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EXTENSIÓN DE LA LÍNEA H
SUBTERRÁNEAO DE BUENOS AIRES, ARGENTINA
Laiun, Jorge Gabriel, Ing. Civil, SRK Consulting Argentina, [email protected]
Sfriso, Alejo Oscar, Dr. Ing. Civil, SRK Consulting Argentina, [email protected]
Zielonka, Ezequiel, Ing. Civil, Geoconsult Buenos Aires, [email protected]
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
°
10-20
0-10
0
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
u
c´
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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-2.0
O
T
N
EI
M
A
Z
LA
P
S
E
D
-7.0
]
m
m
[
-12.0
Predicción asentamiento
No Drenado
Drenado
-17.0
-22.0
-20.00
-10.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
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
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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
Bolognesi A, 1975. Compresibilidad de los suelos de la Formación Pampeano. V
PCSMFE, Argentina, V: 255-302.
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.
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