17022
Excavación
E sta compleja obra conlleva la construcción
de 4 falsos túneles, 4 viaductos, un túnel
en mina, una galería peatonal de emergencia,
el soterramiento de un importante tramo de la
A-8 y la excavación de dos desmontes; todo
ello en un entorno urbano densamente pobla-
do y sin reducir en ningún momento la capaci-
dad de tráfico de la A-8.
Excavaciones en minaPara la conexión al tronco de la A-8 remodela-
da, en dirección San Sebastián, ha sido nece-
sario ejecutar un túnel convencional bajo el ba-
rrio de Altamira. Se trata de un túnel en mina
de 344 m de longitud, con dos falsos túneles a
la entrada y salida que le suman 103 m. El tú-
nel tiene un trazado en curva con peraltes de
hasta el 7%, alojando un carril de 4 m de an-
chura, arcenes de 2,5 y 1 m de ancho y dos
aceras de 0,75 m de anchura mínima.
La anchura total de la plataforma es de 9
m. La sección geométrica transversal es de
tipo policéntrica ovalada, con un radio de bó-
veda de 5,13 m y una altura sobre plataforma
de 7,14 m. La Fig. 1 muestra la sección tipo
funcional del túnel.
Como medida de seguridad durante la explo-
tación de la infraestructura, se previó la ejecución
de una galería peatonal. Con una longitud de
102 m, conecta la mitad del túnel con la superfi-
cie, ofreciendo una ruta de escape segura para
los peatones en caso de emergencia. Factores
geotécnicos y de afección a edificios condiciona-
ron el trazado de esta galería, adoptándose una
pendiente del 12 %. La sección geométrica
transversal es de tipo bóveda circular con hastia-
les rectos, adoptándose una anchura de excava-
ción de 4,1 m por motivos de ejecución.
El Proyecto Constructivo preveía la ejecución
del túnel en mina en sección de avance y des-
troza partida y excavación con rozadora y/o me-
dios mecánicos. Estaba prevista la ejecución de
dos tipos de sostenimientos, en función de la
calidad del macizo rocoso, basados en la utiliza-
ción de cerchas metálicas, hormigón proyecta-
do y bulones. En la tabla de la Fig. 2 se resu-
men las características de los sostenimientos.
Adicionalmente estaba prevista la ejecución
de una serie de tratamientos especiales con el
fin de hacer frente a situaciones que eventual-
mente podrían aparecer, pero que por su natu-
raleza frecuentemente aleatoria, no se puede
concretar con precisión el lugar o cuantía don-
de se deberá aplicar:
• Tratamientos de estabilización del frente.
• Tratamientos de estabilidad de la bóveda.
• Tratamientos frente a infiltraciones de agua.
• Tratamientos de terrenos cársticos.
• Inyecciones.
• Tratamientos para limitar subsidencias.
Promovidas por la sociedad pública INTERBIAK, dependiente de la Diputación
Foral de Bizkaia, las obras de construcción de los nuevos Accesos a Bilbao por
San Mamés se iniciaron en el primer trimestre del año 2009 con un plazo de 36
meses. La ejecución de esta entrada al centro de Bilbao por el sur, supondrá en
un futuro, el desmantelamiento de los viaductos de Sabino Arana y la recuperación
para la ciudad de este entorno urbano. Además se remodela el tronco de la A-8,
soterrándolo, de manera que se permeabilizan los barrios de Lezeaga y Bentazarra
acercándolos a la trama urbana del centro de Bilbao.
Túnel en mina de los nuevos accesosa Bilbao por San Mamés
Palabras clave: ACCESO, AVANCE, CONTRA-BÓVEDA, DESTROZA, ESTABILIZACIÓN,
FRENTE, INYECCIÓN, PARAGUAS, RECALCE, SECCIÓN, SOTENIMIENTO, TÚNEL .
� Pedro RIVAS DE APRAIZ , ICCP.Director de Obra. INTERBIAK.
Iñigo ESCOBAL MARCOS, Ing. de Minas.Gerente de LURPELAN.
Ejecución de un túnel convencional en un entorno urbano con especiales dificultades geotécnicas
� Disposición general de las obras de los Nuevos Accesos aBilbao por San Mamés. � [Figura 1] .- Sección tipo funcional del túnel de San Mamés.
Geología y geotecnia del túnelLos terrenos excavados durante la ejecución
del túnel corresponden a los materiales sedi-
mentarios cretácicos presentes en el entorno
de Bilbao. Básicamente, se han distinguido
dos formaciones:
• Formación Ereza (Formación 1): areniscas
calcáreas con alternancias de limolitas
calcáreas.
• Formación Arraiz (Formación 2): conjunto
de calizas grises con rudistas y corales y
calizas detríticas.
La denominación empleada corresponde a
la utilizada durante la ejecución de la cercana
Variante Sur Metropolitana de Bilbao, donde se
excavaron estas mismas formaciones. Por el
contrario,tal y como
se esperaba, en nin-
gún momento se in-
terceptaron las cono-
cidas Cayuelas, tan
habituales en la ejecu-
ción de los túneles del
Metro de Bilbao.
El contacto entre la
formación Ereza y
Arraiz se ha producido
a través de una falla de
fuerte buzamiento.
Esta falla afectaba in-
tensamente a los ma-
teriales adyacentes,
dando lugar a macizos
rocosos con grados de alteración muy altos (IV-
V) y una fuerte tectonización, o incluso materia-
les con grado de alteración VI (suelos). A los
materiales de altos grados de alteración se les
ha designado como Eluvial 1 y Eluvial 2, según
procedieran de materiales de la Formación 1 o
Formación 2, respectivamente.
Dado el trazado curvo del túnel, la afección
de la falla se ha producido en la mayor parte
del trazado del túnel. En la Tabla I, se resume
la tramificación y longitudes de los litotipos
atravesados.
Los principales condicionantes geotécnicos
aparecidos durante la ejecución del túnel han
sido:
• Altos grados de alteración e intensa tec-
tonización del macizo rocoso.
• Coberteras inferiores a un diámetro en
materiales muy alterados o totalmente
descompuestos.
• Intensa karstificación de los tramos exca-
vados en las calizas de la formación Arraiz.
• Frentes de excavación mixtos con mate-
riales muy alterados ocupando la parte
superior de la excavación y un macizo ro-
coso extremadamente sano en la parte
inferior.
• Presencia de edificaciones en todo el en-
torno del túnel, en la mayoría de los casos
con antigüedades superiores a los 50 años.
En la Fig. 3, se presenta el perfil geológico
longitudinal del túnel y la magnitud de las co-
berteras sobre clave del túnel.
Los anteriores factores han condicionado
extraordinariamente la ejecución del túnel, es-
pecialmente en los siguientes aspectos:
• Control del perímetro de la excavación por
medio de paraguas pesados de micropi-
lotes, en algunos casos con inyecciones
armadas (Inyección Selectiva y Repetitiva
a través de micropilotes).
• Control del frente de excavación por me-
dio de sellado del frente e incluso refuerzo
del frente con bulones autoperforantes.
• Utilización de medios mecánicos pesados
capaces de quebrantar macizos rocosos
competentes.
• Control de deformaciones del propio tú-
nel, que se reflejaban en superficie, por
medio de recalce de la sección de avance
17023
Excavación
� [Figura 2].- Características de los sostemientos tipo utilizados.
� [TABLA I].- Tramificación de litotipos atravesados.
� [Figura 3] .-Perfilgeológicolongitudinaly coberteras.
con micropilotes y refuerzo del sosteni-
miento con bulones autoperforantes de 9
m y anclajes activos.
• Control geotécnico y de deformaciones
del terreno en superficie y en edificios.
A pesar de todas estas dificultades geotéc-
nicas, en especial las afecciones al entorno ur-
bano, se ha respondido ágilmente a los altos
requerimientos exigidos por el Cliente, en es-
pecial en cuanto a rendimientos de ejecución,
control cualitativo y control geotécnico de la
excavación.
Descripción de la ejecución del túnelLa excavación del túnel se divide en tres fases:
• Avance: con una altura de 6,0 metros y
pases de excavación de 1 a 1,5 metros, en
función del sostenimiento a ejecutar. En las
zonas de peor calidad geotécnica, el sosteni-
miento de la sección de avance se apoyaba
en patas de elefante.
• Destroza: con una altura aproximada de
3,4 metros. Se ejecutó en dos partes IIa y
IIb,decaladas un mínimo de 3 m y mantenien-
do un talud entre fases de 1H:3V.
• Contrabóveda: en las zonas de peor ca-
lidad geotécnica se ejecutó una contrabóveda
definitiva. Los pies de las cerchas del sosteni-
mientode destroza se prolongaban empotrán-
dolos en un dado de hormigón excavado por
debajo del nudo de articulación de la contra-
bóveda. De este modo se ejecutaban ambas
articulaciones sin descalzar el apoyo. Con
posterioridad, se excavaba y hormigonaba la
sección central de la contrabóveda en tramos.
El inicio de la ejecución de la contrabóveda
se realizaba simultáneamente con la excava-
ción de la destroza. En la foto se aprecia el
hormigonado de los tacones de articulación
de la contrabóveda y al fondo el frente de ex-
cavación de destroza.
La ejecución del túnel se inicia desde un único
ataque, a partir de la Boca de Salida, en sentido
de avance de PK decrecientes, hasta completar
todo el avance. La excavación de la fase de des-
troza y contrabóveda se ha realizado en dos fren-
tes alternados (Fig. 4), ya que con objeto de mi-
nimizar los movimientos en superficie que pudie-
ran afectar a los edificios,fue necesario ejecutar
un refuerzo del sostenimiento previamente al ini-
cio de la destroza, en un tramo de 70 m.
Dadas las condiciones geotécnicas descri-
tas con anterioridad y con objeto de minimizar
las posibles afecciones en superficie, fue nece-
sario ejecutar paraguas sistemáticos de micro-
pilotes en gran parte del túnel. En total se eje-
cutaron 29 paraguas de micropilotes, algunos
de ellos con válvulas que permitieron hacer in-
yecciones repetitivas del terreno a través del
propio micropilote.
Pese a ello, la buena coordinación en la or-
ganización de los distintos tajos, ha permitido
obtener unos rendimientos elevados. En la Ta-bla II y en la Fig. 5, se resumen los rendimien-
tos obtenidos en avance.
Especialmente demostrativos de la gran di-
ficultad sufrida durante la ejecución, fueron los
tramos inicial y central del túnel. En el primero
de ellos, la escasa cobertera (menos de un
diámetro), el alto grado de alteración del terre-
no en clave y la existencia de una intensa
carstificación de la roca caliza, dieron lugar a
grandes movimientos en superficie que supe-
raron los 20 cm, con el riesgo consiguiente de
sufrir una chimenea que finalmente se evitó.
En el tramo central del túnel, pese a que el
macizo rocoso era de una calidad geotécnica
buena, la auscultación detectó una relación di-
recta entre los movimientos medidos en la cla-
ve del túnel y la subsidencia medida en super-
ficie que podían afectar a distintas edificacio-
nes. Esto obligó a reforzar el sostenimiento
ejecutado en avance. Ambos casos se descri-
17024
Excavación
� Inicio de la ejecución de la contrabóveda definitiva
� [Figura 4] .-Esquema parael desdoble defrentes dedestroza.
� [Figura 5] .-Rendimientosde ejecucióndel avancedistribuidospor tipos desostenimientosy meses.
� [TABLA II].- Rendimientos de ejecución.
birán con mayor profundidad posteriormente.
En la Fig. 6, se ha representado los movi-
mientos medidos en clave del túnel y en su-
perficie. Como se observa, en un primer tra-
mo, hasta el PK 1+200, los movimientos fue-
ron moderados, siguiendo un comportamien-
to dentro de los límites habituales para este
tipo de terrenos. En el tramo central del túnel,
hasta el PK 1+320, los movimientos fueron
superiores a lo esperado, siendo muy simila-
res en magnitud los movimientos medidos en
la nivelación de clave y los medidos en super-
ficie. En el tramo final, con escasas coberteras
y en terrenos cársticos, las subsidencias fue-
ron extraordinariamente altas. Pese a ello, la
nivelación de clave no alcanzó grandes mag-
nitudes, dada la gran rigidez del sostenimien-
to ejecutado.
Medios de ejecuciónPara la ejecución del presente túnel se contó
con los siguientes medios:
• Equipos de excavación, carga y transpor-
te de materiales:
- Retroexcavadora Volvo EC 460 equipa-
da con martillo Atlas Copco HB 2.500.- Retroexcavadora Komatsu PC 240,
equipada con martillo Atlas Copco MB1.700.
- Camión dúmper Barford Site de 10 t
(2 uds.)
- Pala cargadora de orugas LiebherrLR-634.
• Equipos de perforación de micropilotes y
bulones:
- Jumbo Atlas Copco Rocket Boomer282, con dos brazos de perforación
equipados con martillos COP 1838.
- Carro de perforación Atlas CopcoECM 660 IV.
• Equipos de proyección de gunita e in-
yección:
- Robot de proyección de gunita por vía
húmeda SIKA PM500 C.
- Equipo de inyección Putzmeister S-5EV.
• Equipos auxiliares:
- Manipulador telescópico giratorio Ma-nitou MRT 1542 (2 uds).
- Manipulador telescópico frontal Mani-tou MT 1740.
Ejecución del tramo carstificadocon escasa coberteraComo se comentó anteriormente, la ejecución
del túnel se realizó en sentido decreciente de
PK. Así el equipo de ejecución de túnel se en-
frentó, nada más empezar, con un tramo de
78 m de longitud compuesto de un macizo ro-
coso calizo intensamente carstificado en toda
la clave del túnel, pero extraordinariamente
competente en la solera. A ello se unía la esca-
sa cobertera del túnel, alrededor de 0,65 veces
el diámetro, compuesta por un material total-
mente alterado (G.A. IV-V)
Este tramo se caracteriza por la presencia
de frentes de excavación mixtos. La parte su-
perior del frente, en una proporción del 66% al
20%, se compone de arcillas areno-limosas
blandas de color rojizo correspondientes al lito-
tipo Elu 2. El resto se compone de calizas sa-
nas de grado de alteración I-II, apareciendo
también bolos de caliza masiva envueltos en
arcillas. Dada la alteración de la roca, convir-
tiéndola en un material de tipo suelo, en este
primer tramo difícilmente es posible obtener el
índice RMR.Esta mala calidad del terreno ha-
cía temer que se produjeran inestabilidades en
el propio frente de excavación.
Las deformaciones en superficie se monito-
rizaban por medio de hitos de nivelación situa-
dos sobre el eje del túnel, con separación en-
tre hitos de 5 m. Aproximadamente cada 25
m, se instalaron hitos adicionales, formando
secciones transversales de subsidencia. Dada
la mala calidad del terreno excavado y la esca-
sa cobertera, desde el primer momento de la
excavación, se midieron grandes deformacio-
nes en superficie. Las deformaciones medidas
al final de la excavación del túnel, se situaron
entre los 60 y los 230 mm, con pérdidas de
volumen situadas entre
el 2,3% y el 7,8%.
Aunque la magnitud
de las deformaciones era
muy grande, dado que
no existía ningún riesgo
de afectar a edificacio-
nes, se optó por aplicar
soluciones convenciona-
les encaminadas a ase-
gurar la estabilidad del
frente de excavación y la
clave del túnel, en lugar
de aplicar tratamientos
intensivos del terreno. La
estabilidad del frente se
aseguró con la ejecución
de bulones autoperfo-
rantes de 15 m de longi-
tud en malla de 1 m x 1
m, machón central y sellado sistemático del
frente con hormigón proyectado.
Para asegurar la estabilidad de la clave, se
ejecutaron paraguas sucesivos de micropilote-
sautoperforantesde armadura de acero de 12
m de longitud, con una separación entre mi-
cropilotes de 35 cm. Cada paraguas sumaba
un total de 40micropilotes, ejecutándose todos
ellos con el propio jumbo. El sostenimiento eje-
cutado se correspondía con el sostenimiento
pesado de tipo II, con la sección de avance
apoyada en patas de elefante.
Ejecución del tramo fallaLa tectonización del contacto entre las forma-
cionesde Arraiz (Fm 2) y Ereza (Fm 1), había
dado como resultado un tramo de túnel de 30
m de longitud, donde el sustrato rocoso se en-
contraba intensamente fracturado y meteoriza-
do (Elu 1). Los valores de RMR variaban entre
18 y 24 puntos, con coberteras que se encon-
traban en torno a 1,7 veces el diámetro de la
excavación.
17026
Excavación
� [Figura 6] .-Comparativademovimientosen superficiey en clave del túnel.
� Frente mixto de excavación, arcillas de carstificación en clave yroca caliza en solera.
14240
Excavación
Las deformaciones medidas en superficie
fueron mucho menores que las registradas en
el tramo de túnel anterior. No obstante, se mi-
dieron deformaciones en la vertical del eje del
túnel de 45 mm, con una pérdida de volumen
en torno al 1,5 %.
En este caso, la cercanía de edificaciones
hacía aconsejable intensificar las medidas de
control de estabilidad de la clave del túnel. En
este sentido, se optó por doblar los paraguas
de micropilotes aumentando el solape entre pa-
raguas y dotar a los micropilotes de válvulas
que permitieran realizar inyecciones selectivas,
por medio de obturador.
Ejecución de refuerzo de sostenimiento en el tramo centralEn el tramo central del túnel, se excavaron are-
niscas calcáreas de la formación Ereza (Fm 1)
meteorizadas en grados III-IV con bloques mé-
tricos aislados de areniscas sanas (GM I). En el
PK 1+318, por el hastial izquierdo del túnel en-
tra una falla subparalela a la atravesada con an-
terioridad en el contacto entre Arraiz y Ereza. En
este caso, la alteración no es tan intensa, pero
debido al trazado curvo del túnel, la falla se
coge al hilo de la excavación en 60 m de longi-
tud, volviendo a salir por el hastial izquierdo en el
PK 1+258. A partir de ese punto, se excava un
macizo areniscoso sin tectonizar con GM II-III.
La cobertera en este tramo es superior a los
30 m, alcanzándose la máxima cobertera del
túnel (42 m). Este tramo también coincide con la
zona de mayor densidad de edificaciones por
encima del túnel. Exceptuando un edificio de vi-
viendas de cinco plantas de reciente construc-
ción y una iglesia, el resto corresponden a vi-
viendas unifamiliares de más de 50 años de an-
tigüedad y de construcción poco robusta.
Dada la calidad del macizo rocoso y la
presencia de los edificios, la excavación se
realizó bajo la protección de paraguas de mi-
cropilotes sucesivos de 15 m de longitud y 3
m de solape. La separación entre micropilo-
tes variaba entre 35 y 50 cm. En todo el tra-
mo, el sostenimiento de avance apoyaba en
roca, por lo que se estimó que no era nece-
sario ejecutar patas de elefante. La excava-
ción transcurrió sin grandes contratiempos.
No obstante, la auscultación instalada en el
túnel empezó a señalar descensos de la cla-
ve del túnel en torno a los 45 mm. En cam-
bio, las convergencias no indicaban grandes
deformaciones, siendo la convergencia má-
xima en este tramo de 20 mm.
Paralelamente a este descenso de la clave
del túnel, se comenzó a detectar también im-
portantes deformaciones en superficie sobre el
túnel. Las cuantías de estas deformaciones en
superficie igualaban en magnitud a los descen-
sos de clave medidos en el túnel. Las regletas
de control colocadas en los propios edificios,
también registraban estos movimientos. Aun-
que con cierto desfase temporal, los movi-
mientos de las regletas de los edificios termi-
naban igualando las deformaciones del terreno
medidas con los hitos de superficie.
Ante este comportamiento, se hizo un aná-
lisis numérico de la interacción entre el túnel y
los movimientos registrados en superficie. Este
análisis mostró la gran influencia que tenía la
estructura fracturada del macizo rocoso sobre
los movimientos en superficie, por lo que se
decidió ejecutar un refuerzo del sostenimiento
del túnel previo a la excavación de la destroza-
El refuerzo se extendió en una longitud de 70
m, coincidiendo con el paso bajo las viviendas.
Se ejecutó un bulonado sistemático de bu-
lones autoperforantes 40/20 de 9 m de longi-
tud en malla de 1,0 x 1,0 m. Todos estos bulo-
nes se perforaron a través de los paraguas de
micopilotes ejecutados en el avance. En la
imagen inferior se ve la ejecución de estos au-
toperforantes.
Adicionalmente, se recalzó la sección de
avance por medio de micropilotes perforados
en los pies del sostenimiento, con las cabezas
recogidas en una viga continua de hormigón
armado conectada a las cerchas. En la si-
guiente imagen se observan las cabezas de
los micropilotes y la armadura de la viga de
atado, presentada.
Una vez ejecutado el refuerzo de la sección
de avance, se procedió a la excavación de la
destroza, consiguiendo que los movimientos
registrados en superficie fueran limitados. El re-
fuerzo se completaba con la ejecución en la
destroza de anclajes de bulones de barra co-
rrugada ϕ 32 de 9 m de longitud y tesados a
20 t. En la siguiente imagen se ve la perfora-
ción de estos anclajes, también se observa la
� Intensa meteorización en el contacto entre las formacionesArraiz y Ereza. � Contraboveda cubierta con todo uno.
� Ejecución debulones derefuerzo através deparaguas demicropilotes.
14241
Excavación
perfecta regularidad obtenida en el sosteni-
miento de avance reforzado y la viga de atado
de hormigón armado.
Todos estos trabajos de refuerzo tuvieron
que ser compatibilizados con la excavación y
sostenimiento de la destroza en el resto del tú-
nel y con la ejecución de la contrabóveda defi-
nitiva, lo cual significó una gran complejidad lo-
gística y de simultanear distintos tajos, instala-
ciones y equipos.
ConclusionesLa ejecución del túnel de San Mames, in-
cluido en los nuevos accesos a Bilbao ha re-
sultado de una gran complejidad técnica. En
su excavación y sostenimiento se han utilizado
prácticamente todas las técnicas de ejecución
de sostenimientos de túnel:
• Ejecución de la contrabóveda definitiva
acompasada con la excavación de la
destroza.
• Ejecución de paraguas sucesivos de mi-
cropilotes y dobles paraguas.
• Ejecución de inyecciones armadas de
micropilotes con inyecciones selectivas.
• Ejecución de refuerzos de bulones auto-
perforantes a través de paraguas de mi-
cropilotes.
• Ejecución de recalces de secciones de
avance con micropilotes.
• Ejecución de apoyos de secciones de
avance con patas de elefante.
• Ejecución de sostenimientos del frentes
de excavación con autoperforantes.
• Ejecución de anclajes tesados en el inte-
rior del túnel.
Todo ello enfrentándose a grandes dificulta-
des geotécnicas, debidas a la escasa coberte-
ra en gran parte del túnel, la presencia de edifi-
caciones sobre la vertical del túnel, la estructura
adversa del macizo rocoso y el alto grado de
tectonización y alteración del terreno en algunos
tramos. A ello se unía la enorme complejidad or-
ganizativa que ha supuesto simultanear distintas
fases de ejecución y excavación del túnel, eje-
cución de refuerzos y de contrabóvedas.
A pesar de todas estas dificultades, se ha
respondido ágilmente a los altos requerimien-
tos exigidos desde la propiedad, en especial
en rendimientos de ejecución, coordinación de
diversos tajos, control cualitativo y control ge-
otécnico de la excavación, que han permitido
a la postre finalizar esta obra con gran éxito.
AgradecimientosAgradecer al equipo de Dirección de Obra de
Interbiak, a la Asistencia Técnica (UTE Sarbide-
ak), así como al Contrista principal (UTE Ben-
tazarra) por la colaboración prestada, y felicitar-
les, junto al equipo de LURPELAN, por el re-
sultado final de la obra. �
� Recalce de la sección de avance con micropilotes. � Perforación de los hastiales de destroza para la instalación deanclajes tesados a 20 t.
LURPELANP.I. El Campillo, Pab. 1948500 Abanto - Zierbena (Vizcaya)�: 946 400 989 • Fax: 946 363 031E-mail: [email protected]: www.lurpelan.com
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