ejecución de sótano de aparcamiento de vehículo de 6

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EJECUCIÓN DE SÓTANO DE APARCAMIENTO DE VEHÍCULO DE 6
PLANTAS DE PROFUNDIDAD SOBRE PANTALLAS DE CONTENCIÓN
PARA SÓLO 4 PLANTAS DE PROFUNDIDAD
Eduardo MARTÍNEZ MOYA
Arquitecto
Edartec Consultores, S.L.
Director
[email protected]
Manuel SÁNCHEZ GARROTE
Ingeniero Industrial
Edartec Consultores, S.L.
Director Área Técnica
[email protected]
RESUMEN
En una obra de promoción pública diseñada para aparcamientos de vehículos con cuatro plantas
de profundidad se deciden construir dos plantas más bajo rasante (seis), cuando ya se estaba
llegando al tercer nivel de excavación: había que responder al desafío estructural que suponía el
encargo de sobreexcavar dos plantas más de sótano sobre las originales cuatro plantas
proyectadas, estando ya ejecutadas no sólo las pantallas de contención de tierras, sino incluso las
dos primeras filas de anclajes puesto que ya se había excavado hasta una cota aproximada de 10.00 m. Hubo que aportar soluciones de índice teórico-práctico para el reto estructural sin
precedentes planteado (según todos los archivos disponibles, incluso los de la propia empresa de
cimentaciones especiales adjudicataria del tratamiento del terreno). Hubo que resolver “in situ” y
sin posibilidad de paralelismos todos los problemas de dicha excavación.
PALABRAS CLAVE:
sótano, pantallas, inyecciones, superjet grouting, mina, excavación,
empujes, anclajes, pilotes.
1. ANTECEDENTES
La Empresa Municipal de la Vivienda de Sevilla (Emvisesa), encargó a los arquitectos D. Alberto
Donaire Rodríguez y D.Eduardo Martínez Moya la redacción de un Proyecto inicial de 40
Viviendas, Locales Comerciales y Estacionamiento, situado en cinco parcelas del Plan Especial
C1 de Reforma Interior, Guadalquivir, Clavijo, Mendigorría en Sevilla. Este Proyecto de enorme
complejidad técnica y jurídica (por lo que suponían las estrictas condiciones urbanísticas), fue
redactado desde julio de 2002 y finalmente entregado en mayo de 2005. En paralelo, otro
organismo público, el Instituto Municipal de Deportes del Excmo. Ayto. de Sevilla, encargó a los
mismos arquitectos la redacción de un Proyecto de Centro Deportivo (Polideportivo, Graderío,
Gimnasio e instalaciones anexas), en el mismo sitio, ubicado sobre el techo del sótano del
estacionamiento de vehículos correspondiente al Proyecto anterior.
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D. Eduardo Martínez Moya es el proyectista encargado de la estructura y cimentación de los
citados Proyectos. Ambas actuaciones han de entenderse unitarias estructuralmente, puesto que
el pabellón polideportivo descansa sobre los soportes que también lo son del sótano para
aparcamientos de vehículos.
Una vez iniciadas las obras, habiéndose terminado la construcción de las pantallas de contención
perimetrales (dimensionadas, calculadas y armadas para las cuatro plantas de sótanos), cuando
las obras alcanzaban ya una profundidad de excavación que sobrepasaba la del segundo nivel de
anclajes (cota aproximada -10,00m), y habiéndose ejecutados los mismos; la obra queda
interrumpida a petición del promotor: se deciden hacer seis plantas de sótanos, motivado por dos
razones : la inmensa demanda de aparcamientos en esta zona de la ciudad de Sevilla (casco
histórico) y porque acababa de aprobarse una modificación de la normativa urbanística del Plan
General de la ciudad que permitía a partir de ese momento superar la excavación de cuatro
plantas de sótano (límite hasta esa fecha), estamos en diciembre de 2006.
En resumen, siendo esta promoción de iniciativa pública, ocupando una considerable extensión
relativa las cinco parcelas urbanísticas destinadas a la misma : PU1 con 1045,00 m2, PU3 con
573,71 m2, PU6 con 655,81 m2, PU7 con 148,00 m2 y parcela de uso deportivo con 2653,50 m2;
Emvisesa, la entidad promotora pública, entendió la necesidad dotacional de aparcamientos más
allá de dotar sólo a las nuevas viviendas y a los locales comerciales que habían de ser
construidos. Este criterio se aplicó desde el principio, pero si bien el primer proyecto contemplaba
un total de 409 plazas para automóviles (y así se estaban construyendo); con la aprobación de la
nuevas ordenanzas urbanísticas se podían llegar hasta las que finalmente se han construido : 607
plazas de automóviles más 47 plazas de motocicletas.
El reto estructural no tenía precedentes: excavar seis sótanos con unas pantallas ejecutadas para
cuatro. Obviamente, las contenciones eran insuficientes, con riesgo evidente de colapso. Si la
ejecución de cuatro plantas de sótano en un intrincado interior del casco histórico de la ciudad,
con suelos blandos por la proximidad del río Guadalquivir, y con edificaciones medianeras
antiguas y precarias ya presentaba riesgos ahora la dificultad crecía muy notablemente.
Figura 1. Solar del interior del casco histórico de Sevilla. Obsérvese la situación del río Guadalquivir.
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2. DESCRIPCIÓN DEL SÓTANO DE APARCAMIENTOS.
La intrincada y compleja solución también formal de la intervención (suma de los proyectos de
viviendas + locales + polideportivo + estacionamiento), finalmente quedó resuelta (en lo que al
estacionamiento se refiere), mediante la dotación de un aparcamiento para vehículos que
inicialmente era de cuatro plantas de profundidad, ocupando un primer sótano con 4253,28 m2 y
tres más con 2830,71 m2. Total de plazas: 409.
Figura 2. Distribución original del primer sótano del proyecto.
Figura 3. Distribución original de los sótanos -2, -3 y -4.
La oportunidad que supuso el cambio en el Plan General de Ordenación Urbana (PGOU) de
Sevilla (año 2006) propició la ansiada esperanza de poder alcanzar una mayor dotación de
aparcamientos, con la ejecución de dos plantas de sótano más. Ya que el momento de esta
decisión se produjo con las pantallas ejecutadas y gran parte de la ejecución también alcanzada,
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lo que se resolvió es sobreexcavar el interior de la “caja” apantallada en dos niveles más. Fácil
relativamente de dibujar en distribución, aunque evidentemente otra cosa en lo que corresponde a
sus posibilidades ciertas de convertirse en técnicamente viable.
El Reformado de Proyecto de Ejecución de mayo de 2008 incluía los siguientes planos.
Obsérvese en el primero de ellos la sección completa con las seis plantas de sótano, que
finalmente fue la definitiva.
Figura 4. Sección del proyecto reformado (seis sótanos) y primer sótano (nivel -1).
3. PERFIL GEOTÉCNICO Y SOLUCIÓN ORIGINAL.
Se disponen de diversos estudios geotécnicos del terreno: el original que sirvió para caracterizar
el suelo cuando se redactó el primer proyecto, y luego otros dos específicos de contraste y
ampliación, pedidos por la Dirección Facultativa de las obras para poder abordar la problemática
que se planteaba. En resumen, los perfiles geotécnicos del suelo que se tienen se resumen
según:
Nivel 1: Rellenos (de cota 0,00 a -2,80 m).
Nivel 2: Aluvial reciente. Limo arenoarcilloso (de -2,80 m a -4,50 m).
Nivel 3: Aluvial. Arena limosa (de -4,50 m a -11,10 m).
Nivel 4a: Aluvial basal. Arena con grava (de -11,10 m a -16,80 m).
Nivel 4b: Aluvial basal. Grava arenosa marrón anaranjada (de -16,80 m a -21,60 m).
Nivel 5: Sustrato mioceno. Arcilla margosa gris-verdosa de alta plasticidad (a partir de -21,60 m).
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Inicialmente, el proyecto contemplaba la ejecución de cuatro plantas bajo rasante, con una
excavación máxima prevista de 14 m. La excavación de los niveles bajo rasante se habían
contemplado al abrigo de unas pantallas continuas de hormigón armado de 80 cm de espesor,
cuya estabilidad, en fase de obra, quedaba garantizada mediante la disposición de unas filas de
anclajes activos provisionales y arriostramientos metálicos, según zonas, a distintas cotas.
El armado de las pantallas mencionadas se llevó hasta la cota -20.00 m, continuándose las
mismas sin armar hasta la cota -24.00 m, de modo que quedasen empotradas en el nivel de
margas grises existentes, consiguiendo un recinto estanco interior.
Así, el sótano de cuatro plantas original estaba diseñado mediante la construcción tradicional a
cielo abierto de pantallas de contención que se mantenían en pie durante todo el proceso de
excavación mediante la incorporación de los ya referidos anclajes activos (que dependiendo de la
sección de pantalla que se tratase podían contar con dos o tres niveles). Así se estaban
realizando las obras, hasta llegar a la cota algo mayor de -10,00 m. Fue éste el momento en que
se nos indicó interrumpir la marcha de las obras. En alguna parte del solar que se estaba
excavando se había alcanzado la cota del tercer nivel de anclajes, incluso se habían realizado ya
las perforaciones, parándose las obras sin acabar de colocar sus anclajes correspondientes.
4. DETERMINACIONES ESTRUCTURALES PARA LA CONSECUCIÓN DEL OBJETIVO.
La situación que se planteaba: excavar con esas pantallas dos plantas más, era obviamente
inviable de ser conseguida si no se adoptaban decisiones con repercusiones en estructura y
cimentación excepcionales. El primer criterio que se adoptó fue de diseño arquitectónico: con
objeto de disminuir parcialmente las dificultades técnicas que tal decisión generaba, se optó por
reducir en lo posible la altura libre de cada uno de los sótanos, de modo que la máxima cota de
excavación que finalmente se adoptó fue igual a -17.35 m.
El punto de partida es una solución de pantallas ejecutadas, diseñadas para un determinado
proceso constructivo y que se dimensionan y arman en cada sección para la envolvente de
esfuerzos que se producen en las distintas fases previstas originariamente: cuatro plantas de
sótano. Esta situación, es obviamente la que más condiciona el nuevo proceso ejecutivo que se
adopta, al necesitar limitar los máximos desplazamientos y esfuerzos que pueden producirse en
una determinada sección ya existente, (diseñada, armada y ejecutada); por evidentes y
elementales razones de seguridad estructural.
En el análisis de las pantallas realizado, considerando el tramo de las mismas en la que sí se
disponen armaduras y el proceso constructivo establecido inicialmente (ya anteriormente descrito),
se obtuvo que, en algunas fases, los desplazamientos que experimenta el pie de la misma y los
esfuerzos que se producen en algunas de las secciones, están muy lejos de ser admisibles (por
obvias razones).Esta situación, ya obligaba a plantear un nuevo proceso constructivo con los
siguientes condicionantes:
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 Los desplazamientos que experimenten las distintas secciones y en especial, la sección
correspondiente al pie de la pantalla, se deberá limitar a valores admisibles que garanticen
la estabilidad de la misma y la ausencia de daños en las edificaciones del entorno.
 Los esfuerzos que se produzcan en las distintas secciones para las fases de ejecución que
se establezcan, deberán ser absorbidos por los armados colocados en obra, con las
debidas garantías de seguridad.
 También se debe contar con el hecho de que el armado del trasdós (armadura base +
refuerzos), es de mayor cuantía que el dispuesto en el intradós (armadura base).
 La solución que se adopte deberá permitir su ejecución material, teniendo en cuenta el
estado en el que se encuentra la obra.
 La zona en la que se ubica la obra (dentro del casco urbano con calles de anchura reducida)
sumada a la limitación de espacio existente en la propia obra, reducen las posibilidades de
ubicación de equipos y el acopio de materiales.
 La máxima altura de excavación en mina que se puede llevar a cabo bajo el forjado de suelo
del nivel sótano -3, se ve fuertemente restringida, según se ha podido comprobar, de
manera que reduce las soluciones que se pueden llevar a cabo, al limitar las dimensiones
de los equipos y de las alturas necesarias para la actuación de los mismos.
Se ha barajado un abanico de posibles soluciones y procesos constructivos que diesen solución al
fin buscado, soluciones que se han ido analizando de manera pormenorizada, teniendo en cuenta
los condicionantes indicados. Para este análisis ha sido necesario consultar con los
departamentos técnicos y de producción de empresas de cimentaciones especiales y tratamientos
de suelos relevantes del sector, a fin de verificar la viabilidad de la ejecución material de las
mismas.
Como resultado de los trabajos descritos y una vez descartadas aquellas posibles soluciones que
no cumplen uno o más de los condicionantes citados, se llega a la conclusión de la solución
técnicamente viable, así como el proceso constructivo que finalmente se adopta. Se realizaron
todo tipo de estudios, análisis y propuestas estructurales. Finalmente la consecución del objetivo
partió de la adopción de criterios de cálculo y diseño estructural, la comprobación exhaustiva y
rigurosa de los mismos y además de la inclusión de condiciones constructivas muy exigentes que
podríamos resumir en las siguientes:
4.1. Ejecución de un sistema de construcción del sótano ascendente-descendente.
El proceso constructivo fue obligadamente cambiado a otro del tipo ascendente-descendente.
Para ello primero se contrató la ejecución de las pilas-pilotes correspondientes. Para poder
ejecutar las mismas, y también por razones de seguridad, la primera decisión que se adoptó pasó
por construir una plataforma a la cota -9,00 m, rellenando parcialmente la caja excavada. Desde la
misma se colocaron los pilotes, de diámetro 125 cm, y profundidades variables que alcanzaron
unas profundidades comprendidas entre 29,50 m y 32,50 m. También desde aquí se ejecutaron
las pilas, diseñadas mediantes perfiles de acero laminado tipo HEM, de perfil variable según
solicitación entre HEM 180 y hasta HEM 300, con empotramiento variable en los nombrados
pilotes.
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Figura 5. Fase de ejecución 7 : plataforma a -9,00 m y ejecución de pilas-pilotes.
A partir de aquí se excavó hasta la cota -12,50 m, completándose los anclajes activos que
correspondían al primer proceso constructivo. Llegados a este punto se construyó el forjado de
nivel -3 (-8,84 m); posteriormente, sucesivamente en ascendente: el sótano de nivel -2 (-6,12 m),
el sótano de nivel -1 (-3,40 m) y finalmente el forjado de planta baja, nivel 0 (-0,00 m).
4.2. Ejecución de un sistema de control de los desplazamientos: inclinómetros.
Hasta este momento no se había exigido a las pantallas construidas más de las necesidades
primeras para las que fueron diseñadas, calculadas, armadas y construidas. Pero íbamos a
empezar a realizar actuaciones de especial delicadeza y pasar por puntos críticos de esfuerzos y
solicitaciones que conllevaron inexcusablemente, por elementales razones de seguridad y
responsabilidad, la instalación de sistemas de control adecuados. Si bien la primera fase de las
pantallas se controló mediante topografía, con mediciones de prismas y dianas en la cabeza de
las pantallas, ahora interesaba controlar el pié de las mismas. Se colocaron perimetralmente un
conjunto de nueve puntos de control inclinométrico. Fue imposible realizar taladro a lo largo de los
24 m de longitud de las pantallas a causa de que por la marcha de las obras, bien el polideportivo
o bien buena parte de las viviendas ya estaban ejecutadas, sobre las mismas: hubo que
colocarlos en el trasdós de las mismas.
Se realizaron controles variables entre 25 y 28 lecturas en los puntos de control, de forma
periódica y discrecional a petición de la Dirección Facultativa de las obras, desde marzo 2008
hasta septiembre 2010.
4.3. Modificación de la naturaleza del suelo en el pié de la pantalla: superjet grouting.
La solución que se planteó, se fundamentó en la idea de modificar las características del terreno
existentes en el entorno del pie de la pantalla, en la zona del intradós, entre las cotas
correspondientes al máximo vaciado previsto (de modo que no afecte al terreno que se debe
excavar) y la correspondiente a la sección de la pantalla en la que ésta deja de estar armada, para
de este modo incrementar el valor del empuje pasivo en el pie de la pantalla.
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Fue esencial: de este modo, el nivel de gravas y arenas al que se le asignaba originalmente un
valor del ángulo de rozamiento interno igual a 37º y una cohesión igual a 0 T/m2, tras el
tratamiento presenta un valor del ángulo de rozamiento interno igual a 45º y un valor de la
cohesión igual a 15 T/m2.
La problemática de ejecución de este tratamiento fue mayor aún porque era necesario bajar las
maquinarias a trabajar en mina en una cota de altura muy reducida dados los escasos límites
resistentes de las pantallas con que se contaba. Finalmente, se alcanzó a buscar maquinarias
específicas con capacidad para ejecutar el tratamiento en una altura de 350 cm. Así que se
empezó la excavación en mina bajo el forjado del nivel de sótano -3, realizándose una excavación
hasta la cota -12,80 m (esto es: 356 cm libres). A partir de esta plataforma se realizó el tratamiento
de inyección de mortero de lechada a alta presión, planteándose un cambio en la naturaleza del
suelo entre las cotas -17,75 y -20,25 m, con grandes columnas de entre 2,50 y 3,00 m de
diámetro.
Figura 6. Fase de ejecución 14 : plataforma a -12,80 m y ejecución de columnas de superjet grouting.
Figura 7. Fase de ejecución 14 : planta del tratamiento mediante columnas de superjet grouting.
La aplicación de esta tecnología supuso también establecer nuevos controles especiales sobre la
idoneidad del tratamiento. Se integró el procedimiento de “tubos sounding”.
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Figura 8. Maquinaria de inyección del superjet bajo el forjado de sótano -3 y tubos sounding.
4.4. Ejecución de los sótanos de niveles -4, -5 y losa arriostrante del nivel -6 en mina.
El resto de la obra hubo de desarrollarse en mina. Hubo de controlarse de forma extrema el
tamaño de todos los huecos en los forjados, los de rampas, escaleras, instalaciones, así como los
de obra: para la necesaria ventilación de la mina para habilitar el trabajo del personal y para la
extracción del material de la excavación. Las condiciones que soportaban los elementos
estructurales y las pantallas se encontraban casi sin márgenes asumibles. Se realizaron cálculos
específicos al respecto que incluso conllevaron refuerzos adicionales en los módulos de las
pantallas a modo de contrafuertes, así como refuerzos mediante aumentos de las capacidades de
trabajo de los forjados en su trabajo como diafragmas comprimidos.
Figura 9. Cálculos mediante M.E.F. de las condiciones de trabajo de la estructura de contenc
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Figura 10. Excavación en mina y picado de resurgencias del superjet grouting en febrero de 2010.
Figura 11. Fase de ejecución 17 : ejecución de la losa arriostrante a la cota -17,00 m y polideportivo.
Figura 12. Aparcamiento terminado. Visita de diferentes autoridades y políticos del Excmo. Ayto. de
Sevilla para la recepción de las obras, encabezados por el Sr. Alcalde D. Alfredo Sánchez
Monteseirín. Las obras han sido entregadas en el mes de marzo de 2011.
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