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EXTENSIÓN DE LA LÍNEA H

SUBTERRÁNEAO DE BUENOS AIRES, ARGENTINA

Laiun, Jorge Gabriel, Ing. Civil, SRK Consulting Argentina, jlaiun@srk.com.ar Sfriso, Alejo Oscar, Dr. Ing. Civil, SRK Consulting Argentina, asfriso@srk.com.ar

Zielonka, Ezequiel, Ing. Civil, Geoconsult Buenos Aires, ezielonka@geoconsultba.com.ar

RESUMEN

La Línea H del Subterráneo de Buenos Aires, Argentina, es una línea de 3km de longitud que corre en sentido Norte-Sur por el centro de la ciudad. En 2011 comenzó la extensión de la línea en ambas direcciones, incorporando túneles para talleres y cocheras. El tramo Sur, el cual se encuentra en etapa de proyecto, prevé adicionar 850m de túneles y una estación cut & cover, en suelos blandos areno-limo-arcillosos fluviales. El tramo Norte incorpora 2km de túnel y tres estaciones en caverna CTM (Método convencional de tunelería) y una estación cut & cover, en suelos competentes de la fm Pampeano: arcillas y limos rígidos cementados y preconsolidados. Las cavernas de estación poseen 135 m de longitud y 200m2 de área de excavación. 400m de dos túneles gemelos para cocheras y 250m de dos túneles para taller se encuentran en el extremo Sur de la Línea, en suelos tan competentes como los que se encuentran en el tramo Norte. El túnel taller posee 140m2 de área de excavación y una relación altura/ancho de 0.58. Este trabajo describe el proyecto y avances logrados en la ejecución de los túneles y cavernas para estaciones del tramo Norte, y el túnel taller del tramo Sur, los que han sido excavados con gran éxito gracias a la experiencia acumulada de los últimos 20 años.

ABSTRACT

Buenos Aires Metro Line H in Argentina, is a 3 km long line running N-S at the west side of the city's downtown area. In 2011, started the excavation of the extension of this line in both directions. 2km NATM tunnel (Conventional tunneling method) and three cavern stations with 200 m2 excavation area and 135m length are being built northbound in stiff cemented silts and clays from Pampeano´s formation. Southbound, two 400m length twin tunnels for a garage, and two 250m length twin caverns for a workshop, with and 140 m2 excavation area each one and 0.58 hight/width ratio, are being built also in stiff soils of Pampeano´s formation. Still in Project, 850m tunnel and one cut&cover station will be built southbound in estuary soft holocene soils. In this paper, the project and the 20 years evolution of NATM techniques in Buenos Aires´s big metro caverns, applied with success for the north Line H extension stretch and for the garage and workshop in the south is described and discussed.

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INTRODUCCIÓN

La prolongación de la Línea H hacia el Norte - tramo C2 - consiste en cuatro nuevas cavernas y 2 kilómetros de dos túneles convencionales en suelos limos toscosos de la fm. Pampeano, donde hay sobrada experiencia en obras de tunelería. La extensión hacia el Sur - tramo A0/A1 – consta de una estación y 850 m de túnel de dos vías, donde se encuentran arenas limosas sueltas de muy pobre capacidad geotécnicas que inhabilita el uso de tunelería convencional, requiriendo el uso de otras técnicas de excavación y fortificación. En el Sur se ubican los nuevos talleres y cocheras de la Línea H, los que afortunadamente se encuentran en suelos tan competentes como los que se encuentra en el tramo Norte. En la Figura 1 se muestra un mapa de ubicación de los tramos en construcción y existente de la Línea H del metro de Buenos Aires.

La extensión de tramo Norte y talleres son una realidad y se encuentran con un avance de la etapa civil mayor al 70%. El tramo Sur se encuentra aún en etapa de anteproyecto.

En este trabajo se describe el proyecto para el tramo C2 y los talleres gemelos, se describe brevemente las condiciones geológicas y geotécnicas, se analizan los retos más significativos a implementar en el futuro.

Figura 1. Extensión de la Línea H del Metro de Buenos Aires.

SUELOS DE BUENOS AIRES

Los suelos Buenos Aires de la ciudad han sido descritos extensivamente en otras contribuciones (Bolognesi 1975, Fidalgo et al 1975, Núñez 1986, Codevilla y Sfriso 2011). Resumidamente, la formación Pampeano es una Loess modificado, preconsolidado por desecación y cementados con carbonato de calcio en los nódulos y la matriz formas de impregnación que subyace bajo la ciudad de Buenos

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Aires. A partir de los tres a seis metros la resistencia a la penetración es sistemáticamente Nspt> 20, con algunas zonas fuertemente cementadas que exhiben comportamiento de roca blanda con Nspt> 50.

La fm Pampeano presenta las siguientes características: i) alta permeabilidad secundaria por estar fisurado; ii) eventuales capas delgadas de arenas errática no cohesivas a 20m profundidades o mayor; iii) en la parte inferior de la formación y sobre las arenas limpias del Plioceno, un estrato pobremente cementado no fisurado de arcillas verdes que actúa como sello hidráulico.

Los suelos del Pampeano son aptos para construcción subterránea debido a su gran rigidez, resistencia a la compresión fiable, drenaje rápido y buen comportamiento en estado drenado. En túneles, los pases de excavación máxima sin sostenimiento se limitan a 2,50 m, dado que mayores pases generan inestabilidades de bloques en la clave por ser una masa de suelo fisurada (Sfriso 2006, Núñez 2007). La tabla 1 recoge un conjunto típico de parámetros de los materiales utilizados para el diseño de excavaciones subterráneas (Sfriso et al 2008, Codevilla y Sfriso 2011).

PARÁMETRO UNIDAD 0m-8m 8m-30m 30m-40m

cu kPa 50-100 110-220 40-120

�u ° 10-20 0-10 0

c´ kPa 10-25 25-50 15-30

�´ ° 30-32 30-34 29-32

Ψ ° 0-3 0-6 0-3

E50 MPa 60-100 70-150 60-90

Eur MPa 150-250 180-300 140-220

M - 0.0-0.4 0.0-0.4 0.0-0.4

ν - 0.20-0.30 0.20-0.30 0.20-0.30

Rf - 0.80-0.90 0.80-0.90 0.80-0.90

Tabla 1 – Parámetros de diseño usuales para la fm. Pampeano.

EXTENSIÓN DE LA LÍNEA H – TRAMO C2

Túneles entre estaciones

La sección típica del túnel (Figura 2) entre estaciones es de 10 m de ancho, con una sección transversal de 55m2 y 9.0 m a 14 m de tapada. Se encuentran bajo el

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nivel freático, lo que obliga a efectuar un drenaje sistemático previo a las tareas de excavación y fortificación. Estas se efectúan desde galerías de drenaje excavadas manualmente desde pozos de ataque.

La metodología de excavación (Figura 3) es a frente completo, con sostenimiento de hormigón proyectado de 15 cm de espesor, patas de elefante de 0.60m a 1.0m, armadura compuesta por cerchas reticuladas embebidas en el hormigón dispuesta en cada avance de excavación. Este último depende de la calidad geotécnica y condición hidrogeológica que prevalece en el frente de trabajo, variando entre 1.0 m a 2.50 m.

La excavación gruesa se realiza utilizando retro-excavadora, mientras que el perfilado de la sección se realiza manualmente con martillos neumáticos.

Por requerimiento de la IO, fundado en consideraciones de servicio, impermeabilidad y durabilidad, se especifica un revestimiento definitivo de hormigón moldeado in situ. El uso del hormigón proyectado en revestimientos secundarios solo se acepta para secciones atípicas y/o cortas, donde no justifica la construcción de un molde.

Figura 2. Sección típica de túneles entre estaciones.

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Figura 3. Procedimiento constructivo de los túneles entre estaciones.

Cavernas

Con la experiencia en la construcción de la estación Corrientes de la Línea H se decidió repetir igual procedimiento de construcción para las tres cavernas de este tramo: Las Heras, Santa Fe y Córdoba. La metodología consiste en una excavación a frente completo con dos retroexcavadora ubicadas en bancos en diferentes cotas, generando dos frentes de trabajos simultáneos e independientes, ejecutando el cierre del anillo estructural dentro de los 20m del frente. El procedimiento se describe en Sfriso (2007, 2010). El ciclo completo admite 6m a 8m de avance por semana. La sección transversal, el procedimiento de construcción y fotos se muestran en Figuras 4 a 6.

Las tres cavernas del tramo C2 poseen condiciones levemente menos favorables que las encontradas en la estación Corrientes. Por ejemplo, la estación Las Heras posee una tapada de tan solo 5.0m, en donde la fm Pampeano va perdiendo progresivamente espesor, y con un conducto cloacal deteriorado de 1.50mx2.0m que recorre longitudinalmente la estación en cercanía de la clave.

El sostenimiento primario se compone de 0,30m a 0.45m de hormigón

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proyectado, cerchas metálicas de 20 kg/m, mallas de acero fi16c/15 en la cara exterior de los hastiales. Entre el sostenimiento primario y el revestimiento secundario de hormigón se aplica, en dos capas, una membrana adherente Masterseal 345 de 4mm de espesor total. Igual membrana se usó en Estación Corrientes, taller Línea A y otros, con resultados aceptables. No obstante, la estanqueidad absoluta nunca se ha logrado, con lo que cierto grado de tratamientos de inyección es necesario para controlar fugas, frecuentemente localizadas en juntas de construcción.

La excavación del suelo se realiza con dos retroexcavadoras de gran capacidad; el perfilado final se ejecuta manualmente con martillos neumáticos. Los pases de excavación de limitan a un metro por exigencias de la IO. El sostenimiento primario se proyecta manualmente en dos a tres capas, hasta completar el espesor de diseño de 30cm a 45cm.

En la Figura 4 y Tabla 2 se indican la geometría básica, estratigrafía de las cavernas. En la Figura 5 y 6, la esquematización y fotos del procedimiento constructivo. El revestimiento secundario se ejecuta inmediatamente posterior a ejecutar la solera: hastial inferior, andén, hastial superior y bóveda.

Figura 4. Sección transversal de las estaciones Las Heras, Córdoba y Santa Fé.

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ESTACIÓN CÓRDOBA SANTA FÉ LAS HERAS

TAP 6.40 8.40 4.80

PS – Pampeano Superior 5.0 5.0 4.0

PM – Pampeano Medio 23 22 16

PI – Pampeano Inferior 2.0 6.0 7.0

EP – EpiPuelche 4.0 0.0 2.0

P 13.8 10.9 10.40

NF 8.50 9.20 9.10

Tabla 2 – Valores para las referencias de la Figura 2.

Figura 5. Etapas constructivas para las cavernas de estaciones.

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Figura 6. Etapas constructivas para las cavernas de estaciones.

La figura 7 muestra el asentamiento medido en la caverna Las Heras, mostrando un valor máximo de 21mm. Las estimaciones obtenidas a partir de un modelo tridimensional de elementos finitos (www.plaxis.nl) se ubican entre los 18,5 a 22,5 mm para condiciones no drenadas y drenadas respectivamente. Si bien es una excelente predicción, las curvas de medición obtenidas para otras progresivas muestran una gran dispersión debido a cuestiones de instrumentación y metodología, lo que dificulta su análisis e interpretación. Si consideramos que la instrumentación implementada solo consta de asentímetros superficiales y profundos, no se puede asegurar que también se estén acertando a otros parámetros, como ser presiones en el suelo, esfuerzos en el sostenimiento, distorsión en superficie, etc.

La tasa de avance promedio alcanzó los 6.0 a 8.0m por semana, demandando unos ~5½ meses la excavación con medios mecánicos de la estación de 135m de longitud. La apertura de frentes de excavación secundarios en el sector de la bóveda para acelerar la excavación de la estación no trajo un beneficio neto: los cambios de procedimiento generaron ineficiencia en el rendimiento de excavación, desperdiciando el beneficio en haber adelantado parte de la excavación.

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-22.0

-17.0

-12.0

-7.0

-2.0

-20.00 -10.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00

DESPLAZAMIENTO

[mm]

DISTANCIA AL FRENTE DE EXCAVACION [m]

Figura 7. Asentamiento vs distancia a frente de excavación. Estación Las Heras. Punto de monitoreo en Pr +8981.

EXTENSIÓN DE LA LÍNEA H – TRAMO A1

Cocheras

Las cocheras se ubican bajo el Parque de los Patricios y se componen de dos túneles gemelos y paralelos de unos 400m de longitud, separados unos 15m entre ejes de túnel. Su sección transversal y metodología constructiva es similar a la empleada para los túnel entre estaciones descrito anteriormente. Las tapadas de suelo a la clave varían entre los 3.50m a 11m.

Taller Parque Patricios

Bajo el Parque de los Patricios se construye dos túneles taller, de 250m de longitud, separados 24.60m entre ejes de túnel, tapadas entre los 6.0 a 8.0m, con sección transversal de 140m2 indicada en la Figura 7.

Las cavernas para los talleres tienen una metodología constructiva similar a las empleadas en las cavernas de las estaciones. La diferencia principal radica en que por la menor altura del túnel hay un único banco de trabajo para la retro-excavadora, en vez de los dos bancos empleados en las estaciones (Figura 8).

El túnel taller Norte se ha excavado desde pozos de ataque elípticos de 8.50m x 7.0m. Posteriormente estos pozos serán utilizados como parte del sistema de ventilación forzada del taller Norte. Los medios de extracción vertical de suelo ubicados en los pozos elípticos (3 tolvas con baldes de 0.80m3) no han sido suficientes para retirar la producción diaria de suelo, la que se ha acumulado generado retrasos y dificultades operativas (ver 1° foto de Figura 8). Por tal motivo se ha planificado que el túnel taller Sur sea excavado desde una rampa de acceso vial.

Como particularidad importante se destaca el empleo de un sistema de

Predicción asentamiento No Drenado Drenado

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impermeabilización en todo el perímetro del túnel con membrana no adherente de PVC (Sikaplan WP 1100-20HL), en remplazo de la membrana adherente empleada en las estaciones (Masterseal 345). Como antecedente de uso de este tipo de membrana en obras del subterráneo de Buenos Aires se cuenta con la extensión de la Línea E, tramo Correo Central – Retiro, de la cual no se cuenta con información sobre su desempeño dado que aún no se encuentra operativa.

Figura 7. Sección transversal de las cavernas del taller.

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Figura 8. Algunas de las etapas constructivas para las cavernas del taller.

CONCLUSIONES

En este trabajo se presenta el proyecto de ampliación de la Línea H del Metro de Buenos Aires. Se describe brevemente el contexto geológico y geotécnico en el que se ubica el proyecto.

La excavación simultánea de tres cavernas para estaciones Córdoba, Santa Fe y Las Heras siguiendo la experiencia obtenida en la estación Corrientes de la Línea H (Sfriso 2007), consolida de forma definitiva la técnica de excavación convencional a frente completo como la metodología de excavación más económica, segura y eficiente para las grandes cavernas en Buenos Aires. Esta conclusión también es extensible para el caso de las cavernas para talleres como la que se construye bajo el Parque de los Patricios, cavernas cuyos anchos son similares a la de las estaciones pero con una altura notablemente menor, lo que impone un comportamiento estructural más exigido.

Como desafíos futuros para la inspección de obra y las constructoras puede citarse la implementación de un sistema de monitoreo más confiable, empleo de robots para aplicación de hormigón proyectado, optimización de los espesores de concreto e integración estructural sostenimiento primario – revestimiento secundario.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen el apoyo de las constructoras Techint y Dycasa y a la inspección de obra SBASE en la colaboración y permisos para publicar el material de este trabajo, a todo el equipo de la oficina de SRK Consulting and Geoconsult Buenos Aires. Sfriso agradece particularmente al Prof. Eduardo Núñez por su permanente asesoramiento y colaboración en temas de tunelería.

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REFERENCIAS

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Codevilla M and Sfriso A, 2011. Actualización de la información geotécnica de los suelos de la Ciudad de Buenos Aires. XIV PCSMGE (Toronto, Canadá), paper 988 , CD-ROM.

Fidalgo F, De Francesco F and Pascual R, 1975. Geología superficial de la llanura Bonaerense”. VI Arg. Geol. Conf, 110 - 147.

Núñez E, 1986. Panel Report: Geotechnical conditions in Buenos Aires City. V Conf. IAEG, 2623-2630.

Núñez E, 2007. Casagrande lecture: Uncertainties and Approximations in Geotechnics. XIII PCSMGE, Venezuela.

Sfriso A, 2006. Algunos procedimientos constructivos para la ejecución de túneles urbanos. XIII CAMSIG, Argentina, 1-17.

Sfriso A, 2007. Procedimiento constructivo de la Estación Corrientes del Subterráneo de Buenos Aires, Argentina. VI Cong Chil Geot, Valparaíso, d6:1-13.

Sfriso A, Sagüés P, Quaglia G, Quintela M and Ledesma O, 2008. Small-strain stiffness of the Pampeano Formation. IS-Atlanta 2008, IV Intl Symp Def Char Geomat I:237-244.

Sfriso A, 2008. Metro tunnels in Buenos Aires: Design and construction procedures 1998 – 2007. 6th Intl Symp Geotechnical Aspects Underground Constructions Soft Ground, Shanghai, 335-341.

Sfriso A, 2010. Metro tunnels in Buenos Aires. Development of construction procedures 1998-2009 (update). Seminario ITS, Buenos Aires, Argentina.

Sfriso A, Laiun J, 2012. Evolution of construction procedures for metro stations in Buenos Aires, Argentina. 3er CBT & SAT 2012, San Pablo, Brasil.

Laiun J, Zielonka E., Sfriso A, 2014. Large Caverns for Metro Stations in Buenos Aires. World Tunnel Congress 2014, Foz do Iguaçu, Brazil.