo de avance
Rieles de la topa
Areas donde se apoyan las dovelas
transportadas por el vehículo
Ventajas de la TBM :
• Proceso de tunelaje muy sistemático que permite una “curva
de aprendizaje” de corta duración para el contratista.
• El desempeño del tunelaje es casi independiente para una
amplia variedad de condiciones de la masa de suelo.
• Acceso sistemático y seguro, para el revestimiento. No hay
discusiones para seleccionar las diferentes clases de soporte
de la roca y sus variaciones locales.
• Condiciones seguras de trabajo laboral.
Desventajas de la TBM :
• Riesgo de quedar atorado con el escudo, debido a fenómenos
de gran convergencia o de expansión, en el túnel excavado.
• Posibilidades de conducción restringidas para la TBM en
terreno blando.
• Diseño conservador en el diseño del soporte del túnel
(dovelas), relacionado a la cobertura de condiciones pobres de
la masa de suelo o roca, y en consecuencia sobre-diseño en
secciones más favorables del túnel.
• Cada día aumenta la investigación en la modificación de estos
equipos y por tanto de los sistemas de soporte.
Método llamado
“inverso” o de Milán
A partir de la estación las Ferias, las estaciones se construyeron
utilizando el método llamado “inverso” o de Milán.
Este método de construcción, consiste:
• Construir inicialmente las paredes perimetrales y columnas de
soporte de la estructura con el sistema de muros colados
•Luego se excava hasta la cota de techo y se vacía el envigado y
la losa directamente sobre el terreno
•Repitiendo este proceso en el nivel de mezzanina y por último en
el nivel del anden
•Completando la estructura de la estación según un orden
“inverso”.
•Se excavan zanjas longitudinales profundas con cucharones de
almeja, que se van llenando de lodo bentonitico a fin de evitar los
derrumbes de los taludes, ya que la estabilidad de las paredes
laterales se garantiza con la presión obtenida con esa mezcla de
un lodo arcilloso de plasticidad muy elevada (bentonita) y agua.
•Esta mezcla puede penetrar en los vacíos del suelo,
especialmente cuando son granulares, aportándoles cierta
cohesión que incrementa la estabilidad de las paredes de la
excavación. La presión del lodo que llena la zanja, balancea y
supera el empuje activo del suelo, eliminando así la posibilidad de
derrumbes de las paredes.
Fases del método invertido o método Milano, para la
construcción de las estaciones
ilustración gráfica de las fases 1 y 2 en la construcción de las estaciones del metro
Los muros colados también fueron requeridos para la
transición del túnel construido por el método en trinchera al
túnel circular construido con TBM, pues este último exige
profundidades que hacían riesgoso el método de trinchera.
Aquí
se alcanzaron profundidades
de 16 m
aproximadamente, con espesor de muro de 80 cm de
espesor y vaciados por secciones de 4 a 5 m, para formar
las paredes laterales o hastíales del túnel, seguido por la
excavación y posterior vaciado de piso y techo.
Cajuelas
de receso
Acero de
refuerzo
Acero de refuerzo de los muros colados.
Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
Ganchos para
hizado.
Acero de refuerzo de los muros colados.
Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
ilustración gráfica de las fases 3 y 4 en la construcción de las estaciones del metro
ilustración gráfica de las fases 5 y 6 en la construcción de las estaciones del Metro
ilustración gráfica de las fases 7 y 8 en la construcción de las estaciones del metro
Ilustración de la fase 9 en la construcción de las estaciones y sección mostrando toda la
estructura de sostenimiento en una estación
Hilera de
barretes ya
terminados y
donde se apoyan
las vigas y losa.
Espacios en el muro
colado donde se
empotrará la losa de
techo.
Barretes descabezados hasta el fondo de las vigas y vista del área de la losa de techo.
Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
Construcción de la losa de techo con receso en los muros para su empotramiento.
Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
Anillo del Túnel
Dovelas que conforman el sistema de soporte del túnel
Los anillos de concreto armado, los cuales están formados por el ensamble
de siete dovelas, tal como se ilustra en la fig.
El concreto de las dovelas que se han usado en el primer tramo de la
línea 1 del metro de Valencia, es una resistencia nominal de 400
kg/cm2 a los 28 días y una resistencia a las 8 horas de 150 kg/cm2.
La figura , muestra las dimensiones de cada dovela, donde se aprecia su
forma trapezoidal de algunas dovelas, ya que su parte exterior es más
ancha que su parte interior.
El anillo cumple la función:
1.- De sostenimiento evitando derrumbamiento del material (estabilidad y
seguridad), lo cual se consigue con la resistencia a la cual se han
diseñado las dovelas y el buen ensamblaje que existe en la definición del
anillo
2.-Debe cumplir la función de estanqueidad (no permitir filtraciones hacia
el túnel) para lo cual el concreto debe ser de baja porosidad.
A continuación se indica, la cantidad de anillos que se han requerido entre los
tramos de las estaciones, en la primera fase de la línea 1:
•
Entre la estación Las Ferias y la estación Palotal (L=542 m): 362 anillos
•
Entre la estación Palotal y la estación Santa Rosa (L=476 m): 318 anillos
•
Entre la estación Santa Rosa y la est. Michelena (L=545 m): 364 anillos
•
Entre la estación Michelena y la est. Lara (L=555 m): 370 anillos
•
Entre la estación Lara y la estación Cedeño (L=981 m):
•
Entre la estación Cedeño y la est. Miranda (L=635 m): 424 anillos
654 anillos
Estudios de la mezcla del concreto de las dovelas y línea de
producción
Para la fabricación de las dovelas, se usa un concreto que cumpla las
siguientes especificaciones:
•
Resistencia nominal a los 28 días: 400 kg/cm2.
•
Cantidad mínima de cemento:
•
Relación agua cemento máxima en peso:
0.40
•
Resistencia promedio a las 6 u 8 horas:
150 kg/cm2
•
Asentamiento máximo:
•
Excelente acabado superficial
•
Concreto impermeable
350 kg/ m3 de concreto
1“
Para la búsqueda del diseño de mezcla, se realizaron veintiocho
combinaciones, las cuales se muestran en la Tabla Nº 2
Tabla Nº 2.- Combinaciones de materiales estudiadas para el concreto
Combinación
(diseño)
CMV-01
CMV-02
CMV-03
CMV-04
CMV-05
CMV-06
CMV-07
CMV-08
CMV-09
CMV-10
CMV-11
CMV-12
CMV-13
CMV-14
CMV-15
CMV-16
CMV-17
CMV-18
CMV-19
CMV-20
CMV-21
CMV-22
CMV-23
CMV-24
CMV-25
CMV-26
CMV-27
CMV-28
Arena
proveniente de:
Magdaleno
Magdaleno
Uvitas
Uvitas
Uvitas
Magdaleno
Magdaleno
Torito
Magdaleno
Uvitas
Uvitas
Magdaleno
Taguanes
Macenca
Uvitas
Uvitas
Macenca
Taguanes
Macenca
Taguanes
Taguanes
Macenca
Uvitas
Uvitas
Uvitas
Río Acarigua
Macenca
Macenca
Piedra
proveniente de:
Q. Honda
Magdaleno
Uvitas
Magdaleno
Q. Honda
Uvitas
Magdaleno
Magdaleno
Q. Honda 1” ¾”
Magdaleno
Q. Honda 1” ¾”
Uvitas
Taguanes
Cura
Cura
Taguanes
Macomaco
Uvitas
Uvitas
Macomaco
Cura
Taguanes
Uvitas
Uvitas
Río Acarigua
Uvitas
Uvitas
Río Acarigua
Aditivo
Cemento
GLENIUM
GLENIUM
GLENIUM
GLENIUM
GLENIUM
GLENIUM
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
VISCOCRETE
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
Caribe tipo I
VISCOCRETE 6: Aditivo superplastificante reductor de agua de alto rango, para
obtención de altas resistencias
en poco tiempo, utilizados en concretos
autocompactantes, especialmente para prefabricados.
GLENIUM TC1301: Hiperplastificante, reductor de agua de alto rango, para
concretos de baja relación agua/cemento, sin segregación ni exudación, reducción
de la permeabilidad, aumento de las resistencias iniciales y finales.
Diseño
a/c
P.U
arena
(kg/m3)
P.U
piedra
(Kg/m3)
Cantidad en Kg por m3 de concreto
Cemento
Arena
Piedra
Aditivo
Agua
CMV-01
0.37
2.55
2.60
350
1091
361/501
2.80
130
CMV-02
0.37
2.55
2.60
350
1091
862
2.80
130
CMV-03
0.36
2.60
2.72
350
1157
868
2.80
125
CMV-04
0.36
2.60
2.60
350
1110
877
2.80
125
CMV-05
0.34
2.60
2.60
350
1081
452/468
2.80
120
CMV-06
0.36
2.55
2.72
350
1120
885
2.80
125
CMV-07
0.34
2.55
2.60
350
1105
873
2.80
120
CMV-08
0.38
2.57
2.60
380
1004
894
3.00
145
CMV-09
0.34
2.55
2.60
350
1105
258/615
2.80
120
CMV-10
0.36
2.60
2.60
350
1109
876
2.80
125
CMV-11
0.33
2.60
2.60
350
1088
305/620
2.80
115
CMV-12
0.36
2.55
2.72
350
1120
885
2.80
125
CMV-13
0.37
2.68
2.68
350
1118
917
2.80
130
Diseño
a/c
P.U arena
(kg/m3)
P.U piedra
(Kg/m3)
Cantidad en Kg por m3 de concreto
Cemento
Arena
Piedra
Aditivo
Agua
CMV-14
0.37
2.68
2.69
350
1004
1004
2.80
130
CMV-15
0.36
2.60
2.69
350
1068
1111
2.80
125
CMV-16
0.36
2.60
2.68
350
1066
949
2.80
125
CMV-17
0.37
2.68
2.73
350
1007
1048
2.80
130
CMV-18
0.37
2.67
2.72
350
1142
903
2.80
130
CMV-19
0.37
2.68
2.72
350
1144
904
2.80
130
CMV-20
0.37
2.67
2.73
350
1144
904
2.80
130
CMV-21
0.37
2.67
2.69
350
1135
892
2.80
130
CMV-22
0.37
2.68
2.68
350
955
1080
2.80
130
CMV-23
0.36
2.60
2.72
350
1098
899
2.80
125
CMV-24
0.36
2.60
2.72
360
1061
941
3.60
130
CMV-25
0.36
2.60
2.72
360
1061
941
3.60
130
CMV-26
0.36
2.58
2.72
360
1080
920
3.60
130
CMV-27
0.37
2.68
2.72
360
953
1075
3.60
135
CMV-28
0.37
2.68
2.72
360
953
1075
3.60
135
Tabla Nº 4: Resistencias del concreto.
Diseño
CMV-01
CMV-02
CMV-03
CMV-04
CMV-05
CMV-06
CMV-07
CMV-08
CMV-09
CMV-10
CMV-11
CMV-12
CMV-13
CMV-14
CMV-15
CMV-16
CMV-17
CMV-18
CMV-19
CMV-20
CMV-21
CMV-22
CMV-23
CMV-24
CMV-25
CMV-26
CMV-27
CMV-28
6 horas
275
220
199
217
305
249
171
71
165
170
168
133
178
216
196
187
249
177
Resistencia del concreto Kg/cm2
24 horas
3 días
7 días
373
471
354
433
318
369
341
396
431
453
315
442
420
448
311
351
366
416
336
340
429
603
225
499
179
340
319
212
401
427
215
405
461
188
348
405
209
329
379
222
384
448
218
373
418
226
320
371
242
376
442
188
292
353
203
357
436
320
458
377
509
454
549
372
419
456
519
28 días
521
479
530
511
576
469
499
370
554
499
620
527
346
530
552
520
490
548
535
500
550
490
563
542
564
598
459
570
La fig. 48 muestra la cadena de producción de las dovelas que conforman
en anillo de sostenimiento del túnel, donde se aprecia cada una de las
áreas de trabajo necesarias para tal fin. Las fotos 21, 22 y 23, permiten
apreciar algunas de estas fases.
Acero de
refuerzo de
dovelas
Molde de dovelas
Desencofrado de
dovelas
Desencofrado
y limpieza de
dovelas
Foto Nº 21.- (a) Colocación del acero de refuerzo en el encofrado de dovelas.
(b) Desencofrado de dovela. Fuente: C.A METRO DE VALENCIA
Horno
Encofrado o carro
de dovela
Grúa
Planchas de succión
Fig. 22.- (a) Carro con dovela saliendo del horno Fuente: C.A METRO DE
VALENCIA (b) Grúa de succión para extraer dovela del molde
Foto Nº 23.- (a) Mesa que permite girar y voltear dovela (b) Colocación del
neopreno donde se observa prensa de ajuste del mismo Fuente: C.A METRO
DE VALENCIA
Tabla Nº A1.-.
Longitud de los tramos del túnel de la Etapa I
Tramo
Longitud (m)
Patio – Monumental
1.442
Monumental – Las Ferias
694
Las Ferias – El Palotal
542
El Palotal – Santa Rosa
476
Santa Rosa – Michelena
545
Michelena – Lara
555
Lara – Cedeño
981
Cedeño – Miranda
635
Miranda – Cola de maniobra
196
Fuente: C.A. Metro de Valencia, 2002.
Sección típica del vagón Fuente: C.A. Metro de Valencia, 2002.
Vías en el túnel
Vías especiales en pavimento o asfalto
Vías expuestas al aire libre
Catenaria
Detalle adicional de la catenaria
Algunas vistas del CCO
Vista exterior del edificio del Taller Integral de Mantenimiento
El sistema contará también con una instalación
única de mantenimiento, mediante la ampliación
del patio, para atender un parque de hasta 144
vagones
Vista a los Jardines de la Estación Monumental
Vista de la Mezzanina de la Estación Monumental