Construction Methods Evolution in Metro Tunnels Evolución Métodos Constructivos en Túneles de Metro José Herrera Aliste Subgerente OOCC, Túneles y Estructuras Gerencia de Desarrollo de Proyectos Metro de Santiago 08 Nov 2013

Presentación Evolución Métodos Constructivos <=> Sustentabilidad en Túneles de Metro Evolución de Excavación en Trinchera a Excavación en Túnel aporta en Sustentabilidad en los siguientes aspectos: Social Disminuye impacto sobre la comunidad Ambiental Disminuye emisiones al medio Económica Disminuye lucro cesante de locales y comercios cercanos

Evolución de las obras subterráneas Hasta el año 1995 históricamente las Líneas de Metro se realizaban de la siguiente forma: Construcción de las interestaciones a tajo abierto con taludes y con paredes entibadas utilizando puntales. Hubo una experiencia de muros con paredes moldeadas, el muro Bachy, entre Ciudad del Niño y Lo Ovalle. Construcción de las estaciones a tajo abierto, excavaciones con taludes y con entibaciones utilizando puntales. 4

Evolución de las obras subterráneas Para el desarrollo de estas obras se ocupaba mucho terreno e implicaba complejas labores que demandaban de excesivo tiempo y costo, y con muchas externalidades negativas (desvíos de tránsito, demolición de vialidad urbana y parques, cambios de servicios, emisiones de polvo y ruido, lucro cesante, reconstrucción de la vialidad y parques, etc.), y así fue en: Alameda. Providencia. Apoquindo. Parque El Llano. Gran Avenida. Av. Balmaceda. 5

APOQUINDO-CRUZ DEL SUR L1, CONSTRUCCION TUNEL APOQUINDO-CRUZ DEL SUR 6

L1, EXCAVACION TUNEL APOQUINDO-E. LILLO 7

L1, SECTOR LUIS THAYER OJEDA- PROVIDENCIA 8

L1, CUBIERTA TUNEL SECTOR HOLANDA 9

Evolución de las obras subterráneas ESTACIONES ~35 m. Vigas y losa de cubierta Mesanina Andén EXCAVACIÓN CON TALUDES 10

L1, ESTACION TOBALABA VISTA DESDE EL ORIENTE 11

L1, ESTACION EL GOLF VISTA DESDE EL ORIENTE 12

Evolución de las obras subterráneas Durante el Proyecto Línea 5: Se impulsó la construcción de las interestaciones por tuneleado adoptando el nuevo método austriaco N.A.T.M. (New Austrian Tunnelling Method). Se uso en el Parque Bustamante y San Esteban de Hungría. Posteriormente en el Parque Forestal y en las calles Monjitas y Catedral para la extensión de la Línea 5 al centro. 13

Evolución de las obras subterráneas Conceptos básicos del N.A.T.M.: El método N.A.T.M. se basa en aprovechar la capacidad del suelo de tomar los esfuerzos que se generan durante la excavación de un tramo de túnel. Requiere seguir una secuencia constructiva predefinida: bóveda, banco, contra bóveda, durante la cual el suelo redistribuye sus esfuerzos internos. Se debe controlar que las deformaciones del suelo, tanto a nivel superficial, como de la sección de excavación, se mantengan dentro de un rango aceptable. Para controlar lo anterior, a medida que se excava se coloca marcos de sostenimiento y un revestimiento de hormigón proyectado (shotcrete) que toma los esfuerzos que no toma el suelo. Requiere suelos homogéneos y con regular o buena capacidad de soporte. La excavación se realiza con retroexcavadora convencional y se retira la marina en camiones, se utiliza bombas de shortcrete manuales o robotizadas, todos equipos de amplio uso en las constructoras nacionales. 14

METODO CONSTRUCTIVO EXCAVACIÓN Y REVESTIMIENTO PRIMARIO TÚNELES (NATM) Evolución de las obras subterráneas SECUENCIA EXCAVACIÓN TUNELES CICLO ESTANDAR: 1. 1ª BOVEDA 2. 1er BANCO 3. 2ª BOVEDA 4. 2º BANCO 5. CONTRABOVEDA En general, 1 m. de distancia entre marcos hexc 8 m. aexc.9 m. METODO CONSTRUCTIVO EXCAVACIÓN Y REVESTIMIENTO PRIMARIO TÚNELES (NATM) 15

BOVEDA Y BANCO 16

ARMADURA BOVEDA Y MOLDE REVESTIMIENTO DEFINITIVO 17

Evolución de las obras subterráneas ESTACIONES La construcción de las estaciones continuó a tajo abierto, entibaciones con pilotes excavados a máquina, empleando puntales primero en L5, Baquedano y Cola de Maniobras de La Florida y luego en la extensión al centro mediante anclajes, Bellas Artes, Plaza de Armas, Santa Ana. Se minimizó así el ancho de las excavaciones. 18

Evolución de las obras subterráneas Nivel de terreno Pilotes estructurales Vigas y losa de cubierta Tirantes Mesanina ENTIBACIÓN CON PILOTES Y ANCLAJES 19

ESTACION BELLAS ARTES 20

Evolución de las obras subterráneas Pilotes estructurales Nivel de terreno Puntales Mesanina Andén ENTIBACIÓN CON PILOTES Y PUNTALES 21

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PLAZA ARMAS CONTENIDOS DEL DOCUMENTO 26

PLAZA ARMAS CONTENIDOS DEL DOCUMENTO 27

PLAZA ARMAS CONTENIDOS DEL DOCUMENTO 28

SANTA ANA CONTENIDOS DEL DOCUMENTO 29

SANTA ANA CONTENIDOS DEL DOCUMENTO 30

SANTA ANA CONTENIDOS DEL DOCUMENTO 31

Y FINALMENTE HOY LAS ESTACIONES Evolución de las obras subterráneas Y FINALMENTE HOY LAS ESTACIONES SE HACEN POR TUNELEADO Las excavaciones de las estaciones de las extensiones de líneas existentes y las de las nuevas líneas, incluyendo las actualmente en ejecución, de la red de Metro, están siendo realizadas en túnel, método N.A.T.M. Las secciones de los túneles de estación son del orden de 150 a 180 m2 (tres veces la sección de las interestaciones). Esto se aplicó para las extensiones de la L5 a Quinta Normal, L2 Norte y Sur, Línea 4, Línea 2 Recoleta, L1 Oriente y L5 Poniente (Línea Maipú). 32

Evolución de las obras subterráneas TÚNELES ESTACIONES Construidos a partir piques laterales que servirán de acceso a la estación y para alojar los locales técnicos y de servicios. Estaciones desde piques circulares Estaciones desde piques rectangulares Métodos constructivos poco perturbadores. 33

Evolución de las obras subterráneas SECCIONES DE TÚNELES (a) Túnel de Acceso Interestación A = 50 m2 (b) Túnel de Acceso Estaciones : A = 100 - 150 m2 (c) Túnel Andenes Estaciones Intermedias: A = 120 - 140 m2 (d) Túnel Andenes Estaciones Terminales: A = 160 - 180 m2 34

PIQUE Y GALERÍA 35

SECCIÓN DE TÚNEL ESTACIÓN 36

SECCIÓN DE TÚNEL ESTACIÓN 37

Porqué y cuándo usar el N.A.T.M. Método simple: usa maquinaria convencional y mano de obra local. Proporciona flexibilidad para atacar por varios frentes los túneles en la medida de tener puntos de acceso. Programa de túneles de estaciones puede manejarse independiente de los túneles de interestación. Con 8 frentes de trabajo ( 4 piques y galerías) se logra avances de al menos 18 metros por día, similar a una tunelera. Se puede construir por tramos y con más de un Contratista, a diferencia de un sistema con tuneleras en que sólo podría haber un contratista por tunelera. Si hay atrasos por singularidades del suelo, debilidades de un contratista de un tramo, se puede corregir mediante piques adicionales, o el traspaso de obras a otro contratista con mejores avances. 38

Utilización del Shotcrete en túneles 39

Evolución de las obras subterráneas RESULTADOS EN TÚNELES En los recientes diseños de túneles, gracias al mejor conocimiento del comportamiento del suelo, y a los avances tecnológicos (softwares, hormigones, aditivos, etc.), se ha logrado una importante optimización de los espesores de los revestimientos de los túneles interestación, llegando a 30 cms. totales (revestimiento primario+secundario), lo que ha disminuido considerablemente los volúmenes de excavación, de hormigón proyectado, y toda la cadena de producción asociada, etc.). También, gracias a los avances tecnológicos, se ha mutado de hormigón proyectado por vía seca, a shotcrete por vía húmeda, con utilización de robots de proyección. 40

Conclusiones Evolución en los Diseños de <=> Sustentabilidad los Túneles de Metro Disminución de espesores de los túneles, del trabajo conjunto de los revestimientos, de la metodología de proyección del hormigón aporta en Sustentabilidad en los siguientes aspectos: Social Disminuye impacto sobre los operarios y la comunidad Ambiental Disminuye emisiones al medio Económica Disminuye los costos