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OBRAS SUBTERRÁNEAS EN ÁREAS URBANAS CON SUBSUELO POCO COMPETENTE

Trabajo de ingreso a la Academia de Ingeniería que presenta: Juan Jacobo Schmitter Martín del Campo

SÍNTESIS

Las obras subterráneas en general y los túneles en particular, permiten aprovechar ese gran "espacio" que está "guardado" por debajo de la superficie del terreno.

Esta potencial utilización resulta especialmente interesante para las autoridades de los grandes y medianos núcleos urbanos, que al pensar en ampliar sus instalaciones se topan con fuertes restricciones para realizarlas, ya que en general "se acabaron" los tspuius urbanos disponibies sobre ¡a superficie dei terreno, o bien a profunaidaaes someras, los cuales, por razones son los primeros que se han aprovechado para desarrollar vialidades y algunos otros servicios urbanos.

Cuando las ciudades crecen, las autoridades responsables de ampliar los servicios urbanos saben que los nuevos espacios para alojarlos se encuentran "más" arriba o "más" abajo de la superficie del terreno, y buscan con tesón los nuevos procedimientos de construcción compatibles con las condiciones económicas de la ciudad, que les permitan alcanzarlos, para materializar sus planes.

El "espacio" ubicado arriba de la superficie del terreno es más recomendable usarlo para jardines, áreas de esparcimiento y otros fines más ligados al máximo aprovechamiento de la luz y el aire, naturales. Se reserva así el "espacio" subterráneo para otras instalaciones también útiles para la Ciudad, como los drenajes "profundos", las tuberías para la distribución del agua potable, los sistemas de transporte masivo y los estacionamientos subterráneos, que pueden funcionar en un ambiente de luz y clima, artificiales.

El objetivo principal del trabajo se ha enfocado a describir el estado actual del conocimiento, sobre los procedimientos que permiten construir obras en el espacio subterráneo de las grandes ciudades, cuyo subsuelo está formado predominantemente por materiales poco competentes.

Para tal fin se han desarrollado los temas principales, relativos a los procedimientos conceptuales de "acceso" al espacio subterráneo, mediante la "Instalación previa de ataguías", mediante la "prefabricación e hincado" y mediante "tuneleo".

Lo ck íiIIÜb .uinepius de acceso se reaiizan a cieio abierto, con ias interferencias que esto pudiera causar en el funcionamiento de la ciudad, mientras que el tercero se

realiza en forma subterránea, lo cual hace que pase prácticamente inadvertido para la mayoría de los habitantes de la ciudad.

Para el desarrollo de los temas principales, se ha seguido una secuencia de subtemas que describe en primera instancia las particularidades de los conceptos de acceso al espacio subterráneo y se cuestionan las fallas generales que pueden ocurrir. Se describen también los procedimientos particulares de construcción de obras subterráneas, aplicables en nuestro entorno ingenieril nacional, y los procesos auxiliares que les sirven de apoyo.

Bajo el procedimiento conceptual denominado "Instalación previa de ataguías" se describen los siguientes ocho procedimientos particulares:

• "Muro Berlín", de vigueta metálica y tabiones o polines de madera, ó bien tabletas prefabricadas de concreto.

• Tablestacados de madera, concreto y acero. • Páias secantes, pre excavadas y coiaaas en sitio. • Pilas separadas, y con paredes abovedadas de concreto lanzado, entre ellas. • "Muro Milán", de concreto colado en zanja, estabilizada con lodo. • Muro de tableros prefabricados, de concreto armado. • Anillos de concreto armado, depositados en excavaciones cilíndricas circulares,

estabilizadas con lodo bentonítico. • Columnas de "Jet Grouting".

Para el procedimiento conceptual denominado "Prefabricación e hincado" se describen los siguientes cuatro procedimientos particulares:

• "Pozo indio". • "Caissons". • "Lumbreras flotadas". • "Descenso en gravilla".

Y ptira ej procedimiento conceptuai denominado 1 uneleo" se describen los siguientes seis procedimientos particulares:

• Escudos de frente abierto (ocasionalmente ayudados por aire comprimido. • Escudos mecanizados, no presurizados. • Escudos presurizados con lodo. • Escudos con presión balanceada de tierra. • Topo escudos. • Nuevo método austriaco.

Finalmente se expresan conclusiones generales sobre el mensaje fundamental del trabajo escrito, relativo a la forma de tener acceso al espacio subterráneo de las grandes ciudades, especialmente si su subsuelo está formado de materiales poco competentes.

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OBRAS SUBTERRÁNEAS EN ÁREAS URBANAS CON SUBSUELO POCO COMPETENTE

Trabajo de ingreso a la Academia de Ingeniería que presenta: Juan Jacobo Schmitter Martín del Campo

ÍNDICE

TEMA Pág.

1. INTRODUCCIÓN 01

2. ACCESO AL ESPACIO SUBTERRÁNEO 03

3. INSTALACIÓN PREVIA DE ATAGUÍAS 04

3.1 DESCRIPCION 05 3.2 ¿QUÉ PUEDE FALLAR? 05 3.2.1 Ineficíencia del proceso de excavación, y pérdida de estabilidad en el entorno vecino a la obra, por el inadecuado manejo del agua freática. 05 3.2.2 Riesgo de falla en las ataguías, por inadecuado manejo de su soporte lateral. 06 3.2.3 Deformaciones excesivas o falla de los taludes internos de la excavación. 07 3.2.4 Desplazamientos y expansiones excesivas, en el fondo de la excavación. 07 3.2.5 FalIa del fondo, de la excavación. 08 3.2.6 Desestabilización de las construcciones e instalaciones vecinas. 08 3.3 PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS 08 3.3.1 Muro Berlín. 09 3.3.2 Tablestacados de madera, concreto y acero. 10 3.3.3 Pilas secantes, pre - excavadas y coladas en sitio. 12 3.3.4 Pilas separadas, y con paredes abovedadas de concreto lanzado entre elIas. 13 3.3.5 Muro Milán, de concreto colado en zafia, estabilizada con lodo. 14 3.3.6 Muro de tableros prefabricados, de concreto armado. 15 3.3.7 Anillos de concreto armado, depositados enexcavaciones cilíndricas circulares, estabiiizaaas con lodo Dentonitico (lumbreras de anillos). 16

3.3.8 Columnas de "Jet Grouting". 17 3.4 PROCESOS AUXILIARES 19 3.4.1 Manejo del agua freática. 19 3.4.2 Apuntalamiento y anclaje. 21 3.4.3 Excavación. 23 3.4.4 Instrumentación. 23

4. PREFABRICACIÓN E HINCADO 25

4.1 DESCRIPCIÓN 25 4.2 ¿QUÉ PUEDE FALLAR? 26 4.2.1 La verticalidad de la obra, durante el proceso de hincado (Variante 1). 26 4.2.2 El "atoramiento" de la pieza durante el proceso de hincado, por fricción

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excesiva (Variante 1). 26 i...a estaoiiiaaa ae a oDra, durante su tiotacion (Variante 2). 26

4.2.4 La estabilidad de las paredes de la excavación previa (Variante 2). 27 4.2.5 La verticalidad de la obra, durante su hundimiento (Variante 3). 27 4.3 PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS 27 4.3.1 "Pozo indio". 28 4.3.2 Caissons'. 28 4.3.3 Lumbreras "flotadas". 29 4.3.4 Descenso mediante la extracción controlada de gravilla. 31 4.4 PROCESOS AUXILIARES 32 4.4.1 Inyección de lodo bentonítico para reducir la fricción (Variante 1). 32 4.4.2 Aire comprimido para controlar el proceso de hincado, ó hundido (Variante 1). 32 4.4.3 Estabilización de las paredes con lodo bentonítico (Variante 2). 32 4.4.4 Extracción de gravilla mediante "air lift" (Variante 3). 32 4.4.5 Excavación. 32 4.4.6 Instrumentación. 33

S. TUNELEO

5.1 DESCRIPCIÓN 37 5.1.1 Procedimiento de tuneleo 37 5.1.2 Tiempo "libre de soporte" 39 5.1.3 Papel estabilizador del soporte inicial 39 5.1.4 Clasificación empírica del "Tunelero" 40 5.2 ¿QUE PUEDE FALLAR? 41 5.2.1 Las paredes 41 5.2.2 El frente 42 5.2.3 Inundación total o parcial 43 5.2.4 Asentamientos en la superficie y en las construcciones e instalaciones vecinas 43 5.3 PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS 44 5.3.1 Escudos de frente abierto (ocasionalmente ayudados por aire comprimido) 45 5.3.2 Escudos mecanizados, no presurizados 48 5.3.3 Escudos presurizados con lodo 48 5.3.4 Escudos con presión balanceada de tierra 51 5.3.5 Topoescudos 52 5.3.6 Nuevo método austríaco (NATM) 52 5.4 PROCESOS AUXILIARES 54 5.4.1 Manejo del agua subterránea 54 5.4.2 Soporte inicial 54 5.4.3 Anclaje frontal 59 5.4.4 Aureolas de inyección mediante manguitos o mediante "Jet grouting" 59 5.4.5 Excavación 59 5.4.6 Inyección de compensación 60 5.4.7 Revestimiento definitivo 61 5.4.8 Instrumentación 61

6. CONCLUSIONES 62