Construccion pesada 1 línea 6 metro de santiago. método de construcción de túneles

Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería

Departamento de Obras Civiles

Construcción Pesada l

“Línea 6 Metro de Santiago. Método

de Construcción de Túneles”

Integrantes: Ignacio Cañas Yáñez

Gonzalo López Calquín

Camilo Zurita Acevedo

Profesor: Esteban Jamett Quezada

Ayudante: Sebastián Lazo González

Fecha de Entrega: jueves 06 de noviembre de 2014



Página 1

Contenido

1. Resumen………………………………………………………………….…...Página 3

2. Introducción……………….………………………………………………….Página 4

2.1. Alcances………………………………………………………………….Página 4

3. Características de la estructura………………………………………………Página 5

4. Túneles en roca blanda………………………………..……..………………...Página 10

4.1. Sistemas constructivos……………………………………………………Página 10

4.1.1. Método tradicional o método de Madrid………..………………. Página 11

4.1.2. Método Alemán…………………………………………………... Página 12

4.1.3. Método de ataque plena o método inglés. ………………………..Página 13

4.2. Máquinas perforadoras: Escudos……………………..…………………. Página 14

4.3. Túneles a cielo abierto…….……………………………………………..Página 15

4.3.1. Método “bottom-up” …………………………………………….Página 15

4.3.2. Método “top-down”…………… …………………………………Página 15

5. Descripción de la maquinaria y equipos, y su funcionalidad…..…………..Página 16

5.1. Jumbo……………………………………………………………………Página 16

5.2. Excavadora hidráulica………………………………………………….Página 17

5.3. Robot lanzador de shotcrete…………………………………………... Página 17

5.4. Camión tolva……………………………………………………………Página18

5.5. Mixer……………………………………………………………………..Página18

5.6. Manipulador telescópico………………………………………………..Página 18

5.7. Grúas y puente grúa……………………………………………………. Página 19

5.8. Cargador frontal…………………………………………………………Página 20

5.9. Pilotera…………………………………………………………………...Página 20

5.10. Top hammer….…………………………………………………..Página 20

6. Procedimiento de ejecución……………………………………………….....Página 21

7. Dificultades y posibilidades de la metodología de construcción…………...Página28

7.1 Posibles problemas durante el proceso de excavación…………………Página28



Página 2

7.2 Posibilidades de la metodología de construcción……………………… Página 29

8. Conclusiones…………………………………………………………..………Página 31

9. Bibliografía……………………………………………………………………Página 32



Página 3

1.-Resumen

Actualmente las grandes ciudades hoy en día tienen su superficie ocupada casi en su

totalidad por construcciones de todo tipo como viviendas, hospitales, centros de educación,

empresas, etc. En donde las calles para el tránsito del transporte público, se ven reducidas y

por lo tanto se producen grandes congestiones, lo cual retrasa los viajes de todas las

personas. Por lo que se ha empezado a utilizar hace ya algún tiempo excavaciones

subterráneas, que son los llamados túneles para así poder generar espacios en donde se

pueda viajar, de modo de reducir los tiempos de viaje y descongestionar la superficie.

Hoy en día para la ciudad de Santiago de Chile, que sufre un gran problema de

congestión debido a un mal sistema de transporte público en la superficie, se ha decidido

extender las líneas de metro de Santiago que hasta el año 2010, contaba con cinco líneas

que cubrían gran parte de lo que es el Gran Santiago, actualmente se está en fase de

construcción de dos líneas más que son la línea 3 y 6 de metro, con lo cual en conjunto

teniendo las siete estaciones se contaran con 140 kilómetros cubiertos, 136 estaciones

donde se podrá abordar el servicio, abarcará alrededor de 26 comunas y será utilizado

diariamente por 3 millones de personas aproximadamente.

Para poder materializar los túneles a construir, a lo largo de la historia se han

desarrollado distintos métodos de construcción de túneles, en donde para el caso del estudio

de este trabajo de investigación que se centrará en la construcción del túnel de la línea 6, se

empleará el Método llamado comúnmente como N.A.T.M. (New Austrian Tunnelling

Method).



Página 4

2.-Introducción

La presente investigación muestra en detalle el método de construcción de túneles

de la línea 6 del metro de Santiago, en específico se utiliza el método NATM. En donde se

detallaran las características de la estructura proyectada, en donde se especifica que

significa este método de construcción de túnel, en donde se expone de manera ordena las

fases y los componentes que formaran parte de la estructura como las mallas de acero, el

hormigón proyectado, la presencia de marcos reticulados, etc.

Además se incluirán otros métodos de excavación de túneles, para así poder realizar

un análisis comparativo con el método NATM, los cuales se expondrán de forma general.

Se realizará una descripción de la maquinaria y equipos utilizados en la faena de la

construcción de túneles de metro, en este caso, colocamos las maquinas empleadas por la

constructora OSSA, empresa española cuyas maquinas utilizadas son traídas directamente

de España.

Conocidos todos los actores que conformaran tanto lo material como lo técnico, se procede

a realizar una descripción del procedimiento de ejecución.

Se expondrán las distintas dificultades y posibilidades de la metodología de

construcción que podrían surgir durante la construcción del túnel, aclarando los modos de

actuar frente a estas problemáticas.

Finalmente se llevará a cabo un dialogo entre autores comparando el uso de distintas

mallas, que dentro de la construcción del túnel, pueden variar las propiedades mecánicas

del sostenimiento proyectado.

2.1 Alcances

El presente trabajo corresponde a una recopilación de información, asociada

directamente a las características y metodologías de construcción de túneles. En ningún

caso se presentan cálculos, especificaciones o detalles asociados a la mecánica de suelos.

Además, se mencionan, pero no se detallan ensayos para clasificar ciertos parámetros.



Página 5

3.-Características de la estructura

En 1964 Ladislaus von Rabcewicz (Ingeniero y profesor austriaco especializado en

tuneles) por primera vez empleó el termino NATM (New Austrian Tunnelling Method,

Nuevo Metodo Austríaco de Construcción de Túneles en español), método el cual se ha ido

perfeccionando con el pasar de los años y que consiste en una excavación secuencial de

segmentos parciales de la sección transversal de un túnel, seguida cíclicamente de la

instalación inmediata de un revestimiento primario temporal que combina el uso de

hormigón proyectado reforzado con mallas o fibras metálicas, pernos de anclaje, marcos

metálicos y/o barras de refuerzo, otorgando al terreno un confinamiento suficiente para que

éste pueda participar activamente en la función portante. Desde sus inicios el método

NATM destacó por la economia, seguridad, flexibilidad y perfecto acople a la economia de

paises subdesarrollados (en donde la mano de obra es abundante y economica)

El método NATM puede clasificarse como un método “observacional”:

1. Se reúnen datos geológicos, de mecánica de roca, procesamiento de material en

combinación con las dimensiones del túnel, etc.

2. Sobre las bases del punto anterior se elabora un plan de sostenimiento preliminar

que puede incluir elementos tales como: espesor del shotcrete, cantidad, longitud y

resistencia de los pernos de anclaje, clase de cerchas y separación entre ellas, etc.

3. La excavación del túnel procede según el plan preliminar, con los ajustes necesarios

según la calidad de roca observada.

4. Se instalan instrumentos de control a intervalos en el túnel excavado; entre los

cuales hay extensómetros, pernos de medición, celdas de carga en el recubrimiento, etc.

5. Se controla el túnel por un tiempo adecuado y luego se decide sobre el

sostenimiento final.



Página 6

Desde el punto de vista teórico, el método se apoya en la en la solución analítica de

las deformaciones y desplazamientos producidos por un hueco circular en un medio elástico

sometido a tensiones verticales y horizontales.

El NATM presenta como concepto fundamental, el sistema de soporte de la

cavidad, participe en la deformación del subsuelo, favoreciendo así la resistencia al corte.

Sostenimiento (o sostenimiento inmediato):

Es una estructura de hormigón proyectado reforzado con malla de acero y marco

reticulado de acero que se instala inmediatamente despues de la excavación. El

sostenimiento es diseñado como estructura de accion permanente, pero diseñado con

factores de seguridad menores, puesto que su participacion en solitaria es corta en el tiempo

(hasta que se coloque el revestimiento definitivo)

Revestimiento (o revestimiento definitivo):

Es una estructura de hormigón proyectado reforzado con barras de acero, y/o fibras

que se instala en forma concéntrica al sostenimiento, constituyendo junto con éste el

revestimiento compuesto definitivo del túnel. Se ha diseñado como una estructura apta para

resistir todas las acciones de cargas externas durante toda su vida util (se estima mayor a

100 años).



Página 7

Figura 3.1: Ejemplo sección túnel típica que denota sostenimiento y revestimiento de

hormigón

Caracteristicas estructurales del sostenimiento y revestimiento:

Hormigon proyectado: se define su capacidad resistente según diseño (por lo

general se ocupa un H25 para sostenimiento y H35 para revestimiento). Sirve para sellar la

superficie del suelo, evitando la descompresion y alteracion del suelo. Este hormigon es

transportado por tuberias o mangueras, no necesita encofrado y el tamaño de áridos es

menor al hormigon convencional, además lleva variados aditivos según la situacion, pero

por lo general suelen ser acelerantes y aditivos reductores de agua para facilitar su

adherencia al suelo y conseguir altas resistencias iniciales.

Marcos metálicos y cerchas: La cercha tiene una función resistente trabajando como

un marco y colaborando con el hormigón proyectado. Fabricados de acero redondo estriado

constituidos por tres o más barras que forman los elementos principales, formando una

sección transversal triangular y una geometría adaptada a la forma teórica de la excavación.

Su ventaja principal es que tiene resistencia incial definitiva, mientras que el hormigón

debe de esperar para alcanzarla.

Malla de acero electrosoldada (ACMA): Formada por una parrilla de barras

corrugadas unidas mediante electrosoldadura, se utiliza como refuerzo del hormigón



Página 8

proyectado por su facilidad de adaptación a la forma del tunel, y ayuda a que no se

produsca rebote.

Figura. 3.2: Disposición del sostenimiento típico

Comparación entre mallas de acero electro soldada, macro fibra de acero y macro fibras

sintéticas.

Los diversos tipos de sostenimientos y revestimientos se configuran con la

combinación de los distintos elementos que tradicionalmente se utilizan como refuerzo del

suelo, en donde las mallas que habitualmente se emplean son las de acero electro soldado

pero también existen otras posibilidades como emplear fibras en su reemplazo. A

continuación se detallan las comparaciones existentes:

Comparación de resistencias

Para analizar los resultados se compara la resistencia a la absorción de energía del

HRMA de 475 Joules y la resistencia a la absorción de la energía del HMRS de 610 Joules.

Se puede concluir que las macrofibras sintéticas absorben un 28.42% más de energía, en

comparación con el refuerzo con malla de acero. Lo anterior indica que se valida



Página 9

técnicamente el reemplazo de la malla de acero por las macrofibras sintética. Además se

tienen las siguientes ventajas:

Oposición a la formación de fisuras:

Las fibras (sintéticas de polipropileno) contenidas en el hormigón, controlan las

microfisuras que se pueden originar durante las primeras 24 horas y detienen su desarrollo a

microfisuras, evitando que comprometan la estructura, permitiendo además que el

hormigón desarrolle de mejor forma sus características. Los hormigones con fibra presentan

una menor velocidad de evaporación de agua que reduce aún más la posibilidad de

fisuramiento.

Buena trabajabilidad e impermeabilidad final de la estructura:

La fibra (sintética de propileno) otorga al hormigón en estado fresco, una mayor resistencia

a la migración de agua, manteniendo la trabajabilidad requerida por mayor tiempo. En

comparación con un hormigón sin fibra, este hormigón es más impermeable ya que reduce

la absorción por capilaridad, esto significa finalmente un importante aporte a la

estanqueidad de la capa de revestimiento de túneles.

Mayor resistencia al impacto y a la abrasión:

Gracias a la alta capacidad de absorber energía y a la gran elasticidad de la fibra de

polipropileno (factores que le permiten trabajar soportando esfuerzos y ligando la masa de

hormigón) este hormigón presenta una mayor resistencia al impacto a la abrasión, que

otorga una mayor vida útil a los elementos sometidos a cargas dinámicas.



Página 10

Mayor capacidad de adherencia:

Reducción en el espesor promedio de shotcrete debido a que el mismo se adapta al perfil de

la roca.1

4.-Túneles en roca blanda

Es necesario indicar, por muy elemental que parezca, que los túneles o excavaciones

subterráneas en terrenos o suelos blandos no tienen semejanza con los túneles en roca,

puesto que los problemas y la tecnología para resolver la ejecución de unos y otros es muy

distinta.

Este tipo de túneles tiene el problema añadido de la cercanía con edificios en superficie,

construcciones subterráneas existentes y de ríos, además de la dificultad provocada por los

niveles freáticos, entre otros.

A continuación, se presentan métodos constructivos y sistemas constructivos

empleados en suelo no cohesivo. De algunos de éstos últimos mencionados anteriormente,

se ha basado el método NATM.

4.1 Sistemas Constructivos:

Los sistemas constructivos más habituales, agrupándolos de forma genérica en

sistemas para ejecutar túneles. Normalmente se utilizan dos sistemas, el denominado

ejecución subterránea, sin afectar a la superficie y muy condicionada por lo existente por

encima y el llamado ejecución a cielo abierto o cut and cover que como su nombre indica

requiere abrir el terreno desde superficie, para alojar en su interior lo que luego será el túnel

y posteriormente restituirle a su estado original.

Dentro de los métodos aplicados en roca blanda y de los cuales se han desarrollado

múltiples proyectos en diferentes partes del mundo se encuentran:

1 Bascuñan Acevedo, Sergio Vladimir, comparación de shotcrete reforzado con fibras vs shotcrete

reforzado con malla de acero aplicado en revestimiento de túneles del metro de Santiago,

propiedades y costos. Memoria para optar al título de Ingeniero Civil en Obras Civiles. Santiago,

Chile: Universidad de Santiago de Chile, 2005, páginas 88 y 89.



Página 11

4.1.1 Método tradicional o método de Madrid:

El Método Belga, o más concretamente el Método Tradicional de Madrid, es un

método con el que se trabaja con una sección de excavación muy pequeña, inferior a 3

metros cuadrados. Primeramente se excava la galería, que se va ensanchando y apuntalando

con madera y acero hasta lograr tener la sección de la bóveda del túnel completa. La galería

es fundamental puesto que es esta la que aporta la seguridad al método.

Con respecto a la secuencia constructiva, tiene la característica de ejecutar

primeramente la excavación de la bóveda, incluido el sostenimiento que descansa

directamente sobre el terreno, pues de esta manera se protege la obra por encima. Después

se realiza la excavación de la parte inferior llamada destroza o banco, comenzando por la

zona central y siguiendo, en cortos tramos alternativos, por las paredes laterales, que una

vez excavados se revisten; de esta manera no se compromete la seguridad de la bóveda que

descansa siempre sobre la destroza no excavada o sobre los pilares ya construidos.

Uno de los puntos a favor del método en cuestión es con respecto al caso de

encontrarse agua durante la excavación, ya que al tener una sección muy pequeña es más

complicada que acabe en un hundimiento. Por otro lado, dentro de las desventajas, se puede

destacar el escaso rendimiento en comparación con otros más efectivos como las

tuneladoras de frente cerrado.



Página 12

Figura 4.1: “Metodología de avance método belga”.

4.1.2 Método Alemán:

El Método Alemán de construcción de túneles se emplea cuando el terreno es muy

malo o bien las luces del propio túnel son grandes, por encima de 8 metros. Además, se

caracteriza por la conservación de la sección central o banco hasta la finalización del

sostenimiento de la bóveda y las paredes laterales, además, se utiliza en secciones

superiores a los 50 m2.

Se utiliza mucho en estaciones subterráneas donde los andenes y la plataforma

suman un ancho muy importante para utilizar métodos de excavación convencionales. En

estos casos, es peligroso descalzar parte de la bóveda para ejecutar los hastiales, tal y como

propone el Método Clásico o Belga.

El Método Alemán cambia las fases de ejecución del Método Belga. El orden de

excavación suele ser el siguiente: La obra comienza con la excavación de los hastiales, que

se dividen en dos niveles, realizándose primero el inferior para seguidamente hormigonar y

continuar excavando encima de él. Una vez que se realiza el túnel del segundo nivel del



Página 13

hastial se hormigona también y se espera a su fraguado. A la vez que se ejecutan los

hastiales se realiza la galería de clave, que será fundamental para la ejecución de las

costillas, que en el caso del método NATM se denominan marcos.

Una vez listo todo esto, se comienzan a realizar desde lo alto de ese segundo

hastial las costillas que formarán la bóveda del túnel. Estas costillas, que unen los hastiales

con la galería de clave y a su vez con el hastial contrario, son también rellenadas de

hormigón una vez finalizadas. Se repite el proceso tantas veces como sea necesario hasta

conseguir la longitud total del túnel.

Una vez fraguado todo ese hormigón, conformándose en una estructura de gran

resistencia, se realiza el vaciado del interior del túnel con excavadoras y se ejecuta la

contrabóveda.

Figura 4.2: “Forma de avance método alemán”.

4.1.3 Método de ataque a plena sección o método inglés.

Suele utilizarse para túneles de pequeña sección (menos de 15 m2), o en muy buen

terreno en secciones mayores, y por supuesto en roca.

Se excava un pequeño tramo en todo el frente, que generalmente es de 6 metros, por

delante del revestimiento permanente del túnel. La excavación se inicia con una galería

superior. Se colocan en ella dos barras de coronamiento, con el extremo de cada uno

apoyado por el revestimiento terminado del túnel y el extremo frontal que descansa en

postes. Se clavan estacas transversales sobre las barras de coronamiento. Después se amplía

el corte hasta llegar al extremo de las estacas. A continuación se colocan tablones de



Página 14

madera por debajo de las estacas y a través de todo el frente, mantenidos en su lugar por

maderos adicionales. Después de esta operación se colocan barras y estacas laterales para

permitir ampliar la excavación. Para controlar la alineación y ayudar al drenaje se construye

a veces un primer túnel piloto a nivel de la invertida. Esto también permite la excavación

total en varios frentes.

Figura 4.3: “Forma de avance método inglés”.

4.2 Máquinas perforadoras: Escudos.

La excavación en el frente puede hacerse por sistemas manuales o mecanizados. En

primer lugar, la excavación mecanizada en terrenos blandos requiere comúnmente el

empleo de escudos y la colocación del revestimiento antes que la máquina abandone el

tramo en cuestión, completando la operación con inyecciones de contacto entre el

revestimiento y el terreno.

Los escudos se clasifican en dos grandes grupos: escudos convencionales y escudos

presurizados.

El escudo presurizado se emplea para trabajar en presencia del nivel freático, en la

que se hace necesaria la presurización total del túnel para impedir la penetración del agua

del subsuelo en el interior.

Por otra parte, los escudos convencionales pueden ser de frente abierto o cerrado.

Los escudos abiertos se utilizan normalmente cuando el frente es estable y sin afluencias de

agua, bien por estar sobre el nivel freático bien por tener terrenos impermeables. Los

escudos cerrados están diseñados para trabajar en terrenos difíciles, en frentes claramente

inestables (terrenos no cohesivos, bajo el nivel freático y saturados de agua).



Página 15

Pueden definirse como máquinas alojadas de una coraza o escudo, dividido en dos

cuerpos. El escudo anterior lleva alojados grippers, empleados para avanzar en roca dura, y

el posterior lleva gatos perimetrales para avanzar como escudo en terrenos blandos (ver

figura 4.4).

4.3 Túneles a cielo abierto:

El método de cielo abierto o cut and cover, que significa "cortar y cubrir", es un

método de construcción de túneles superficiales donde se excava desde la superficie la

totalidad o parte del hueco que ocupa el túnel, se construye el túnel dentro del hueco a cielo

abierto y se cubre una vez terminado. Requiere un sistema de sostenimiento fuerte para

soportar las cargas del material que cubre el túnel. Existen dos formas de realizar el cut and

cover:

4.3.1 Método 'Bottom‐up'

Se excava a cielo abierto la totalidad del hueco ocupado por el túnel y se construye

en el interior. El túnel puede ser de hormigón in situ, hormigón pretensado, arcos

pretensados, arcos con acero corrugado y también con ladrillo, que se solía usar al

principio.

4.3.2 Método 'Top‐down'

Éste método requiere poca maquinaria especializada, apenas más de la utilizada en

la construcción convencional de tuneles. En la superficie, desde la calle, se ejecutan las

paredes del túnel cavando una zanja que se hormigona para formar muros pantalla o una

hilera de pilotes. Cuando las paredes están terminadas se ejecuta la losa superior, que se

apoya en las paredes, excavando sólo el hueco que ocupa la losa y apoyándola durante su

construcción contra el terreno. Cuando la losa y las paredes están terminadas, puede

reconstruirse la superficie mientras continúan los trabajos en el interior del túnel. La tierra

del interior del túnel no se extrae hasta esta fase, en la que como los elementos portantes del



Página 16

túnel están ya construidos se puede excavar con retroexcavadoras. Cuando se ha excavado

hasta el nivel adecuado se ejecuta la contrabóveda, losa generalmente de hormigón que

hace de suelo del túnel. Se pueden crear losas intermedias para realizar túneles de varias

plantas.

5.-Descripción de la maquinaria y equipos, y su funcionalidad.

5.1 Jumbo:

La máquina habitual de perforación es el jumbo. Consta de una carrocería automóvil

dotada de uno, dos o tres brazos articulados, según los modelos. En cada brazo puede

montarse un martillo de perforación o una cesta donde pueden alojarse uno o dos operarios

y que permite el acceso a cualquier parte del frente. El funcionamiento de los jumbos es

eléctrico cuando están estacionados en situación de trabajo y pueden disponer también de

un motor diésel para el desplazamiento.

Se usa principalmente en este tipo de obra para la instalación de las barras de acero

que en conjunto formaran el pre-sostenimiento que son los pernos de anclaje o bien lo que

en su conjunto se refiere al “paragua”.

Los martillos funcionan a rotopercusión, es decir la barrena gira continuamente ejerciendo

simultáneamente un impacto sobre el fondo del taladro. El accionamiento es hidráulico, con

lo que se consiguen potencias mucho más elevadas que con el sistema neumático. El

arrastre del detritus y la refrigeración de consiguen igualmente con agua. Los rendimientos

de perforación que se consiguen en los jumbos hidráulicos modernos, pueden superar los

3,5 m/min. De velocidad instantánea de perforación. Los jumbos actuales tienen sistemas

electrónicos para controlar la dirección de los taladros, el impacto y la velocidad de

rotación de los martillos e incluso pueden memorizar el esquema de tiro y perforar todos

los taladros automáticamente.



Página 17

Figura 5.1: Jumbo

5.2 Excavadora hidráulica (oruga):

La Excavadora es una máquina que sirve para realizar movimientos de tierra, en el

desarrollo de una construcción.

En esta obra de túnel ejerce el rendimiento líder, lo que hace principalmente es

raspar la cara frontal del túnel para así ir avanzando. En estas faenas, deben tener un

tamaño mediano lo que le otorgará un fácil acceso al pique de excavación y galerías

subterráneas. Por lo que se emplearan excavadoras del tipo oruga que tienen una buena

maniobrabilidad.

Los macizos de calidad muy mala pueden excavarse prácticamente como suelos

blandos como el ripio típico de Santiago, que es el objeto de estudio. Se hace con palas

convencionales.

5.3 Robot lanzador de shotcrete:

Proyecta el hormigón en las capas de sostenimiento, en la capa de revestimiento, y

también en el frente de excavación para dar un sostenimiento frontal, si se necesita. En el

caso de la estación de la línea 6, Estadio Nacional se emplea shotcrete mediante vía

húmeda, ya que en el túnel la maquina es alimentada directamente por un mixer.



Página 18

Figura 5.3: “Robot lanzador de shotcrete”

5.4 Camión tolva:

Encargado de retirar la marina cuando las distancias a recorrer en el túnel son muy

extensas, se cargan por medio de cargadores frontales. Tiene una capacidad de 10 metros

cúbicos y son neumáticos.

5.5 Mixer:

Su funcionalidad es transportar el hormigón dentro del túnel, por medio de un

sistema neumático, en donde el trompo contendrá hormigón preparado con un aditivo

acelerador de fraguado, el cual será usado por el robot lanzador de shotcrete, para ser

proyectado sobre la sección del túnel.

5.6 Manipulador telescópico:

Un manipulador telescópico es un tipo de máquina que se usa en la industria y la

construcción por su elevado rendimiento y versatilidad. Su brazo telescópico es la

característica que le da nombre y el que permite realizar todo tipo de trabajos a gran altura

gracias a que se extiende varios metros. Se pueden acoplar distintos accesorios al extremo

del brazo, de modo que es posible llevar a cabo tareas de lo más diversas, a varios metros

de altura o de distancia.



Página 19

Estas máquinas pueden ser de distintos tamaños, dependiendo de para qué vayan a

usarse. No obstante, todas ellas tienen un chasis de dos ejes generalmente, con ruedas

Todoterreno para su desplazamiento en cualquier superficie. Cuando se establecen en un

lugar para hacer un trabajo, pueden desplegar patas que se fijan al suelo, para realizar la

tarea de forma más segura. También cuentan con el brazo telescópico y con una cabina

cubierta para el conductor, ya que de no estar protegido correría cierto riesgo manejando las

cargas sobre su cabeza.

Se utiliza obras de túneles, colocándole en el extremo del brazo una plataforma, con

barandas para poder acercar a los trabajadores a las partes más altas del túnel, de modo que

puedan llevar a cabo la instalación de las mallas, los marcos reticulados, realizar cortes,

revisar el estado de terminaciones.

Figura 5.4: “Manipulador telescópico”

5.7 Grúas y puente grúa:

Se montan sobre el pique, de modo de poder bajar la maquinaria al túnel, los

materiales para continuar con el desarrollo de la obra y también para el retiro de la marina,

empleando un capacho (3 metros cúbicos).



Página 20

En el caso de la estación visitada se utiliza una grúa pluma, dado que el espacio con

el que cuenta es bastante amplio, y no así en otras estaciones que se pueden apreciar en

Santiago de la línea 6 que cuentan con puente grúa debido a que cuenta con un espacio

reducido.

5.8 Cargador frontal:

Se utilizan para trasladar material, son neumáticas (rápidas), con una capacidad de

transporte de 2.5 a 3 metros cúbicos.

En esta obra sirven para transportar la marina a un contenedor que lleva el material

a una cinta transportadora, para retirarla del túnel. Otra utilidad dentro de la obra es para

cargar los camiones tolva que están muy adentro en el túnel.

5.9 Pilotera:

Se emplean para colocar pilotes, ya que se requiere socalzar el pique estación,

logrando así el sostenimiento del suelo.

Se lleva a cabo la confección del pilote antes de excavar el pique estación, en donde

el pilote se deja entre un metro a un metro y medio bajo el sello de fundación (para generar

empotramiento).

5.10 Top Hammer:

Máquina que perfora las pilas y los muros de socalzado para poder anclar tensores y

pernos de anclaje para así darle un sostenimiento, en caso de derrumbes.



Página 21

Figura 5.7: “Top hammer”

6.-Procedimiento de ejecución

Para la construcción de la estación, se construye un pique lateral o cenital

(dependerá netamente de los terrenos que pueda expropiar la empresa METRO S.A), desde

el cual parte una galería que servirá de acceso a la estación y cruza el eje del túnel estación

en el caso de que sea un pique lateral, o la inmediata excavación y construcción del túnel

estación sin previa construcción de la galería de acceso en el caso del pique cenital. Luego

de esta parte se construye el túnel estación y por último el túnel inter-estación. En el caso

que la estación lo requiera, se procederá a construir una segunda galería de acceso, como

por ejemplo en Estación Estadio nacional, para no provocar estancamientos de gente debido

a la fuerte concurrencia generada por eventos deportivos.

Todos estos últimos túneles se construyen aplicando netamente el método NATM, y

el procedimiento de ejecución variará en función de varios factores, tales como el tamaño

de la sección transversal, el tipo de suelo y eventualidades que pueden ocurrir durante la

ejecución del tunelado.



Página 22

(Figura 6.1: Esquema de estación de línea 6 terminado)

Fase 1: Pique.

El pique en cuestión, puede ser circular, rectangular o cuadrado según las

especificaciones técnicas, que pretenden optimizar tanto tiempo como costos en función de

los espacios obtenidos.

Los piques circulares se construyen verticalmente hacia abajo y por partes (por

anillos). Tienen un diámetro de entre 17 a 20 [m] en promedio. En la parte superior están

coronados por un brocal de hormigón armado, y tienen una altura que dependerá de la cota

necesaria para la excavación de la galería de acceso. El espesor de las paredes

(sostenimiento) es de 30 [cm] habitualmente, y se encuentra compuesto de shotcrete

reforzado con malla electrosoldada ACMA.

I.- Vista en perspectiva

II.- Vista en planta

III.- Corte longitudinal por el túnel Estación

Galería de acceso principal

Túnel estación

IV.- Corte transversal por el túnel Estación

Galería de acceso secundario

V.- Corte transversal por galerías de acceso

Pique



Página 23

(Figura. 6.2: Fase 1, Construcción del pique lateral)

Los piques rectangulares o cuadrados se sostienen mediante pilas de socalzado en su

perímetro, las cuales van ancladas a ciertas profundidades. Y con un sostenimiento de

shotcrete para evitar el desprendimiento de material. Por su geometría, este tipo de pique

permite el descenso mediante rampa, lo que facilita el acceso tanto del personal como de

materiales y maquinarias.

Fase 2: Bóveda de galería de acceso.

La galería de acceso se emplaza en forma ortogonal al eje del pique. Por lo general

tiene secciones que van desde los 130 [m2] hasta los 160 [m

2] o más, debido a esto la

sección transversal se divide según proyecto en varias secciones de trabajo, que permiten

un avance seguro y más rápido, ya que diversas cuadrillas pueden trabajar

simultáneamente. Por ejemplo:

Figura 6.3: “división A” a la izquierda y “división B” a la derecha



Página 24

Previo a cualquier excavación en la galería de acceso, se debe colocar un paraguas

de pernos auto perforantes (de promedio 6 [m] de longitud por proyecto) cada cierta

distancia definida previamente. Los pernos son elementos de sostenimiento que se instalan

en el frente de la excavación para evitar que, durante el rompimiento de la pared del ojo de

la galería y su posterior excavación, no se produzcan desprendimientos de suelos del sector

de la clave y con ello sobre-excavaciones o inestabilidades mayores que puedan causar

derrumbes.

La instalación del perno, perforación e inyección se efectúan simultáneamente, es

decir el proceso de perforación lo realiza el mismo perno que queda luego conformando la

armadura del micropilote. Como la barra es hueca, en el transcurso de la perforación se

inyecta lechada como fluido de barrido, la que limpia y penetra en las paredes del pozo,

creando un bulbo continuo, rugoso, en función de la permeabilidad y erosionabilidad. El

ángulo de inclinación de la barra es de 15°.

La figura 6.3 “división A” resulta muy engorrosa en la práctica, y se usa

habitualmente para suelos de mala calidad (caso contrario a lo encontrado en Santiago por

los sectores donde se construye la línea 6 del metro), por lo que para la realización de las

galerías de acceso, es habitual encontrar que se divide según la Fig. 6.3 “división B”. Que

además de ser más práctico, permite que en la bóveda de la galería de acceso trabajen dos

cuadrillas por ambos frentes.

La excavación comienza rompiendo la pared del ojo de la galería de acceso hasta un

nivel bajo la línea del ecuador de modo de empezar la secuencia de excavación de las

bóvedas. Se rompe uno de los dos lados según diseño, dejando pendiente el otro, y se

comienza a excavar por el perímetro de esta sección hasta el perfil teórico, más la

tolerancia, y teniendo los cuidados pertinentes para no producir sobre excavación. En el

inicio del túnel siempre se produce sobre excavación, ya que al demoler el shotcrete se

producen vibraciones.



Página 25

Se excava hasta 6 [m] de manera longitudinal por uno de los lados, generando el

muro temporal (mientras se excava se va poniendo el sostenimiento primario). Con este

desfase mínimo de 6 [m], se inicia la fase II excavando los [m2] del otro lado de la bóveda

mientras se demuele el tabique provisional. Y por último desfasado un mínimo de 6 [m]

respecto a la fase II, se terminará la construcción de la bóveda autoportante, poniendo en

obra el revestimiento secundario.

Cabe recalcar que dependiendo de las condiciones del suelo, los desfases y avances

en las excavaciones pueden ir variando de los calculados, a favor de la seguridad y

sostenimiento necesario para ésta.

Figura 6.4: Construcción de la bóveda de la galería de acceso

Fase 3: Construcción de la bóveda del túnel estación por ambos frentes.

Para esto se procede de manera similar a la mencionada anteriormente. Primero

debe ponerse un paraguas de entronque en los dos frentes de la sección a excavar. Luego se

demuele la pared que da con las dos entradas y se ejecuta de igual manera que la galería de

acceso (mediante muro provisorio y con el mismo desfase entre ambos lados del túnel

estación). Como en este caso, existen dos frentes por los cuales excavar (Por ejemplo: si la

galería de acceso está de sur a norte, los dos frentes a excavar del túnel estación son el

frente oriente y poniente) también se deberá dejar un desfase entre ellos con el fin de no

obstaculizar el tránsito en la galería de acceso y evitar accidentes.



Página 26

Figura 6.5: A la izquierda: Construcción boveda de tunel estación oriente. A la izquierda:

Construcción boveda de tunel estación poniente.

Fase 4: Construcción de la boveda de galería de acceso secundaria (en el caso que haya).

Se ejecuta de la misma manera que la galeria de acceso primaria o el tunel estación.

Esto quiere decir que consta de paraguas de entronque, y que se divide la sección

transversal con muro provisorio y se excava con los debidos desfases)

Fig. 6.6: “Construcción de la bóveda de la galería de acceso secundaria”

Fase 5, fase 6 y fase 7: Construcción del banco de la galeria de acceso primaria, tunel

estación y galeria de acceso secundaria, respectivamente.

La excavacion de los bancos se realizará en un frente unico (unica sección) y en

avances de 1 a 2 [m]. Dentro del revestimiento primario se dará continuidad a los marcos

metalicos colocados en el revestimiento primario de la boveda.



Página 27

Figura 6.7: “Construcción del banco de la galería de acceso primaria, tunel estación y

galería de acceso secundaria”

Fase 8: Construcción de la contrabóveda en todas las secciones.

En esta fase, se termina por concluir los tuneles relacionados a la estación

propiamente tal. Cerrando el anillo de hormigón, otorgandole la mayor resistencia a éste

debido a su geometría de herradura, redistribuyendo los esfuerzos de manera mas optima en

la sección.

Figura 6.8: “Construcción de la contrabóveda en todas las secciones de tunel”

Fase 9: Construcción de los tuneles inter-estación.

Éstos unen los tuneles estaciones, y por ellos solo circulan los trenes, por lo que el

área de su sección transversal es notoriamente menor a la de las secciones previamente

descritas (galerias de acceso y tunel estacion), comprendiendo un área transversal entre 40

y 65 [m2]. Esto permite la excavación de toda la seccion completa sin necesidad de dividir

en bóveda, banco y contrabóveda (esto se debe a que el suelo de Santiago es de buena

calidad). Por lo que su avance es mas simple y rapido.



Página 28

7.-Dificultades y posibilidades de la metodología de construcción

7.1 Posibles problemas durante el proceso de excavación:

En el transcurso del proyecto, se pueden ir apareciendo múltiples problemáticas que

pueden afectar directamente al proyecto en aspectos económicos y en plazos de ejecución.

Dentro de estos problemas se puede encontrar:

Sobreexcavaciones:

El tema de las sobreexcavaciones es frecuente en este tipo de proyectos, aunque se trate

de una diferencia de poca envergadura durante la construcción del túnel. Ante ésta

problemática, se debe recubrir el frente de excavación con una capa inicial de mayor

magnitud de shotcrete.

Presencia de agua:

Al realizar las excavaciones a una distancia significativa del nivel del suelo, es frecuente

encontrar agua mientras se realiza el proceso. En primer lugar, puede ser por la presencia

de algún bolsón de agua acumulado debido a la impermeabilidad del suelo, o por la

presencia de alguna cañería de servicio cercana a la excavación, la cual se haya fisurado o

fallado, provocando que el agua se acerque al área de excavación.

Suelo diferente al de diseño:

Con respecto al diseño que le presenta el mandante a la empresa consultora, pueden

existir errores de ensayo o de resultados del tipo de suelo. Ante esto, la empresa consultora

al momento de la excavación, y al encontrarse con otro tipo de suelo diferente al de diseño,

ya no puede seguir las medidas de excavación que iban a realizar.

Una posible solución ante este inconveniente, es excavar una sección mayor a la

pronosticada con la finalidad de aumentar la capa inicial de shotcrete, pero sin disminuir la

sección de avance que viene por diseño.



Página 29

Hallazgos arqueológicos:

Si durante la realización de los sondeos de prospección arqueológica o durante la

ejecución de las obras que impliquen excavación o remoción de suelo, se produjera algún

hallazgo arqueológico o paleontológico no previsto, se paralizan las obras en el frente de

trabajo del o de los hallazgos y se notificará de inmediato al Consejo de Monumentos

Nacionales para que este organismo disponga los pasos a seguir, cuya implementación será

realizada por un organismo especializado previa aprobación de Metro S.A.

Sobrepasar asentamientos límites:

Durante el proceso de excavación, existe un monitoreo topográfico constante efectuado

por software especializados, los cuales indican si se han sobrepasado los asentamientos

límites.

Si ocurre la situación descrita anteriormente, se detiene el proceso de excavación y se

fortifica de mejor manera la sección en estudio. Posteriormente, se continúa con la misma

metodología durante las secciones siguientes.

7.2 Posibilidades de la metodología de construcción:

Monitoreo topográfico:

Frecuentemente se deben realizar monitoreos topográficos para verificar los

asentamientos, ésta ejecución se puede hacer cada diferentes metros según estimen

convenientes quienes realizan esta acción.

Forma del pique:

La forma geométrica que puede tener el pique puede ser cúbica o cilíndrica. Ésta

geometría viene prevista del diseño que entrega el mandante a la empresa consultora.



Página 30

Avance de excavación:

El avance de excavación por metro y la distancia de colocación de cada marco puede

variar dependiendo de las características del suelo en cuestión, en el caso de la línea 6 del

metro de Santiago, esta distancia corresponde a un metro.

Colocación de micropilotes:

La utilización de micropilotes es habitual en zonas donde los asentamientos son

significativos pero que no son mayores al permitido. Trabajan a fricción con la finalidad de

disminuir deformaciones de la sección del túnel.



Página 31

9.-Conclusiones

El método de excavación de túneles estudiado se basa en criterios empleados en

métodos anteriores al desarrollo de éste, intentando mejorar tanto los avances como la

seguridad en la obra misma. Actualmente, es el método más utilizado para construir túneles

en Chile y en Sudamérica debido a la numerosa mano de obra que requiere para poder

concretar el proyecto, a diferencia de otros países, donde el uso de las tecnologías aumenta

en desmedro de la mano de obra. Con respecto a los rendimientos por concepto de avance,

el método NATM posee un mayor avance lineal por mes en comparación con los métodos

analizados, debido a que éstos últimos corresponden a métodos más artesanales.

En chile, dadas las condiciones geográficas, el sismo representa un elemento vital a

considerar a la hora de diseñar cualquier tipo de estructura, por lo que suelen construirse

estructuras fortificadas que en el caso de los túneles se expresa en la materialidad,

específicamente en el uso de marcos reticulados y mallas electro soldadas a lo largo del

tramo.

Usualmente, existen diversas problemáticas que van ocurriendo en el transcurso del

proyecto, que pueden afectar directamente con el avance de éste último dependiendo de la

magnitud, que puede ser un atraso correspondiente a días o en el peor de los casos a meses,

por lo cual se deben buscar soluciones que estén al alcance por parte de la empresa

consultora. En caso de que sea de mayor magnitud, debe intervenir el mandante con la

finalidad de establecer acuerdos y así estar al tanto de la situación para buscar la solución

óptima.

Actualmente, no existen estudios reconocidos que avalen el uso de hormigón

reforzado con fibra para el revestimiento, por lo que la tendencia en Chile es construir en

base a lo tradicional, que es lo que ha dado resultado y da una vida útil del túnel de

aproximadamente 100 años, es decir, empleando mallas de acero electrosoldadas, a pesar

de que la comparación presentada muestra que las fibras poseen más ventajas en relación a

las mallas de acero.



Página 32

10.-Bibliografía

Análisis y diseño de Túneles. Universidad de Cantabria.

http://icc.ucv.cl/geotecnia/18_ciclo_conferencias/2006/01_geomecanica_computaci

onal/presentaciones/04_jueves_18_mayo/05_analisis_diseno_tuneles/tuneles.pdf

Barahona Aguilera, Héctor Raúl, Método NATM Aplicado a las Excavaciones de la

Estación Dorsal, Extensión Línea Nº 2 Recoleta del Metro de Santiago. Memoria

para optar al título de Ingeniero Civil en Obras Civiles. Santiago, Chile:

Universidad de Santiago de Chile, 2006.

Bascuñan Acevedo, Sergio Vladimir, comparación de shotcrete reforzado con fibras

vs shotcrete reforzado con malla de acero aplicado en revestimiento de túneles del

metro de Santiago, propiedades y costos. Memoria para optar al título de Ingeniero

Civil en Obras Civiles. Santiago, Chile: Universidad de Santiago de Chile, 2005.

Los Túneles en Madrid: Métodos Clásicos.http://ecomovilidad.net/madrid/tuneles-

madrid-metodos-clasicos/

Los Túneles en Madrid: Escudos y tuneladoras.

http://ecomovilidad.net/madrid/tuneles-madrid-tuneladoras

Visita a terreno, Piques de Maratón y Estadio Nacional de la Línea 6 del Metro.

Coordinado por Edgardo González, Gerente del área ingeniería de Metro S.A.

visita realizada el día miércoles 22 de octubre de 2014.

Construccion pesada 1 línea 6 metro de santiago. método de construcción de túneles

Engineering

Transcript of Construccion pesada 1 línea 6 metro de santiago. método de construcción de túneles