Ejecución de dos taludes de emboquille de túnel de condiciones difíciles

Ejecución de dos taludes de emboquille de túnel de la Línea de Alta Velocidad Murcia – Almería en

condiciones difíciles

Juan Tébar Molinero Jefe de Infraestructura de la Línea de Alta Velocidad Murcia - Almería. ADIF.

Antonio Ferrer Santos1 Director de Obra del tramo: Barranco de los Gafarillos- Los Arejos. Línea Alta Velocidad Murcia –

Almería. INECO.

Tema : Excavaciones y Sistemas de Contención.

RESUMEN

La Línea de Alta Velocidad Murcia – Almería, atraviesa a unos 50 km de la capital almeriense la Sierra Cabrera. Se trata de una zona protegida que obliga a realizar el paso mediante dos túneles: el túnel de Sorbas y el túnel del Almendral. En este artículo se analiza el Proyecto y la ejecución de los emboquilles de entrada y salida de éste último, con taludes de 30 y 57 metros respectivamente, que han englobado un conjunto interesante de soluciones constructivas dada la diferenteproblemática de ambos. Palabras clave: Emboquille, sostenimiento, sismicidad, proceso constructivo, esquistos, yesos, margas.

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1 INTRODUCCIÓN

El túnel del Almendral, perteneciente al tramo Barranco de los Gafarillos – Los Arejos de la Línea de Alta Velocidad Murcia – Almería, ha supuesto un reto de gran complejidad técnica en su ejecución, debido a la bajísima calidad geotécnica de los materiales atravesados.

Los emboquilles realizados para la entrada y

salida a dicho túnel han sido ejecutados en unas condiciones orográficas complicadas que han sido solventadas primando la seguridad y la calidad en la ejecución.

Se describirán sucintamente las bases de cálculo y se analizará el proceso de excavación y estabilización de los taludes y cómo las diferencias entre ambos emboquilles en aspectos como: materiales excavados (esquistos en uno y

margas y yesos en otro), tipología del talud (provisional uno y

definitivo otro) y geometría (mucho mayor esviaje en un caso

que en el otro)

Han determinado su diseño y modo de ejecución, poniendo el acento en las buenas

prácticas constructivas llevadas a cabo con el objetivo claro de conseguir la máxima seguridad y el extraordinario comportamiento que han demostrado a lo largo del tiempo.

2 EMBOQUILLE NORTE DEL TÚNEL DEL ALMENDRAL

El emboquille norte del túnel del Almendral se encuentra en una ladera natural formada por esquistos, en la que a consecuencia de las condiciones orográficas, el trazado previsto incide con fuerte esviaje sobre la mencionada ladera.

La solución constructiva adoptada para salvar

esta circunstancia se adapta a la realidad orográfica y geotécnica del terreno, optimizando la geometría del talud lateral izquierdo y del talud frontal, minimizando la excavación y adoptando taludes reforzados mediante bulones activos, hormigón proyectado y mallazo.

2.1 Encuadre geológico-geotécnico

El emboquille Norte del túnel del Almendral ha sido excavado en la formación “Esquistos negros con cuarcitas (ENF)” del Complejo Nevado – Filábride.

Se trata de unos esquistos con una marcada

esquistosidad con algunos niveles más areniscosos. La esquistosidad posee una dirección N32ºE (dirección de buzamiento 122) y un buzamiento de 60º hacia el SE.

La campaña geotécnica complementaria

permitió precisar los principales valores geomecánicos previstos en el Proyecto que se resumen a continuación:

Calidad geomecánica del macizo._ De la asignación de puntuación a los parámetros que definen el RMR, en los afloramientos cercanos al emboquille se obtiene un RMR de 43 puntos, que deben ser corregidos en -5

puntos por la favorable disposición de la esquistosidad respecto a la orientación de los taludes. Por tanto el RMR corregido es de 38 puntos. Parámetros resistentes._ La resistencia a compresión simple (UCS), obtenida en ensayos de laboratorio es de 9,33 MPa. Este valor tan bajo se produce por la rotura de las probetas por la esquistosidad y no por la matriz.

Siguiendo el criterio de Hoek-Brown se

han calculado los parámetros que definen la resistencia del macizo rocoso con una altura de 30 m y D=0,7.

Parámetros deformacionales._ Los ensayos dilatométricos realizados proporcionan un valor de 640 MPa y el coeficiente de Poisson obtenido es de 0,3.

Discontinuidades estructurales._ Se distinguen en el macizo tres familias de discontinuidades principales:

i. Esquistosidad S1: 60/122

ii. Discontinuidad J1: 74/215 iii. Discontinuidad J2: 41/317

Todas ellas con un espaciado ≤ 60 mm y una persistencia ≤1m excepto para la esquistosidad (S1) donde la persistencia es ≤3 m. Además se han realizado comprobaciones también para dos familias adicionales 63/275 y 63/008. En cuanto a los parámetros de resistencia al corte, el Proyecto indica una cohesión de 0,11 MPa (11t/m2), tanto para la esquistosidad como para las juntas J1 y J2 y un ángulo de rozamiento interno de 32º y 23º respectivamente, siendo el residual de 21º. Estado natural de las tensiones._ El estado natural de las tensiones viene marcado por la existencia de una elevada tensión natural de acuerdo a los siguientes parámetros:

i. Orientación de σh: N -133º-E

ii. Magnitud K0: 2,4 Sismicidad._ La zona por la que transcurre el trazado del ferrocarril proyectado es una de las que presenta mayor sismicidad de toda la Península Ibérica, por tanto la aceleración sísmica de cálculo es muy elevada y determinante en la estabilidad de cualquier obra que se realice en la zona. En concreto para los taludes objeto de este artículo se ha empleado una aceleración de 0,155g.

2.2 Bases de cálculo y resultados

Tal y como se ha comentado anteriormente la solución proyectada busca adaptarse lo más posible a la complicada orografía del terreno, para ello se ha optado por ubicar el emboquille entre tres planos de excavación:

i. Plano frontal, de inclinación 1H:2V y

perpendicular al eje del trazado

ii. Plano lateral, de inclinación 1H:2V y paralelo al eje del trazado.

iii. Plano de transición o “chaflán”. Se ha

proyectado un plano de inclinación 1H:3V que forma 45º con el eje del trazado y que da continuidad a los anteriores antes de que intersecten en su prolongación. Este plano intermedio permite reducir la altura máxima del emboquille en 12 m aproximadamente, quedando en 30 m en vez de los 42 que resultarían.

A continuación se muestra en las siguientes figuras la geometría del emboquille descrita anteriormente:

Figura 1. Definición en planta de los taludes del emboquille Norte.

Figura 2. Perspectiva del emboquille en máxima excavación.

Figura 3. Perspectiva del emboquille en la situación final.

Para cada uno de los planos anteriormente definidos se han tramificado las distintas alturas de talud con objeto de optimizar el sostenimiento a colocar en cada caso y se han realizado las siguientes comprobaciones: Análisis estático global por el Método de

Bishop Análisis estático global por el Método de

Spencer Análisis pseudodinámico global por el

Método de Bishop Análisis pseudodinámico global por el

Método de Spencer Análisis estático de estabilidad de cuñas por

el método Estereográfico Análisis dinámico de estabilidad de cuñas

por el método Estereográfico

Para todas las hipótesis anteriores se han obtenido coeficientes de seguridad adecuados con los sostenimientos previstos y en la situación más desfavorable que se produce cuando el falso túnel de entrada al túnel del Almendral se encuentra sin rellenar y por tanto, la altura del talud es máxima (los 30 m mencionados anteriormente).

2.3 Sostenimientos proyectados y planos constructivos

Los sostenimientos proyectados se resumen a continuación en la siguiente tabla:

Tabla 1.Sostenimientos tipo

Longitud Tipo Frecuencia

Tipo I 15x15x6 5 cm 6 m Pasivo, B 500 S, Ф32 En bloques inestables.

Tipo II 15x15x6 10 cm 6 m Pasivo, B 500 S, Ф32 1 bulón cada 5 m2

Tipo III 15x15x6 10 cm 12 mTesado de 25 Tn,

B 500 S, Ф321 bulón cada 5 m2

Tipo IV 15x15x6 15 cm 12 mTesado de 25 Tn,


Tipo IVb 15x15x6 15 cm 12 mTesado de 25 Tn,


MallazoGunita de

30 Mpa

BulonesSostenimiento Tipo

Los sostenimientos anteriores se han aplicado a la excavación conforme se iba bajando en cota según la siguiente tramificación:

Tabla 2. Aplicación de sostenimientos en los taludes según altura.

Talud Frontal

Talud lateral

izquierdo

Talud de transición

(cartabón)

Tipo I < 8m < 8m

Tipo II > 8m < 12m > 8m < 12m

Tipo III > 12m < 22m > 12m < 18m

Tipo IV ‐ > 18m < 22m

Tipo IVb > 22m < 27m > 22 m < 27m Toda la altura

Alturas de aplicación de los sotenimientos

Sostenimiento Tipo

Para llevar a cabo en obra el emboquille proyectado se elaboraron los planos constructivos correspondientes que permiten ejecutar los diferentes sostenimientos evitando confusiones y controlar su ejecución de forma más efectiva. Se adjuntan a continuación los detalles constructivos elaborados por la Oficina Técnica de la obra:

Figura 4. Definición geométrica del talud lateral y leyenda de los tratamientos a disponer

Figura 5. Detalle constructivo del talud lateral y leyenda de los bulones según sostenimiento dispuesto

Figura 6. Definición geométrica del talud de transición

Figura 7. Detalle constructivo del talud de transición

Figura 8. Definición geométrica del talud frontal

Figura 9. Detalle constructivo del talud frontal

2.4 Proceso constructivo

A continuación se muestra a modo de reportaje fotográfico comentado, las distintas fases constructivas del emboquille norte del túnel del Almendral.

En primer lugar se terraplenó una rampa de

acceso sobre la que llegar al punto más alto de la excavación y desde ahí comenzar a ejecutar el talud proyectado de arriba abajo:

Foto 1. Octubre de 2010



La altura máxima de excavación de una bancada se limitó a tres metros de altura, llegado ese momento es sellada con hormigón proyectado y se replantea la planilla de perforación de los bulones previstos:

Foto 4. Noviembre de 2010

Una vez realizadas las perforaciones e

inyectados los bulbos de los bulones se realiza el gunitado completo:



Cuando el mortero inyectado alcanza la

resistencia requerida se procede al tesado de los bulones y con esto finaliza el tratamiento de la bancada.

Esta operación se realiza pasados unos días que se aprovechan para excavar la fase inferior:



El ciclo se repite sucesivamente hasta llegar a la cota de ejecución del paraguas de micropilotes de ataque del túnel y comenzar con la ejecución del mismo, siendo controlado periódicamente mediante dianas topográficas y un inclinómetro:

Foto 9. Diciembre de 2010


Foto 11. Enero de 2011

Foto 12. Febrero de 2011

Foto 13. Marzo de 2011

Foto 14. Abril de 2012

3 EMBOQUILLE SUR DEL TÚNEL DEL ALMENDRAL

El emboquille sur del túnel del Almendral se trata de una excavación provisional que será rellenada posteriormente por constar de un túnel artificial de 300 m de longitud a la salida.

La solución constructiva del emboquille en sí

es similar a la comentada en el caso anterior (bulones, mallazo y gunita) pero más sencilla geométricamente.

Así pues los aspectos más interesantes en este

caso, son las medidas preventivas que se han tomado en el talud provisional del túnel artificial que han favorecido el extraordinario comportamiento a lo largo del tiempo de unos materiales que a priori podrían haber sufrido inestabilidades en el período de construcción.

3.1 Encuadre geológico-geotécnico y solución adoptada

El emboquille sur del túnel del Almendral, ha sido excavado íntegramente en dos materiales terciarios consecutivos “Margas y Margocalizas (MAB)” en la parte más cercana al emboquille del túnel y “Yesos masivos (MY)” en la más alejada.

A continuación se resumen los parámetros

más importantes de los materiales mencionados:

Tabla 3. Parámetros de los materiales

MARGAS YESOS

Densidad (g/cm3) 2,05 2,08

Resistencia a

compresión (Mpa) 6,17 25

E (Mpa) 1235 8750

Cohesión (t/m2) 8 18,5

Ángulo de

rozamiento interno 30 32

El resto de los parámetros regionales son los mismos que en el emboquille norte.

El talud excavado en este caso es el formado

por dos planos perpendiculares:

i. Plano frontal, de inclinación 1H:2V y perpendicular al eje del trazado que alberga la boca de salida del túnel, y que, al igual que en la boca norte, se ha tratado con bulones, gunita y mallazo.

ii. Plano lateral, de inclinación 1H:1V y

paralelo al eje del trazado. Este talud tiene más de 300 metros de longitud y una altura máxima de 57 m. Se ha tratado con bulones, gunita y mallazo la zona más próxima talud frontal de excavación, dejando la mayor parte del talud del túnel artificial sin tratar pero con las siguientes medidas de mejora de la estabilidad:

- Ejecución de una cuneta de guarda revestida en la cabeza de la excavación que minimice la escorrentía y la infiltración a lo largo de la misma. - Inclusión de una berma intermedia a 18 m de altura de la base de la excavación, con varios objetivos:

1._Conseguir una pendiente equivalente del

talud más tendida, con lo que se mejora el coeficiente de seguridad.

2._Reducir la longitud de escorrentía en el

talud y atenuar de esta forma las posibles cárcavas que pudieran formarse.

3._Tener una plataforma de acceso

intermedio al talud por si se diera el caso de tener que actuar localmente en alguna zona.

4._Mejorar el drenaje y reducir la

infiltración de agua en el talud ya que la berma contaría con una cuneta revestida

con la pendiente de la traza hacia PK creciente.

Se muestran a continuación dos perspectivas de la excavación descrita y el detalle de ejecución del tratamiento realizado en el emboquille:

Figura 10. Perspectiva del desmonte provisional en máxima excavación.

Figura 11. Perspectiva del desmonte provisional en la situación final.

Figura 12. Detalle constructivo del talud frontal

3.2 Proceso constructivo

Se comentan a continuación los aspectos constructivos ya señalados, acompañados de diferentes fotos que ilustran el proceso llevado a cabo.

3.2.1 Ejecución de la excavación del talud frontal de emboquille

Foto 15. Noviembre de 2009. Inicio de la excavación

Foto 16. Diciembre de 2009. Proceso de excavación y tratamiento del talud

Foto 17. Marzo de 2010. Talud excavado y tratado a cota de avance del túnel

Foto 18. Junio de 2010. Boca de acceso al túnel

3.2.2 Drenaje

Foto 19. Ejecución de la cuneta de guarda de desmonte

Foto 20. Ejecución de la cuneta de guarda de desmonte

Foto 21. Ejecución de bajante escalonada

Foto 22. Bajante escalonada y ejecución de cuneta de berma

Foto 23. Cuneta de berma hormigonada

3.2.3 Vistas generales de la excavación



Foto 26. Marzo de 2010

Foto 27. Julio de 2010

Foto 28. Julio de 2010

Foto 29. Septiembre de 2010



Foto 32. Mayo de 2012

AGRADECIMIENTOS

A, Alfonso González Gutiérrez, ADIF Eduardo Gantes Trelles, ADIF Y por el trabajo diario a, Personal de la UTE Los Arejos. Asistencia Técnica del tramo Barranco de los Gafarillos – Los Arejos. Personal de la UTE Gafarillos. Constructora del tramo Barranco de los Gafarillos – Los Arejos.

REFERENCIAS

Ferrer Santos, Antonio (2011). Modificado del Proyecto de Construcción de Plataforma del Corredor Mediterráneo de Alta Velocidad. Tramo: Murcia – Almería. Subtramo: Barranco de los Gafarillos – Los Arejos. ADIF, Sevilla, 2011. Galera Fernández, J.M. (2010). Análisis estructural de los Emboquilles del Túnel del Almendral. Subterra, Madrid, 2010. Arcones Torrejón, Ángel (2010). Notas técnicas acerca de los aspectos geotécnicos del tramo Barranco de los Gafarillos – Los Arejos. Ingeniería del Suelo, Madrid, 2010. Jiménez Salas, J.A., Justo, J.L., Serrano, A. (1981). Geotecnia y Cimientos II. Editorial Rueda, Madrid, 1981. Hoek, E., Brown, E.T. (1980). Underground Excavations in Rock. Institution of Mining and Metallurgy, London, 1980.

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