ASI6BEGE_1

3er Simposio Internacional sobre túneles y lumbreras en suelos y roca
Diseño y construcción de los 5 túneles de la Autopista Urbana Poniente
Design and construction of the five tunnels of the Autopista Urbana Poniente
Bermúdez E., TGC Geotecnia S.A. de C.V.
Santoyo E., TGC Geotecnia S.A. de C.V.
Segovia J. A., TGC Geotecnia S.A. de C.V.
RESUMEN: La Autopista Urbana Norte fue concebida con dos propósitos fundamentales: a) encausar el flujo vehicular entre la zona
de Santa Fe y la Av. Luis Cabrera al sur de la ciudad y b) dotar a la zona sur-poniente de la ciudad de México con una vialidad
oriente-poniente congruente con su enorme desarrollo habitacional. Esta vía además tendrá el efecto benéfico de aliviar los
congestionamientos en la Av. de los Constituyentes y del Paseo de la Reforma. La Autopista está integrada con cinco túneles que
salvan barrancas y lomeríos de las formaciones volcánicas del poniente: a) tres de ellos de tipo convencional y fueron excavados con
“rippers”, fresadoras y martillos neumáticos, b) uno con la técnica de tubos hincados horizontalmente con martillos neumáticos, para
cruzar la Av. Las Águilas sin interrumpir el tráfico vehicular y c) uno con la técnica de cut and cover. En el artículo se presentan las
premisas fundamentales de diseño, así como los diferentes procedimientos constructivos empleados durante su ejecución.
ABSTRACT: The Autopista Urbana Norte was designed with two main purposes: a) lead the traffic flow between the Santa Fe area
and Avenida Luis Cabrera al the south of the city and b) give the south-west of the Mexico City an east-west road consistent with its
huge housing development. This route also will have the beneficial effect of relieving congestion in the Avenida de los Constituyentes
and Paseo de la Reforma. The Highway is integrated with five tunnels saving canyons and ridges of volcanic formations: a) three of
them were excavated conventional type with "rippers", rotary drum cutters and jackhammers, b) one with horizontal driven steel
tubes, to cross under the Avenida Las Aguilas without disrupting vehicular traffic and c) one with the cut and cover technique. This
paper presents the fundamental premises of design and different construction procedures during the construction of the tunnels.
1 ANTECEDENTES
La Autopista Urbana Poniente (Supervía) fue concebida
con dos propósitos fundamentales: a) encausar el flujo
vehicular entre la zona de Santa Fe y la Av. Luis Cabrera
al sur de la ciudad y b) dotar a la zona sur-poniente de la
ciudad de México con una vialidad oriente-poniente
congruente con su enorme desarrollo habitacional. Esta
vía además tendrá el efecto benéfico de aliviar los
congestionamientos en la Av. de los Constituyentes y del
Paseo de la Reforma, ya que representa una salida mucho
más viable para aquellos vehículos que se dirigen hacia el
sur de la ciudad, los cuales anteriormente en su mayoría
bajaban por los Puentes de los Poetas para posteriormente
incorporarse a Avenida de las Águilas hasta llegar a la
Rómulo Ofarril para finalmente conectar con el Periférico.
Esta vía está conformada por cinco puentes y cinco
túneles los cuales permiten salvar una serie de barrancas y
lomeríos de las formaciones volcánicas del poniente;
inicia en donde terminan los puentes de los poetas para
seguir en cortes y terraplenes a través del bosque de
Tarango hasta llegar al Puente 1 el cual atraviesa la
barranca de Tarango; al salir de este puente de inmediato
se encuentra el Túnel 1 “Las Águilas”, denominado de
esta forma ya que pasa por debajo de la avenida con este
Ciudad de México, 7 y 8 de noviembre de 2013
nombre; posterior al túnel 1 en unos cuantos metros inicia
el Puente 2 el cual cruza una barranca para llegar al portal
del Túnel 2 “Desierto de los Leones”, nombrado así
porque pasa por debajo de Avenida Desierto de los
Leones; luego se encuentra el Puente 3 que permite el
paso por encima de una segunda barranca; posteriormente
está el Túnel 3 (Falso) llamado “Las Torres” ya que
permite librar la avenida que se nombra de esta manera;
enseguida tenemos el Puente 4 el cual libra otra barranca
para desembocar en el Túnel 4 “La Loma” ya que pasa por
debajo del parque ecológico con este nombre; finalmente
el Puente 5 y el Túnel 5 “Luis Cabrera”, siendo el primero
la estructura que permite librar la barranca la Malinche y
el segundo el que desemboca en la avenida Luis Cabrera.
2 INTRODUCCIÓN
De los cinco túneles que integran el proyecto, estos se
dividen de la siguiente forma: a) tres de ellos de tipo
convencional excavados con “rippers”, fresadoras y
martillos neumáticos, b) uno con la técnica de tubos
hincados horizontalmente con martillos neumáticos, para
no interrumpir el tráfico vehicular y c) uno falso
construido con la técnica “cut and cover”. A continuación
se describirá su procedimiento de análisis, así como su
procedimiento de construcción.
Diseño y construcción de los 5 túneles de la Autopista Urbana Poniente
3 TÚNEL 1 “LAS ÁGUILAS”
Este túnel pasa por debajo de la Avenida Las Águilas, la
cual por su importancia como vía de llegada y salida de la
zona de Santa Fe hacia el sur de la Ciudad no podía ser
interrumpida, factor que llevó a la decisión de utilizar una
técnica de construcción que cumpliera con esta restricción
eligiéndose la del hincado de tubos de acero mediante
martillos neumáticos. Las dimensiones de este túnel son
de 28 m de largo por 26 m de galibo interior, sección que
permite alojar 3 carriles por cada sentido. Está compuesto
por un ademe de tubos metálicos de 60 cm de diámetro
con un espesor de cédula 40 con su eje paralelo al de la
vialidad, dispuestos uno enseguida del otro sin dejar
huecos entre ellos; estos fueron soportados por 19 marcos
de acero transversales a la vialidad, formados por 3
columnas, 2 trabes y 2 puntales, todos ellos de tres placas
con uniones soldadas; la distancia entre marcos es de
1.5m, los cuales se soportaron temporalmente en zapatas
corridas; una vez que se tenían instalados dos marcos,
entre ellos se colaba una losa de cimentación unida
mediante pernos Nelson reforzada con varillas de acero, la
cual funciona como cimentación definitiva.
portal, la cual tuvo una profundidad que permitiera llegar
hasta el nivel de hincado de los tubos superiores. Es
importante mencionar que los tubos se hincaron desde
ambos extremos para encontrase aproximadamente en el
centro del túnel; esta acción permitió que se aumentará el
rendimiento del hincado, así como también permitió
reducir la desviación, tanto lateral como vertical de los
tubos. Previo al hincado de los tubos se realizó una
perforación de un diámetro menor al de los tubos, lo que
permite disminuir la resistencia durante la maniobra de
instalación. Una vez habiendo instalado los tubos
superiores se continuó con la excavación para instalar los
tubos laterales; el proyecto originalmente contemplaba
que la totalidad de las paredes laterales estuvieran
soportadas por tubos, Fig. 2, pero al observar la
competencia del terreno, se optimizó el proyecto
instalando únicamente 4 tubos laterales, Fig. 3, utilizando
la capacidad de arqueo del suelo hacia las columnas de los
marcos.
3.1 Estratigrafía del sitio
En el sitio donde se construyó el Túnel 1 se caracteriza
por la intercalación de tobas limo arenosas con arenas
pumíticas ligeramente cementadas.
Figura 2. Configuración original de los tubos
3.2 Procedimiento de análisis
Para el diseño estructural tanto de los tubos como de los
marcos de acero, se hizo un modelo bidimensional de
análisis de un solo marco con un ancho tributario de 1.5
m, para obtener las cargas tributarias debidas a la
cobertura de terreno sobre el túnel, la carga por el tránsito
vehicular, y el empuje lateral del terreno utilizando la
teoría de Rankine. Fig. 1. Para el dimensionamiento de la
estructura, los elementos mecánicos obtenidos del análisis
fueron afectados por los correspondientes factores de
carga y las propiedades de los materiales por factores de
resistencia.
Figura 1. Modelo de Análisis Túnel 1
3.3 Procedimiento de construcción
El procedimiento para construir este túnel consistió en
hacer una excavación de aproximadamente 30 m en cada
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Figura 3. Configuración optimizada de los tubos
Una vez que la excavación en la zona de los portales llegó
hasta el nivel de desplante de las zapatas, se comenzó a
avanzar con la excavación del núcleo del túnel, liberando
espacio para instalar las trabes y posteriormente las
columnas, Fig. 4. Ya que se tenía completado cada marco
se procedió a realizar el siguiente avance de excavación,
se continuaba la zapata temporal y se repetía el
procedimiento para la instalación de las columnas y
trabes; una vez completados dos marcos, en sus paredes se
lanzaba concreto en toda su altura, procurando que este
tomará la forma de un arco de manera que el terreno
estuviera soportado por las columnas. Estas actividades se
realizaron de manera simultánea desde ambos extremos
hasta que existió una distancia de aproximadamente 6.0 m
de distancia entre los frentes de excavación, uno de estos
se detuvo para permitir que el otro llegara a conectar.
Bermúdez, E. et al.
Finalmente se le dio un acabado a la estructura de la
siguiente forma: entre los marcos en la parte superior se
lanzó concreto en forma de bóveda para cubrir el acero de
los tubos, Fig. 5; para proteger a las columnas contra el
impacto de un vehículo se construyeron muros de concreto
reforzado, Fig. 6.
4.1.1 Túnel 2 y 4
A lo largo del Túnel 2 se encuentran 4 unidades
estratigráficas:
I. Tobas redepositadas, la cual está conformada por tobas
limo arenosas o arcillo arenosas de color café rojizo o café
amarillento con presencia en algunas zonas de gravas y
gravillas de hasta 1” de diámetro.
II. Serie pumítica, constituida por intercalaciones de
horizontes de arenas pumíticas de color blanquecino, gris
y café amarillento con horizontes de limo arenoso de color
café amarillento.
Figura 4. Procedimiento de colocación de los marcos
III. Toba inferior, el cual se trata de un depósito de tobas
limo arenosas o arcillo arenosas.
IV. Lahar el cual se trata de un corriente de lodo
conteniendo bloques de andesita de hasta 80 cm de
diámetro empacados en una matriz arenosa de color gris
en ocasiones con tonalidades rosaceas o verdosas.
V. Relleno los cuales estaban constituidos por tobas
cortadas de la zona mezcladas con pedacería de ladrillo y
concreto con eventuales restos de materiales de plástico.
4.2 Estratigrafía del Túnel 5
Figura 5 Concreto lanzado entre marcos en el techo
A lo largo del túnel 5 se encuentran las siguientes
unidades estratigráficas:
I Arcilla de granulometría fina alterada con fragmentos de
roca subangulosos.
Figura 6 Protección de columnas
3.4 Monitoreo durante la construcción
II Limo arenoso de textura media a gruesa con fragmentos
de rocas andesíticas de formas subredondeadas de 0.1 a
0,3 cm.
Durante la construcción del túnel se llevó a cabo un
monitoreo topográfico a base de nivelaciones en
superficie, a partir de las cuales se determinó que el
asentamiento máximo presentado en la Avenida Las
Águilas fue de 1 cm.
III. Arcilla limosa de textura fina a media con o sin
fragmentos de rocas fenobalticas y andesíticas de formas
subredondeadas de 0.1 a 0,2 cm.
4 PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS DE LOS
V. Arenas, limos, arcillas y arenas pumicíticas que
constituyen una matriz donde están incluidos rocas
andesíticas y riolíticas de formas angulosas de 5 cm a 1.20
m de longitud (Lahar).
TÚNELES 2, 4 Y 5
Aquí se describe la estratigrafía encontrada en cada túnel
y el procedimiento de análisis efectuado para su diseño.
4.1 Estratigrafía de los túneles 2,4 y5
A continuación se describe la estratigrafía del terreno en
donde fueron construidos los túneles 2, 4 y 5.
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IV Arena pumicítica de grano medio con fragmentos
angulosos de pómez de 0.1 a 0.2 cm.
VI. Toba vítrea compacta de textura arenosa de grano fino
a medio con fenobasaltos oscuros de 0.01 a 0.02 cm.
Las más importantes fueron las unidades IV y V por su
frecuencia tanto en el frente de excavación como en la
clave.
Diseño y construcción de los 5 túneles de la Autopista Urbana Poniente
4.3 Análisis túnel 2
El análisis de estabilidad del túnel y determinar posibles
deformaciones tanto en la clave como en la superficie, así
como el factor de seguridad general, se empleó el método
de diferencias finitas empleando el programa FLAC, en el
cual se construyeron dos modelos tridimensionales en los
cuales se simuló el procedimiento de construcción; el
primero con una escasa cobertura para representar la zona
de los portales y el segundo con una mayor cobertura para
modelar las zonas hacia el centro del túnel. A partir de
este análisis se determinaron los avances de excavación y
el tipo de sostenimiento adecuado para cada zona.
4.4 Análisis túnel 4 y 5
Para realizar el análisis de estabilidad, definir el
procedimiento constructivo y determinar los avances de
excavación que cumplieran con factores de seguridad
adecuados, se utilizaron dos métodos; el primero de
estados límites mediante un modelo bidimensional. A
continuación se describe el análisis de estado límite.
El método de análisis de la estabilidad empleado se basa
en un mecanismo de falla simplificado obtenido a partir de
la observación y estudio de fallas ocurridas en la práctica
de la construcción, así como en modelos de laboratorio,
Ref. 1, el cual está formado por tres prismas, Fig. 12:
- Prisma 1. Se forma adelante del frente y tiene la forma
triangular de una cuña de Coulomb.
b) el ancho y la altura de la sección excavada (D y A).
c) la longitud de avance sin soporte (a).
d) el peso volumétrico y parámetros de resistencia al corte
del suelo (, c y ).
e) la sobrecarga superficial y la presión interior en el túnel
(qs, pf y pa).
En los túneles de la Supervía Poniente, los suelos se
caracterizan como cohesivo-friccionantes, en los que la
resistencia al corte es una función del esfuerzo normal al
plano de falla.
En el equilibrio de este mecanismo de falla del frente
intervienen las siguientes fuerzas (ver Fig. 13):
a) Las fuerzas actuantes. Por una parte las fuerzas
internas, dadas por los pesos de los prismas que tienden a
producir el movimiento descendente del conjunto. Por
otra, las fuerzas externas, que pueden o no estar presentes,
como: la sobrecarga superficial producida por el peso de
estructuras existentes en la superficie del terreno o por el
tránsito de vehículos, así como en ocasiones las presiones
interiores ejercidas sobre el frente y la clave, aplicadas por
aire comprimido o por escudos de frente presurizado.
b) Las fuerzas resistentes. Son derivadas de la resistencia
del suelo al esfuerzo cortante y se desarrollan en las caras
de los prismas rectangulares y en el prisma triangular, al
desplazarse estos hacia abajo.
- Prisma 2. Es rectangular y se apoya sobre la cuña del
frente.
- Prisma 3. Es rectangular y se localiza sobre la clave de la
zona excavada sin soporte.
Figura 13 Fuerzas actuantes en el equilibrio del túnel
El análisis de estabilidad se hizo por partes según la
siguiente secuencia:
Figura 12. Bloques de mecanismo de falla
El factor de seguridad de la estabilidad general es función
de diversos factores, como son:
a) la profundidad de la clave del túnel (H).
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a)
estabilidad del frente
b)
estabilidad de la clave
c)
estabilidad local de la clave
d)
estabilidad general
Bermúdez, E. et al.
5 TÚNEL 2 “DESIERTO DE LOS LEONES”
Este túnel pasa por debajo de la Avenida Desierto de los
Leones, consta de dos cuerpos, ambos con una geometría
en herradura para alojar tres carriles con las siguientes
dimensiones ancho 13.9 m, alto 10.45 m. Se utilizó un
solo revestimiento a base de concreto lanzado con fibras
de acero reforzado con marcos metálicos de dos tipos IR y
TH-29 colocándose a separaciones que iban desde los 0.5
m hasta los 1.5 m, en función de la competencia del
terreno; para las zonas reforzadas con marcos IR se tuvo
un espesor de concreto de 40 cm y para las zonas
reforzadas con marcos TH-29 se empleó un espesor de
concreto de 45 cm. En las zonas de los portales se
instalaron paraguas de 37 micropilotes de 4” de diámetro
con una separación entre ellos de 40 cm centro a centro. El
procedimiento constructivo del túnel se llevó a cabo
excavando primero la media sección superior para
posteriormente llevar a cabo el banqueo por lo que los
marcos tenían una zapata intermedia o lo que se conoce
como pata de elefante, para que estos tuvieran soporte
mientras se construía la zapata definitiva, la cual fue
corrida de sección rectangular, con un ancho de 1.0 m y
altura variable de acuerdo con la pendiente de la vialidad
del túnel, reforzada con varillas de acero, Fig. 7. En las
zonas donde se instalaron paraguas de 37 enfilajes
adicionalmente a las zapatas se construyó una cubeta la
cual originalmente era curva pero a partir de la
competencia observada del terreno se decidió hacerla
plana de 45 cm de espesor, Fig. 7. En las zonas donde se
tenía una cobertura de terreno suficiente y tobas
competentes se eliminaron los paraguas de micropilotes y
se suprimió la losa de fondo colocando en su lugar
puntales de concreto reforzados con fibras de acero las
cuales estaban ligados a las zapatas mediante conectores a
base de varillas de acero. Fig. 8
Figura 7 Detalles de las zapatas y losa
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Planta
Figura 8 Sustitución de losa por puntales
5.1 Procedimiento de construcción
La construcción de este túnel inicio con la excavación y
tratamiento de los taludes del portal sur, posteriormente se
procedió a la instalación de un primer paraguas de
micropilotes de 12 m de longitud con una inclinación
ascendente de 5°; una vez instalado el primer paraguas se
armó y se lanzó la trabe de borde de tal forma que los
micropilotes quedaran embebidos en ella. Luego se
comenzó a realizar la excavación de la sección superior
del túnel con un avance de 1.0 m siguiendo la forma del
marco metálico, es decir incluyendo la zapata intermedia,
y se realizaba la rezaga del material, después se lanzaba
un sello de concreto de 5 cm de espesor reforzado con 30
kg/m3 de fibras de acero, para posteriormente colocar el
marco de acero; una vez posicionado este se procedía a
realizar un segundo lanzado hasta que el marco quedará
casi completamente cubierto; es importante destacar que
debido a que durante el lanzado se utilizaba un robot, este
no podía acceder a la zona trasera del marco por la
cercanía del frente de excavación por lo que se generaban
huecos entre el terreno y los marcos. Una vez que se
completaba el ciclo, se repetían los mismos pasos hasta
haber avanzado una distancia de 9.0 m, momento en el
cual se procediá a la instalación de un siguiente paraguas
de micropilotes es decir se dejó un traslape de 3.0 m entre
uno y otro. La excavación del otro cuerpo del túnel se
inició una vez que el frente de excavación del cuerpo
iniciado primero se encontrara a una distancia de 1.0 veces
el diámetro del túnel es decir a 14.0 m, lo anterior con la
finalidad de reducir el riesgo de una falla por la
superposición de los esfuerzos de ambos cuerpos. En
ambos cuerpos una vez que se había librado la zona del
portal donde se tenía un escaso techo, se suprimieron los
paraguas continuando con avances de excavación de 1.0 m
y la colocación de marcos IR a cada 1.0 m; Fig. 9, más
adelante debido a la presencia en la superficie de una
estructura relativamente pesada se decidió cerrar la
distancia de los marcos a 0.5 m; siendo superada esta
zona, se volvió a aumentar la distancia entre marcos a 1.0
m para después debido a que el nivel de la superficie subía
Diseño y construcción de los 5 túneles de la Autopista Urbana Poniente
rápidamente y el terreno se tornaba mucho más
competente cambiar de marcos IR a marcos TH-29, Fig.
10, los cuales son mucho más ligeros y manejables, los
cuales inicialmente se colocaron a la misma distancia de
1.0 m para finalmente ampliarla a 1.5 m con igual
distancia para los avances de excavación. Para el relleno
de los huecos se instalaron mangueras para la inyección de
lechada de cemento.
5.2 Monitoreo durante la construcción
Durante el proceso de construcción se instalaron 5 puntos
para la medición de convergencias, Fig. 11, la distancia
entre líneas fue de 10 m tomando lecturas diarias de todas
ellas. Durante estas mediciones prácticamente en todo el
túnel se registraron deformaciones de unos cuantos
milímetros, lo cual demostró la competencia de los
materiales. A nivel de superficie no se pudieron instalar
puntos de control topográfico debido a la gran densidad de
casas de la zona.
Figura 9 Procedimiento con marcos IR y enfilajes
Figura 11. Puntos para el control de convergencias
6 TÚNEL 3 “LAS TORRES”
Figura 10 Procedimiento con marcos TH-29
Es importante señalar que este túnel se atacó
únicamente a través de un frente desde el portal sur para
cada uno de los cuerpos debido a que el acceso al portal
norte estuvo impedido durante mucho tiempo de manera
tal que cuando se pudieron iniciar los trabajos en esta
zona, el frente sur iba tan avanzado que únicamente se
tuvo tiempo para estabilizar los taludes del portal e
instalar un único paraguas quedando en espera que la
conexión se realizara a través del frente norte. Unos
metros antes de llegar a esta zona se cambió de nuevo al
uso de marcos IR a cada 1.0 m de distancia junto con la
colocación de paraguas de micropilotes.
Ciudad de México, 7 y 8 de noviembre de 2013
Este túnel que pasa por debajo de la Avenida Las Torres,
originalmente fue concebido como un túnel convencional
con una separación entre ambos cuerpos de 1 diámetro,
aproximadamente 14 m, pero por requerimiento del
proyecto vial fue necesario acercar los cuerpos lo cual
significaba en términos de esfuerzos de la masa de suelo la
construcción de una sola cavidad de grandes dimensiones
implicando un mayor riesgo para su estabilidad, por ello
se decidió la construcción de un túnel falso mediante la
técnica de “cut and cover”. Las dimensiones del túnel son
de 167 m de largo, 27.6 m de ancho y 10 m de alto con
una losa tapa de 75 cm de espesor, la que está apoyada en
tres ejes de pilas; los laterales con pilas de 1.2 m de
diámetro separadas 0.65 m es decir 1.85 m centro a centro
las cuales además de soportar la losa funcionan como
elementos de contención del terreno, el eje central está
constituido por pilas de 1.0 m separadas 0.85 m, 1.85 m
centro a centro soportando únicamente la losa.
6.1 Estratigrafía del sitio
Este túnel se desarrolló en las mismas formaciones que el
Túnel 2, las cuales se describieron en el punto 4.1 de este
trabajo.
Bermúdez, E. et al.
6.2 Procedimiento de análisis
Para el diseño estructural tanto de las columnas como de
la losa, se realizaron modelos bidimensionales de análisis
de un solo marco con un ancho tributario de 1.85 m, para
obtener las cargas debidas al relleno sobre la losa y a los
empujes del terreno los cuales fueron obtenidos a partir de
la teoría de Rankine. Una vez obtenidos los elementos
mecánicos estos fueron afectados por factores de carga y
las propiedades de resistencia de los materiales de la
estructura por factores de resistencia para realizar el
dimensionamiento.
6.3 Procedimiento de construcción
Como primera etapa se realizó la excavación hasta el nivel
de desplante de la losa; a partir de este punto se comenzó
la construcción de todas las pilas. Una vez que las pilas
estuvieron concluidas se procedió a la colocación del
acero de refuerzo tanto de las trabes cabezales como de la
losa para posteriormente realizar el colado, teniendo una
junta de construcción cada 30 m. Luego de que el concreto
alcanzó el 70% de su resistencia se procedió a realizar la
excavación por debajo de la losa. Finalmente se colocó
una malla electrosoldada, se lanzó concreto y se instalaron
drenes entre las pilas.
6.4 Monitoreo durante la construcción
El control que se llevó durante la construcción de este
túnel consistió en nivelaciones topográficas de la losa
durante la etapa de excavación por debajo de esta.
7 TÚNEL 4 “LA LOMA”
Este túnel fue construido por debajo del parque ecológico
“La Loma” consta de dos cuerpos que alojan dos carriles
cada uno con 600 m de largo. Debido a que este túnel fue
construido por dos empresas, los frentes norte se
construyeron con una forma ovoide y los frentes sur se
construyeron con una forma herradura. La forma ovoide
tiene un ancho de 12.34 m y 8.5 m de altura, la forma
herradura tiene un ancho de 11.83 y 8.45 m de altura.
7.1 Procedimiento de construcción
Para la construcción de este túnel se emplearon dos
técnicas una para los frentes norte a base de concreto
lanzado, marcos joist, paraguas de micropilotes y zapatas
curvas y otra para los frentes sur a base de marcos
metálicos, paraguas de micropilotes y zapatas
rectangulares.
Ciudad de México, 7 y 8 de noviembre de 2013
7.1.1 Frentes de excavación norte
Estos frentes los trabajos comenzaron con la instalación de
paraguas de micropilotes, para posteriormente iniciar la
excavación de dos túneles piloto en tramos de 3m,
estabilizados temporalmente con un sello de concreto
lanzado reforzado con fibras, luego se construía la zapata
definitiva del túnel, la cual se reforzó con varillas de acero
y fue conformada con concreto lanzado, posteriormente se
abrió el resto de la sección en tramos de 1 m para colocar
marcos joist; este procedimiento se realizó durante los
primeros 10 m; después se cambió la excavación a la
media sección superior en avances que oscilaron entre los
1.0 m hasta los 2.0 m de acuerdo con las condiciones del
terreno en donde una vez que se excavaba se lanzaba un
sello de concreto reforzado con fibras. Conforme se
realizaba cada avance de excavación se fue engrosando el
espesor del recubrimiento hasta llegar a los 30 cm de
espesor. Para darle estabilidad a la bóveda durante la etapa
de banqueo para la construcción de las zapatas definitivas
se construyeron zapatas intermedias a base de concreto
lanzado reforzado con fibras. Las zapatas definitivas se
fueron construyendo de manera alternada en tres bolillo;
finalmente se construyó la losa de fondo. Este
procedimiento se siguió hasta llegar a la conexión con los
frentes provenientes del lado sur, Fig. 14
7.1.2 Frentes de excavación sur
Estos frentes los trabajos comenzaron con la instalación de
paraguas de micropilotes, para posteriormente iniciar la
excavación de la media sección superior en avances de 1.0
m, en cada ciclo una vez habiendo excavado se lanzaba un
sello de concreto reforzado con fibras de acero,
posteriormente se colocaba un marco metálico y se volvía
a lanzar hasta que el marco quedara embebido casi
completamente en el concreto. Una vez que se tenía un
avance de excavación de 30 m se eliminaron los paraguas
de micropilotes siguiendo con el ciclo de excavación
colocación de marcos metálicos y lanzado de concreto.
Los avances de excavación que llegaron a ser hasta de 2.5
m fueron dados en función de la resistencia al corte del
terreno y de la magnitud de la cobertura sobre el túnel En
la etapa de banqueo se colocaban las piernas de los
marcos, es importante mencionar que para darle soporte a
la bóveda durante esta etapa se construyó una zapata
intermedia, las cuales eran unidas a las zapatas definitivas
las cuales fueron reforzadas con varillas de acero. Al igual
que en los frentes norte, estas zapatas fueron construidas
en tres bolillo; una vez construidas las zapatas se procedió
a la construcción de la cubeta, Figs. 9 y 10.
Diseño y construcción de los 5 túneles de la Autopista Urbana Poniente
8.1.1 Frentes norte
Figura 14 Procedimientos constructivos Túnel 4
8 TÚNEL 5 “LUIS CABRERA”
Este túnel inicia pocos metros después de la Barranca la
Malinche y desemboca en la Av. Luis Cabrera justo
después de Av. San Jerónimo; tiene una longitud de 950 m
siendo el más largo de todo el proyecto de la Supervía
Poniente. Este túnel consta de dos cuerpos que alojan 2
carriles cada uno de ellos; la separación entre ellos fue
variable comenzando con un diámetro (12.0 m) en el
portal norte y terminando con una separación de 0.80 m en
el portal sur. Debido a que este túnel al igual que el túnel 4
fue construido por dos empresas, los frentes norte se
construyeron con una forma ovoide y los frentes sur se
construyeron con una forma herradura. La forma ovoide
tiene un ancho de 12.34 m y 8.5 m de altura, la forma
herradura tiene un ancho de 11.83 y 8.45 m de altura.
8.1 Procedimiento de construcción
Para la construcción del túnel 5 se emplearon 8 frentes de
ataque, 2 por el lado norte, 2 por el lado sur, 2 por una
lumbrera sobre el cuerpo izquierdo y 2 más por una
lumbrera sobre el cuerpo derecho. Para la construcción se
utilizaron dos técnicas en los distintos frentes una para los
frentes norte y los frentes de las lumbreras a base de
concreto lanzado, marcos joist, paraguas de micropilotes y
zapatas curvas y otra para los frentes sur a base de marcos
metálicos, paraguas de micropilotes y zapatas
rectangulares.
Ciudad de México, 7 y 8 de noviembre de 2013
En estos frentes los trabajos comenzaron con la instalación
de paraguas de micropilotes, para posteriormente iniciar la
excavación de la media sección superior en avances de 1.0
m, en cada ciclo una vez habiendo excavado se lanzaba un
sello de concreto reforzado con fibras de acero,
posteriormente se colocaba un marco metálico y se volvía
a lanzar hasta que el marco quedara embebido casi
completamente en el concreto. Una vez que se tenía un
avance de excavación de 120 m se eliminaron los
paraguas de micropilotes siguiendo con el ciclo de
excavación colocación de marco metálico y lanzado de
concreto; a diferencia del túnel 4 en el túnel 5 la distancia
con enfilajes fue mucho mayor debido a una escasa
cobertura sobre el túnel y a la presencia de casas sobre el
trazo. Una vez que se eliminaron los parguas de
micropilotes, los marcos IR fueron sustituidos por marcos
TH-29 los cuales son más ligeros y más fáciles de
manejar. En este túnel los avances de excavación que
llegaron a ser hasta de 3.0 m los cuales fueron realizados
en función de las condiciones del terreno y de la cobertura
sobre el túnel. En la etapa de banqueo se colocaban las
piernas de los marcos, es importante mencionar que para
darle soporte a la bóveda durante esta etapa se construyó
una zapata intermedia, las cuales eran unidas a las zapatas
definitivas las cuales fueron reforzadas con varillas de
acero. Estas zapatas fueron construidas en tres bolillo; una
vez construidas las zapatas se procedió a la construcción
de la cubeta y de los puntales de la misma forma como en
el túnel 2, Figs. 9 y 10.
8.1.2 Frentes sur
En estos frentes por la cercanía de los dos cuerpos, se
inició con la excavación de un túnel piloto central para
construir un apoyo común a ambos cuerpos; dicho túnel
tuvo una profundidad de 15.0 m. Una vez habiendo
construido el apoyo central, se procedió a la instalación de
paraguas de micropilotes en el cuerpo izquierdo para
posteriormente construir la trabe de borde. Una vez
habiendo construido la trabe de borde se excavó un túnel
piloto para construir la zapata derecha, Fig. 15 Ya
construidas tanto la zapata como el apoyo central se
comenzó a excavar el resto de la sección en avances de 1.5
m; luego de excavar se lanzó un sello de concreto
reforzado con fibras y se procedió a la colocación de
dovelas formadas con varillas de acero que se sujetaban a
las zapatas mediante soldadura a placas embebidas en las
mismas, Fig. 16. Estas dovelas se instalaron para reforzar
la bóveda de ambos cuerpos debido a una mayor
concentración de esfuerzos por su cercanía.
Bermúdez, E. et al.
2
Figura 15 Apoyo central y zapata derecha, Frente Sur, Túnel 5
Figura 18 Procedimiento de excavación a media sección superior
8.1.3 Frentes lumbreras
Figura 16 Unión de dovelas con apoyo y zapatas mediante placas
Habiendo llegado a los 15.0 m, se suprimió el apoyo
central para continuar con zapatas independientes para
cada cuerpo construidas mediante túneles piloto, Fig. 17.
Después de aproximadamente 10.0 m se cambió el
procedimiento constructivo a media sección superior, Fig.
18. Para dar soporte a la bóveda se empleó al igual que en
los otros túneles una zapata intermedia (pata de elefante).
Debido a que este túnel fue el más largo de todos, fue
necesario construir dos lumbreras para contar con frentes
de excavación adicionales; ambas lumbreras se
construyeron con un diámetro de 8.0 m y fueron
estabilizadas con concreto lanzado, Fig. 19 Desde la
lumbrera construida sobre el cuerpo izquierdo se
construyó adicionalmente una galería de acceso al túnel
derecho, Fig. 20. Debido a que la altura de la galería era
menor que la del túnel para ingresar al túnel derecho, esta
se fue excavando por franjas curvas en cuyo techo se fue
colocando acero de refuerzo para posteriormente lanzar
concreto, la intención fue construir una bóveda que fuera
recibiendo las cargas del terreno; dicha bóveda iba siendo
apoyada en sus extremos en las trabes de borde del túnel;
debido a que las trabes se fueron construyendo por partes
conforme se iba avanzando en la excavación, se utilizaron
puntales temporales de acero los cuales una vez que la
bóveda quedo debidamente apoyada en una zapata se
retiraron, Fig. 20.
Figura 17 Construcción de zapatas mediante túneles piloto
Figura 19 Características de las lumbreras
Ciudad de México, 7 y 8 de noviembre de 2013
Diseño y construcción de los 5 túneles de la Autopista Urbana Poniente
únicamente con fibras de acero, sin embargo, el empleo de
marcos incrementa el tiempo de la construcción.
d. Los paraguas de micropilotes son efectivos para
aumentar el factor de seguridad sobre todo en las zonas de
los portales donde se tienen coberturas de terreno escasas.
10 REFERENCIAS
Tamez, E., Rangel, J.L. y Holguín, E., (1997), Diseño
geotécnico de túneles, Ed. TGC, México, 330-p.
Figura 20 Galería de conexión y bóveda para entrar el túnel
derecho
Debido a que una de las lumbreras quedó desfase del eje
del túnel se tenía una excentricidad en las cargas por lo
que fue necesario reforzar la pared del túnel en esa zona
con un arco de concreto reforzado el cual se soportó
mediante una zapata y anclaje para que pudiera recibir las
cargas de la lumbrera, Fig. 21.
Figura 21 Refuerzo de la pared del túnel en zona de lumbrera
9 CONCLUSIONES
a. La construcción de los túneles de la Supervía Poniente
demostró que el empleo del concreto lanzado es una muy
buena opción que permite reducir el costo y tiempo de
construcción sin sacrificar la seguridad.
b. La técnica de tubos hincados demostró ser una muy
buena opción para túneles de no más de 30.0 m ya que
permite que vialidades importantes como Av. Las Águilas
sigan operando, lo que mitiga el impacto de las obras en la
ciudad.
c. Debido al comportamiento observado de los túneles,
realmente no existió diferencia entre la técnica utilizada
con marcos de acero y el concreto lanzado reforzado
Ciudad de México, 7 y 8 de noviembre de 2013