ASOCIACIÓN MEXICANA DE INGENIERIA DE VIAS TERRESTRES, A. C.

XIX REUNIÓN NACIONAL DE INGENIERÍA DE VÍAS TERRESTRES“MOVILIDAD, FACTOR DETONANTE PARA EL PROGRESO DE MÉXICO”

GRANDES PROYECTOS CARRETEROS: PPS NUEVO NECAXA-TIHUATLÁN DE LA AUTOPISTA MÉXICO-TUXPAN

M. EN I. SERGIO ALBERTO DAMIÁN HERNÁNDEZCOORDINADOR DE PROYECTOS PARA PRESTACIÓN DE SERVICIOSDIRECCIÓN GENERAL DE DESARROLLO CARRETEROSECRETARÍA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES

ING. JORGE COLONIA ALBORNOZGERENTE DE PROYECTOINGENIEROS CIVILES ASOCIADOS

1. INTRODUCCIÓN

Las asociaciones público - privadas han demostrado, a lo largo de los últimos diez años, ser un esquema exitoso en la construcción y modernización de infraestructura carretera.

Actualmente se cuenta con tres modalidades de asociación público-privada para carreteras: (i) la concesión, utilizada para la construcción de nueva infraestructura, en donde las cuotas representarán la recuperación de la inversión y que pueden requerir de alguna cantidad de aportación inicial por parte del Estado; (ii) los proyectos para prestación de servicios (PPS), en donde la inversión es cubierta por el Estado mediante pagos periódicos a cambio de que las carreteras cumplan con una serie de requerimientos técnicos previamente establecidos; este esquema se ha utilizado tanto en la modernización de carretas libres, una mezcla de tramos libres y de cuota y finalmente, para la construcción de carreteras cuya cuota no es suficiente para cubrir la inversión y la aportación inicial por parte del Estado es tal, que imposibilita su instrumentación y; (iii) el aprovechamiento de activos, en el cual se agrupan carreteras de cuota existentes con nueva infraestructura de cuota, en este esquema los flujos de las carreteras en operación apoyan la inversión de la nueva infraestructura y en global, no requieren de aportación inicial por parte del estado.

Cada uno de los esquemas tiene variantes específicas dependiendo del tipo de proyecto; en el caso del proyecto Nuevo Necaxa – Tihuatlán, es una variante del esquema PPS ya que coexisten una carretera libre con una de cuota, amparadas bajo el mismo título de concesión.

El proyecto tiene una longitud de 85 kilómetros, se ubica en la región norte del estado de Puebla y región centro del estado de Veracruz, se desarrolla en terreno montañoso de la Sierra Madre Oriental y en terreno sensiblemente plano al llegar a Tihuatlán.

Este proyecto forma parte de la autopista México – Tuxpan de 293 kilómetros de longitud y constituye el tramo faltante para comunicar, mediante una autopista de altas especificaciones, a la Ciudad de México (en operación) con el puerto marítimo más cercano a ella e integrar el eje transversal carretero Acapulco – Tuxpan.

A nivel regional, el proyecto impulsará el desarrollo económico y detonará la competitividad del Altiplano y la costa del Golfo de México junto con el Arco Norte de la Ciudad de México

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(en construcción en operación) y la autopista Tuxpan – Tampico (en preparación). Su construcción permitirá integrar un nuevo corredor del TLC con la ruta México – Tuxpan –Tampico – Matamoros – Chicago – Toronto.

Con la conclusión de la autopista México – Tuxpan, se superará la barrera histórica de la Sierra Madre Oriental y se tendrá una autopista eficiente, segura y económica para los usuarios. El proyecto permitirá conectar el Altiplano con el Golfo en dos horas treinta minutos reduciendo el recorrido actual en una hora treinta minutos. Por su trazo de altas especificaciones, se reducirán los costos de operación vehicular y los tiempos de recorrido, aumentando la seguridad de los usuarios.

2. GENERALIDADES DEL PROYECTO

El proyecto está dividido en dos tramos: (i) Nuevo Necaxa – Ávila Camacho bajo un esquema libre de cuota y (ii) Ávila Camacho – Tihuatlán, como una autopista de cuota.

El tramo Ávila Camacho – Tihuatlán tiene una longitud de 48.1 km y 12 m de ancho de corona que albergan 2 carriles de circulación, uno por sentido. Este tramo se está construyendo bajo la modalidad de obra pública. El tramo se estima se concluya a mediados de 2012 con una inversión de alrededor de los 3,880 millones de pesos.

El Tramo Nuevo Necaxa – Ávila Camacho tiene las siguientes características:

Longitud de 36.6 kilómetros. 4 carriles de circulación de 3.5 metros y acotamientos laterales de 2.5 metros de ancho

con barrera central Velocidad de proyecto de 110 kilómetros por hora. Seis túneles gemelos de dos carriles de circulación con longitud total de 8,132 metros,

los más largos serán el túnel Zoquital de 1,350 metros y Necaxa de 990 metros. 9 puentes y 2 viaductos ecológicos con una longitud total de 1,750 metros. El puente

más largo será el puente San Marcos de 850 metros de longitud y 225 metros de altura.

El proyecto contará con 14 pasos a desnivel, sistema de control y supervisión de túneles, sistemas de comunicación para atención al usuario y respuesta oportuna ante incidentes.

Las características de las principales estructuras se muestran en la tabla siguiente:

Estructura Longitud CaracterísticasPuente San Marcos 850 m Puente tipo doble voladizo, seis pilas,

y una altura de 225 m en su pila más alta

Túnel Zoquital 1,380 m Túneles gemelos con una longitud total de 2,730 m.

Túnel Necaxa 990 m Túneles gemelos con una longitud total de 1,975 m.

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Túnel Xicotepec II 860 m Túneles gemelos con una longitud total de 1,700 m.

3. ASPECTOS AMBIENTALES:

El tramo se ubica en una zona ecológicamente muy importante y cruza el Área Natural Protegida (ANP) denominada “Cuenca hidrográfica del Río Necaxa”, esto hace que el manejo ambiental adquiera una gran relevancia. En el proyecto se cuenta con una supervisión permanente de la Comisión Nacional de Áreas Naturales Protegidas (CONANP). En cuanto a la fauna, a la fecha se han rescatado 995 individuos (32% en ANP y 68% fuera de ella), 48 individuos de 5 especies protegidas por la Norma Oficial Mexicana 059. En referencia a la Flora, se han rescatado 34,173 individuos, 42% en el Área Natural Protegida (ANP) “Cuenca del Rio Necaxa “ y 58% fuera de ella.

PROGRAMA DE RESCATE DE FAUNA

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PROGRAMA DE RESCATE DE FLORA

Para este trabajo, se tiene un invernadero registrado como Unidad de Manejo Ambiental (UMA), en el cual se colocan las especies rescatadas, pasan por un proceso de recuperación (las plantas deben “desestresarse” antes de poder ser colocadas en otra zona) para posteriormente colocarlas en zonas adecuadas para su preservación y desarrollo; como ejemplo, se tuvieron que reforestar 1,101 hectáreas y fue necesario donar 200 más que ambientalmente no hubieran sido impactadas por el hombre.

Geológicamente el trazo cruza fallas que no han sido posibles de superar y ha hecho que se modifique y que se requieran soluciones distintas a las contempladas inicialmente, buscando las mejores soluciones posibles.

El aspecto arqueológico también es una componente importante dentro de la obra; si bien se contaba con autorizaciones de algunas zonas, en otras fue necesaria revisiones detalladas por parte del Instituto Nacional de Antropología e Historia (INAH). Como resultado de estos trabajos, se requirió modificar el trazo debido a que se encontraron vestigios arqueológicos de una importancia tal que no fue posible su rescate.

4. COMPLEJIDAD TÉCNICA:

Desde el punto de vista del autor de este artículo, el tramo Nuevo Necaxa – Ávila Camacho representa el de mayor complejidad técnica que se haya construido en el país en mucho

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tiempo. Algunos ejemplos que sustentan este comentario son los siguientes: Puente San Marcos, túnel Zoquital y túnel Necaxa, los cuales se presentarán más adelante

4.1.- Ingeniería de Proyecto:

En México no es habitual que la ingeniería de diseño sea responsabilidad de la empresa ganadora de una licitación, por lo que las empresas constructoras tienen que disponer de mecanismos antes y durante la fase de construcción, para hacer eficientes sus procesos.

Este hecho también permite la implementación de nuevas tecnologías. El disponer de un área de ingeniería en la obra, permite dar respuesta rápida a las necesidades durante la construcción, además de que agiliza las adecuaciones al proyecto por topografía, geología, arqueología y clima de la región.

Es importante contar con un diseño original sólido, bajo normativas y con bases de diseño claras, para que se pueda, en su momento, ajustar el diseño, respetando los criterios del proyecto original.

Logros importantes fue rectificar el antiguo trazo en dos cambios importantes mejorando las soluciones del Puente San Marcos y el Túnel Zoquital, donde existen grandes fallas geológicas.

4.2.- Túneles:

El proyecto cuenta con 6 túneles dobles que suman una longitud de 8,132 metros, oscilando entre los 110 a 1,380 metros. La sección tipo A4S a base de túneles gemelos que alojan dos carriles cada uno. Las principales características técnicas son:

Procesos constructivos de acuerdo a los diferentes suelos.

Diseño de portales con túneles falsos que disminuyen la afectación del bosque y garantizan la estabilidad de la montaña en los accesos.

Se adoptó el Nuevo Método de Excavación Austríaco (NATM -New Austrian Tunneling Method), común en Europa y nuevo en México:

o 1ª fase media sección superior con excavación perimetral dejando un núcleo al centro como soporte del frente de excavación.

o 2ª fase media sección inferior o banqueo

Con uso de enfilajes en suelos blandos y emportalamientos, consistentes en:

o Perforaciones horizontales de 20 ó 12 metros de longitud de 6” de diámetro de acuerdo a la sección superior del túnel.

o Inclinación de 5° para permitir el traslape de otra sección.

o Hincado de tubería metálica de 4” de diámetro

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o Inyectado de lechada agua cemento.

o Traslape de 3 metros entre el final de un enfilaje y el inicio de otro.

Excavación por medios mecánicos en suelos blandos, o uso de explosivos en calizas, basaltos y lutitas.

Sostenimiento del túnel, seleccionado de acuerdo a la geología encontrada durante el proceso de excavación, garantiza un 90% del sostenimiento total del túnel:

o Colocación de marcos metálicos TH-29 de sección omega con uniones a base de grapas.

o Tres secciones de marco en sección superior (solo dos uniones)

o Mayor rendimiento en la colocación contra marcos a base de soldadura

o Colocación de anclas expansivas.

o No se usa inyección de mortero en anclas expansivas lo que mejora el ciclo.

o Drenes.

o Concreto lanzado con fibras metálicas.

Implementación de una membrana impermeabilizante antes del revestimiento definitivo como protección a las abundantes filtraciones

Revestimiento definitivo de concreto que, elimina el uso de acero de refuerzo en este recubrimiento final, logrando el 10% faltante del sostenimiento del túnel

Iluminación de obra electromecánica y equipos de conteo y medición en el 100% de los túneles

4.3.- Terracerías:

Respecto de las terracerías, los datos principales son los siguientes:

Movimiento de tierra total de 20.5 millones de metros cúbicos.

300 obras de drenaje con una longitud de 11,100 m.

3 entronques.

1´420,000 m3 en capas de pavimento.

Restricciones legislativas en uso de bancos de préstamo y desperdicio, así como en caminos de acceso

Ejecución de acuerdo al cumplimiento de requisitos normativos:

o Menos área de afectación.

o Rescate y reubicación de flora y fauna

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o Derribo direccionado del arbolado

o Sin derrames de hidrocarburos.

o Manejo adecuado de residuos.

o Manejo adecuado de aguas residuales.

Recubrimiento de pasto en taludes para su estabilización.

Implementación de estrategias y ciclos de trabajo ante el clima lluvioso en gran parte del año.

Ejecución de voladuras sin afectación a instalaciones estratégicas de CFE y PEMEX, así como a comunidades.

Arcillas expansivas y material de cortes sin utilizar, ante la agreste topografía y las constantes lluvias que incrementan la dificultad de para su disposición.

Estabilización de terraplenes a base de una mezcla de arcillas y cal.

Implementación de soluciones minimizando las áreas de construcción en terraplenes:

o Muros de concreto reforzado.

o Muros “terramesh” a base de jaulas de gavión.

o Muros con utilización de geosintéticos.

o Muros de tierra armada a base de elementos prefabricados.

4.4.- Puentes:

El proyecto cuenta con 24 puentes, viaductos y PIV’s con una longitud de 5,020 metros, así como 28 pasos de desnivel (PSV’s). Las principales características técnicas son:

1,015 trabes prefabricadas

Diferentes soluciones de acuerdo a la cercanía con túneles (uno o dos cuerpos)

Anchos de 11 o 21 metros

Longitudes desde 150 hasta 80 metros

Cimentaciones a base de zapatas y zapatas con pilotes

Pilas de hasta 200 metros de altura

Uso de cimbras

o Trepantes.

o Autotrepantes y

o Deslizantes

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Superestructuras a base de:

o Trabes prefabricadas y colocadas con sistemas de lanzado.

o Dovelas de concreto.

PUENTE SAN MARCOS:

El Puente San Marcos tiene la pila más alta del continente con 208 m y será la segunda más alta en el mundo, siendo superada solamente por el viaducto Millau en Francia. El colado de la zapata de 6,072 m3 requirió del diseño de un sistema especial de carga y descarga del concreto a fin de garantizar la homogeneidad en el colado y el cumplimiento de la temperatura en el fraguado; así pues, se necesitó instalar 2 plantas de concreto y una de hielo, construir dos caminos de acceso a la zapata para formar un circuito que garantizara la circulación continua de las ollas y que el colado se realizará en 96 horas ininterrumpidas bajo las difíciles condiciones climatologicas. Se descargaron mas de 1,000 ollas de concreto hidráulico. Sin duda, el Puente San Marcos es la estructura insignia de este proyecto.

Altura máxima de la pila, hasta el nivel de rasante es de 225 metros.

En esta categoría encontramos al puente Mezcala con una altura de 170 metros y el Puente Baluarte con una altura total de pila de 169 metros.

Los volúmenes de obra más relevantes de esta espectacular estructura son:

o 54,000 metros cúbicos de concreto.

o 8,200 toneladas de acero de refuerzo.

o 820 toneladas de acero de pre-esfuerzo.

o 231,000 metros cúbicos de excavación.

o 20 mil metros de anclas de fricción.

En su construcción se está utilizando lo más avanzado en tecnología de cimbras:

o Con mayor seguridad del personal.

o Mejor calidad de los elementos.

o Mayor rendimiento en la producción.

Resalta la planeación de:

o Caminos de acceso.

o Ubicación de plantas de concreto.

o Obra de desvío para la pila 4.

Es importante señalar que en la construcción de la zapata pila 4:

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o Sección de zapata de 34 por 34 metros y 7 5 de altura.

o 72 pilotes de 13 y hasta 25 metros de profundidad.

o 6,072 metros cúbicos de concreto.

o Construcción de muro perimetral de concreto como cimbra perdida y protección contra las filtraciones.

o Colado monolítico masivo más grande en infraestructura carretera.

o Estudios ultrasónicos implementados para monitorear la integridad de los pilotes.

o Excelente procedimiento para garantizar la integridad de cimentación de obras futuras en el país.

o Uso de cemento puzolánico con bajo calor de hidratación.

o Uso de hielo frapeado para conservar la temperatura del concreto por debajo de los 23° C.

o Uso de dos líneas de termopares para monitorear la temperatura en las secciones inferior, media y superior del elemento.

o Uso de una pared adiabática con la colocación de paneles de poliestireno para disminuir el choque térmico del elemento y medio ambiente.

o Colocación de lona tramada húmeda con la finalidad de impedir la pérdida de calor de forma excesiva

En la construcción de la pila de 208 metros de altura resalta:

o Sistema de cimbra autotrepante, que no se requiere apoyo de grúa después de haber sido montado e instalado.

o 3 centrales hidráulicas que accionan conjuntos de gatos hidráulicos externos e internos.

o El diseño de la cimbra incluye andamios perimetrales y redes que dan seguridad al personal obrero.

o Implementación de armado de parrillas laterales de acero en piso que disminuyen el riesgo de trabajo en alturas.

o Sistema de conexión mecánica del acero principal a través de conectores roscados.

o Roscado en la varilla se realiza de manera controlada en el taller de habilitado con equipo especializado

o Forjado de varilla en frío para no alterar la composición química de la barra y garantizar que la cuerda no reduce el área de acero.

o Resultados favorables al optimizar tiempos de ejecución de la pila.

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Ficha Técnica del Puente San Marcos.

UBICACIÓN LONGITUD ANCHO TIPONO.

CARRILESNO DE PILAS

ALTURA

Km 863+500 850 m 18.70Doble

voladizo4 6

225 m, medidos desde la zona más profunda del valle a

la rasante

180.00 180.00 180.00

E1 P1 P2 P3P4

P5P6 E2

98.0057.00

EJE

49

)

98.00 57.00

850.00

86

3+

086

.60

410.90

354.90

254.90

278.40

347.40

1

2

1

2

1

2

12

12

86

2+

236

.60

TENSION ADMISIBLECONSIDERADA 6 Kp/cm2

TENSION ADMISIBLECONSIDERADA 6 Kp/cm2

TENSION ADMISIBLECONSIDERADA 10 Kp/cm2

TENSION ADMISIBLECONSIDERADA 10 Kp/cm2

TENSION ADMISIBLECONSIDERADA 10 Kp/cm2

TENSION ADMISIBLECONSIDERADA 6 Kp/cm2

TENSION ADMISIBLECONSIDERADA 6 Kp/cm2

45

3.6

41

86

2+

293

.60

86

2+

391

.60

86

2+

571

.60

86

2+

751

.60

86

2+

931

.60

86

3+

029

.60

40

4.5

97

Q ordinaria (2) = 1200m3 /s

Q (100) = 5000m3 /s210.30

204.70

11

11

11

11

11

11

11

11

²

11

13

394.50

397.50

439.001

2 11

409.00

318.00

278.00

32

197.90

184.50

11

175

1150

1150

1

75

1

75

175

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Panorámica de la ubicación del Puente san Marcos.

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Colocación de concreto en dovelas Puente San Marcos

Ficha técnica del Túnel Necaxa.

Túnel Necaxa

Trabajos de excavación del Túnel Necaxa.

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UBICACIÓN LONGITUD ANCHO ALTURA NO.

CARRILES

Km 744+000988.27 m túnel izq.984.30 m túnel der.

12.40 7.4 de la carpeta asfáltica a la clave del túnel

2 por Túnel

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Avance en la construcción del Puente Cantil

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Túnel Zoquital

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Muro de contención en terraplén km 862+200

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Corte km 848+400

El tramo Nuevo Necaxa – Ávila Camacho inició su construcción a principios de 2008 y se estima se concluya a finales de 2012. A junio de 2012 se tiene un avance físico en la construcción del 80%. La obra tiene un costo de construcción superior a los 4,500 millones de pesos.

5. Conclusiones:

Los esquemas de asociación público – privada, son una opción viable para la creación y modernización de infraestructura carretera, siendo la asignación de riesgos uno de los aspectos de mayor relevancia en su aceptación por parte del mercado.

Proyectos de la envergadura de Nuevo Necaxa – Tihuatlán pueden ser posibles a través de asociaciones público – privadas, permitiendo una mayor racionalización de los recursos públicos.

Las asociaciones público – privadas, pueden ser uno de los cimientos en los que puede soportarse el desarrollo de la infraestructura del país, ya que siguen probando su aceptación por el mercado e incluso han dado mejores resultados a los esperados.

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La construcción del tramo Nuevo Necaxa – Avila Camacho marca un hito dentro de la ingeniería mexicana en construcción de carreteras. En 37 km de carretera de altas especificaciones, están presentes los más variados e innovadores procesos constructivos. Estos, dan solución al tramo carretero que, por sus características ambientales, geológicas, topográficas y climatológicas, es el de mayor complejidad en nuestro país.

Una vez terminado el tramo Nuevo Necaxa – Tihuatlán, la autopista México – Tuxpan será una vía moderna para detonar el desarrollo del norte del Golfo de México y de importantes regiones del Altiplano, impulsará el desarrollo del puerto de Tuxpan y el Norte del estado de Veracruz, convertirá a Hidalgo en un centro logístico estratégico con conexiones a todo el país. Proporcionará a Puebla una conexión directa con el Golfo de México y la frontera norte. Mejorará la accesibilidad a Tamaulipas y facilitará su comunicación con el centro del país. Adicionalmente a lo anterior, la autopista ofrecerá un derecho de vía de altas especificaciones para facilitar la instalación de ductos y fibra óptica.

Julio 2012

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