Línea 12Primer Informe Preliminar

Grupo Asesor TécnicoComisión de Investigación Sobre la Línea 12 del

METRO

Amit Asociación Mexicana e Ingeniería de Transporte, A.C.

• 1.- Obra Civil

• 2.- Obra electromecánica y trenes

Primer Informe Preliminar

Colegio de Ingenieros Civiles de México, A.C.

Asesoría Técnica del CICM sobre el Proyecto de la Obra Civil Línea 12 del Metro

México D.F. A 27 de mayo de 2014

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1.- ANTECEDENTES.

2.-METODOLOGIA DE TRABAJO.

3.- DESCRIPCION GENERAL DE LA INGENIERIA CIVIL.

4.-RESULTADO, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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1.- ANTECEDENTES

El Colegio de Ingenieros Civiles de México A.C. el pasado 9 de abril firmó un Convenio con la

Comisión Investigadora de la Línea 12 del Sistema de Transporte Colectivo Metro, de la Asamblea

Legislativa del Distrito Federal, con objeto de brindar todo tipo de asesoría técnica en materia de

ingeniería civil relacionada con las obras de infraestructura de dicha Línea, y coadyuvar con la

Comisión Investigadora para analizar y encontrar las causas que originaron la suspensión temporal

de la prestación del servicio de transporte público en 11 estaciones.

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2.- METODOLOGIA DE TRABAJO

El CICM conformo de entre sus agremiados un equipo de ingenieros civiles especialistas, cuya función consistió en revisar la información técnica que a través de la Asamblea Legislativa se entrego al CICM, asímismo se asistió a las reuniones de trabajo que se llevaron a cabo en la sede de la Asamblea Legislativa del Distrito Federal y al recorrido de las instalaciones de la línea 12 del Metro donde se presentaron los problemas, tomando nota y analizando las preguntas y respuestas en las 22 sesiones de trabajo de esta Comisión, en donde participaron:

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Funcionarios del Gobierno del Distrito Federal.Exfuncionarios del Gobierno del Distrito Federal.Representantes de las Empresas Supervisoras del Proyecto Ejecutivo, de la Obra Civil y de la Obra Electromecánica.Representantes del Consorcio Constructor.Representantes del proveedor de Trenes.

Durante el proceso de revisión, el CICM solicitó información técnica adicional a la ya entregada, la cual nos fue proporcionada, revisada y analizada, asimismo elaboramos preguntas referentes a la ingeniería civil del proyecto las cuales también fueron contestadas durante las sesiones de trabajo.

Se llevaron a cabo reuniones de gabinete y revisión documental en diversas ocasiones con el Consorcio Constructor, siempre que éstas fueron solicitadas.

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3.-DESCRIPCION GENERAL DE LA INGENIERIA CIVIL

La línea 12 del Metro tiene una longitud de 24.5 kms. compuesto por doble vía, la solución de la ingeniería civil del proyecto construido se resolvió en 2 kms. de forma superficial, 11.6 kms. a través de un viaducto elevado (trabes metálicas y trabes de concreto reforzado), 2.6 kms. en forma subterránea en cajón y 8.3 kms. con un túnel subterráneo.

De acuerdo con su importancia el Metro se clasifica como estructura perteneciente al Grupo “A” (Explicación)

La problemática de la Línea 12 motivó el cierre de 11 estaciones, el 11 de Marzo de 2014, comprendidas entre las estaciones Tlahuac y Culhuacan.

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Trayectoria de las estaciones cerradas

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Trayectoria de las estaciones cerradas

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Trayectoria de las estaciones cerradas Curvas 11 y 12

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El proyecto de ingeniería civil en el tramo elevado y que se tuvo que cerrar a la operación, se describe a continuación:

A) DESCRIPCIÓN GENERAL La línea 12 del metro en su tramo elevado tiene su inicio entre las estaciones Tlaltenco-Zapotitlán y termina entre las estaciones Culhuacán-Atlalilco, cuenta con una longitud de 11.6 km, en toda su longitud y se clasifican dos tipos de estructuraciones en función del material utilizado para el sistema de trabes principales que soportan al sistema de vías y trenes, que son la estructuración con trabes prefabricadas de concreto presforzado, cuyo tramo tiene una longitud de 4. 7 km y el tramo con estructuración a base de trabes metálicas cuya longitud es de 6.9 km.

Independientemente del tipo de estructuración, de manera general la estructura del tramo elevado se compone por la superestructura y la subestructura. La superestructura la cual comprende desde del sistema de trabes principales ya sea metálicas o prefabricadas hasta el sistema de vías y andenes, mientras que la subestructura comprende desde los cabezales de apoyo hasta la cimentación.

B) DESCRIPCIÓN GEOTÉCNICA

La línea elevada se desarrolla desde el tramo Tlaltenco-Zapotitlán, en la delegación Tlahuac, cruza ésta y concluye en la delegación Iztapalapa en el tramo Culhuacán-Atlalilco. La parte elevada de la línea proyecto cruza por las distintas zonificaciones geotécnicas predominando la zona III o de Lago, alternado con zonas tipo I o de Lomas, de acuerdo con las Normas Técnicas Complementarias (NTC) del Reglamento para las Construcciones del Distrito Federal (RCDF 2004),

C) DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS

SUPERESTRUCTURA METÁLICA.

La superestructura metálica tiene su inicio en el tramo Zapotitlán-Nopalera y termina en el tramo Calle 11-Lomas Estrella. La superestructura se compone de trabes principales metálicas y un sistema de piso para las vías, mientras que la subestructura comprende desde los cabezales de apoyo hasta la cimentación.

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A lo largo del tramo solucionado a base de estructura metálica se encuentran dos tipos de cabezales y columnas de apoyo, una a base de elementos de concreto reforzado y pos-tensado, en columnas y cabezales, respectivamente, y la otra a base de elementos metálicos.

Las trabes se diseñaron como una viga simplemente apoyada, ya que su apoyo en uno de sus extremos es fijo, mientras que en el otro extremo permite desplazamientos horizontales paralelos al eje de trazo,. Cuentan con trabes diafragmas en sus extremos, las cuales se anclan dentro del cabezal sirviendo como tope transversal ante eventos sísmicos.

El peralte de las trabes varía de 1.5m a 1.7m dependiendo del claro y están formadas a base de tres placas de acero.

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Sección de superestructura metálica

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SUBESTRUCTURA

La subestructura está constituida por el cabezal, columnas de apoyo y la cimentación. Como se mencionó con anterioridad, en el tramo resuelto con estructura metálica se encuentran dos tipos de subestructuraciones en función del material de sus elementos componentes. Una corresponde a elementos de concreto, reforzado para columnas y presforzado-reforzado para el cabezal, mientras que la otra, corresponde a elementos metálicos, columnas y cabezal.

CIMENTACIÓN

La cimentación utilizada para los apoyos de los tramos fue variable dependiendo de las características geotécnicas del sitio, por lo que a continuación se describen las principales soluciones utilizadas en el tramo.Cajón de cimentación.

Cajón de cimentación rectangular cuyas dimensiones en planta son variables teniéndose desde 9.5 m x 15 m hasta 12.5 m x 17 m, con un peralte de 5.5m.

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Zapata sobre pilas

Zapata aislada con un peralte de 2.20 m, desplantada a una profundidad de 3.40 m, cuya sección en planta es octagonal cuya dimensión de lados va desde 2.50 m hasta 3.0 m, apoyándose en 8 pilas de 80 cm de diámetro de concreto reforzado.

Zapata sobre roca

Para los mismos tramos mencionados en el apartado anterior, en donde la formación rocosa con calidad suficiente se localizó a una profundidad máxima de hasta 6.0m, se optó por utilizar como cimentación zapatas macizas apoyadas sobre una plantilla “dental” con f´c= 100kg/cm2 de espesor variable, la cual se describe a continuación.

Zapata aislada de cimentación cuya sección en planta es cuadrada de dimensiones variables que van desde los 7.40 m hasta los 7.60 m, el peralte del pie de la zapata es variable, teniéndose 2.15 m en el paño del dado mientras que en el extremo es de 90 cm. Se desplanta sobre un lecho rocoso a una profundidad de 3.40 m.

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SUPERESTRUCTURA PREFABRICADA.

La estructura de este tramo elevado con elementos prefabricados se empleó en los tramos Pueblo Culhuacán- San Andrés-Tomatlán-Lomas Estrella y Zapotitlán-Tlaltenco. Este tramo fue diseñado a base de elementos prefabricados en planta. La superestructura está formada por dos trabes “U” con dimensiones de 30m x 5.16mx 1.78m o trabes “W” de 30m x 5.16m x 1.78m.

Sección de superestructura prefabricada

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La subestructura es prefabricada en una sola pieza donde se integran zapata, columna y capitel, con las siguientes dimensiones aproximadas:

Zapata 3.90 x 2.90 x 1.80 m. Columna 2.20 x 3.20 x h = variable Capitel 5.00 x 3.90 x 0.35 m.

Sección de columna

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CIMENTACIÓN

Se emplearon dos tipos básicos de cimentación que se complementaron con el prefabricado monolítico de capitel, columna y zapata mediante un colado en sitio de liga, y que fueron:

Pilas coladas en sitio

Integradas por 8 elementos de 0.80m de diámetro y profundidad variable, empleadas en zona geotécnica de transición.

Celda estructurada

Integrada, en planta, por un cuadrado de 6.5m x 6.5m a base de muros Milán, desplantados entre 9.0m y 17.5.0m de profundidad.

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D) CRITERIOS DE DISEÑO

En esta sección se presenta las consideraciones de análisis y diseño, desarrollados para la revisión estructural de los elementos que forman el sistema de soporte (apoyos) de la pista de rodamiento y de trenes, para el Metro Línea 12 en su Tramo elevado. Además, de la obtención de las acciones para la revisión de la capacidad de la cimentación realizada por Mecánica de Suelos, se dimensionaron las secciones geométricas; se determinaron las acciones de cargas muertas, cargas vivas y sísmicas, de acuerdo a los lineamientos que se indican en el reglamento de construcción del DF; el modelo de análisis se idealiza un tramo de 400 m aproximadamente de la estructura; así mismo el análisis estructural considero la interacción suelo estructura.

La determinación de las acciones para cada caso de carga fue la base para definir las combinaciones de carga mas criticas, que definieron las dimensiones de los diferentes elementos estructurales que se tienen en el proyecto.

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Se considero como modelo de análisis sísmico un péndulo invertido en sentido transversal y marco en sentido longitudinal con articulaciones en el apoyo con la columna. Las cargas muertas y masas se distribuyen a lo largo de las trabes; para las cargas vivas se considera su posición mas critica a través de líneas de influencia. Se tomaron en cuenta los efectos tales como cabeceo sísmico, efectos debido a la carga viva móvil, tales como descarrilamiento, frenaje y aceleración, cabeceo del tren, etc., además de la interacción suelo estructura. La longitud idealizada es de 400 metros (para considerar apoyos de frontera) con apoyos móviles a cada 150 metros.

Para el efecto de cabeceo del tren se considero una carga horizontal, transversal al eje del metro, del 25% del peso de uno de los ejes por cada tramo de la estructura (sin impacto), aplicada 20 cm arriba del hongo del riel.

Los desplazamientos y reacciones en el cajón estructurado se calcularon mediante las acciones que rigen para esfuerzos permisibles del suelo, tomando la condición más desfavorable para cada dirección de la columna.

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El cajón estructurado se diseña por flexión y cortante combinados. Se considera que los elementos resistentes forman un cajón rígido que se conecta con la columna mediante la zapata.

Todas las consideraciones antes mencionadas de diseño fueron tomadas en cuenta y cumplen plenamente con los lineamientos que marcan los códigos y reglamentos que se citaron en este documento.

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4.-RESULTADO, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

El resultado de la revisión que realizó el CICM concluye que el Proyecto de Ingeniería Civil del tramo cerrado de la Línea 12 del Metro donde se presentó la problemática, cumple con el:

Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal. Normas Técnicas Complementarias. Normas Particulares Internacionales para Puentes Normas para cargas vehiculares de la SCT “Proyectos de Nuevos Puentes y Estructuras Similares”.Manual de Diseño de Obras Civiles de la CFE “Diseño por sismo” y “Diseño por viento”.Analysis and Design of Reinforced Concrete Bridge Structures del American Concrete Institute.American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington D.C. (AASHTO).Especificaciones para el Proyecto y Construcción de las Líneas del Metro de la Ciudad de México de la Comisión de Vialidad y Transporte Urbano (Covitur-Libro naranja).

Por lo que descartamos que el origen de la problemática de Línea 12 del Metro tenga que ver con el Proyecto de Ingeniería Civil.

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Recomendamos que como cualquier obra civil se revise, periódicamente y después de cualquier

evento extraordinario como pueden ser eventos sísmicos; que se le de su mantenimiento

preventivo tanto a la estructura metálica como a las estructuras de concreto reforzado y se

monitoreé que los asentamientos y deformaciones previstas desde su concepción se mantengan

dentro de los estados limites de servicio permitidos para obras de este tipo.

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Recomendación

ANÁLISIS Y RECOMENDACIONES PRELIMINARES MEDIDAS TÉCNICAS DE SOLUCIÓN INTEGRAL A LAS FALLAS DE LA LÍNEA 12 DEL METRO, EN EL VIADUCTO ELEVADO

• 2.- Obra electromecánica y trenes

Diagnóstico

Se considera que el haber realizado las contrataciones de la obra y del material rodante, por unidades administrativas diferentes, generó confusiones y problemas de coordinación.

Respecto al diseño y el trazo definitivo de las 22 estaciones, se considera que el trazo ideal para sistemas de transporte masivo con trenes de rueda metálica, e incluso de rueda neumática, es en línea recta; sin embargo, también se reconoce que ello no es posible por las condicionantes de un asentamiento urbano complejo y los altos costos de infraestructuras subterráneas, que además se enfrentan a la complejidad de miles de kilómetros de redes de servicios de todo tipo.

Por ello en la gran mayoría de metros del mundo, su trazo se adapta a las condiciones especiales de las ciudades y sus infraestructuras y edificaciones previamente construidas y se proyectan con curvas similares o de radios menores a los de la Línea 12.

• A. DE LA ESTRUCTURA DE LA VÍA:• 1. Se recomienda evaluar las condiciones

de operación del proyecto de las curvas simples, considerando una velocidad de operación fija, variando el peralte en función del radio que se trate, y con los cálculos necesarios de las variables radio de curvatura-peralte-velocidad.

Fórmula empleada para determinara la Velocidad en las Curvas

• Fórmula empleada: V = • a) Para radios de 200 m (curvas 11 y 12 de la línea 12 del Metro), peralte= 142 mm• b) Para radios de 300 m, peralte= 95 mm• c) Para radios de 400 m, peralte= 71 mm• d) Para radios de 500 m, peralte= 57 mm• e) Para radios de 1,000 m, peralte = 28 mm• f) Para radios de 1,400 m ó más, peralte= 20 mm (mínimo)• Todas las curvas circulares simples anteriores deberán de tener curvas clotoide de

longitud mínima = 30m, antes y después.• Además, en las curvas inversas 11 y 12 deberán de tener entre ellas una tangente mínima

(recta) de 30m.• g) Para las curvas 1 y 2 de la línea 12 del Metro.• Las curvas 1 y 2 tienen radios de 108 y 112 m (promedio 110 m), respectivamente y

deberán tener un peralte (h) = 40 mm, y la velocidad de operación deberá ser =20 km/h.

Datos ACTUALES de las curvas Velocidad a la que operaron los trenes Km/h

Diferencias de velocidades a

la que operaron de

inicio y la que deberían pasar,

km/h(b-a)

Diferencias de velocidades a 3

meses antes suspensión y la que deberían pasar, Km/h

(c-a)

Datos PROPUESTOS de las curvas

Radios (R)*

en m.

Peraltes (P)* en mm

Velocidadde proyecto a la que deberían

pasar los trenes (V) en

Km/h(a)

De inicio a la que

operaron los trenes

(b)

3 meses antes de la suspensión del servicio, cambiaron a

(c)

Radios (R), en m.

(d)

Peraltes (P), en mm

(e)

Velocidad (V) en Km/h

(f)

110 5 (sin peralte) 7

20 20 +13 +13

110 40 20

200 160 53 70 40 +17 -13 200 140 50

300 160 65 70 40 +5 -25 300 95 50

400 160 75 70 40 -5 -35 400 71 50

500 160 84 70 40 -14 -44 500 57 50

1000 160 119 70 40 -49 -79 1000 28 50

+1400 160 141 70 40 -71 -101 1400 20 50

TABLA 1. RESUMEN DE RADIOS, PERALTES Y VELOCIDADES DE PROYECTO ACTUALES Y DE PROYECTO PROPUESTAS.

Recomendaciones rodaduraRecomendación de rodadura dura o blanda según las características de la vía, así como en que superficies debe utilizarse balastro o en qué casos las vías deben estar sobre concreto.

• El diseño de una vía puede ser de dos maneras, vía sobre balasto o sobre placa (concreto).

• Sobre balasto es un diseño flexible • Sobre placa es un diseño de vía rígido• Ambos sistemas están aceptados por las Normas Internacionales. Hay normas

para cualquiera de los dos tipos. • Cuando se utiliza el diseño de vía sobre balasto, la rodadura del material rodante

que se recomienda es rueda rígida como la que actualmente están colocadas en los trenes de la L12.

• Cuando se utiliza un diseño en vía en placas suele utilizarse ambas, tanto como ruedas rígidas como elásticas, que tienen un bandaje de hule para evitar exceso de ruido o vibraciones. Esta solución se utiliza comúnmente en tranvías no en metros*.

• 2. Se recomienda instalar tapices (o esteras) elásticos de alta calidad (certificados por el fabricante) entre la losa de concreto hidráulico del viaducto y el balasto, para potenciar la capacidad reductora y disipadora de las vibraciones que se producen por el paso de los trenes.

Metro de Monterrey.- Tramo de vía sin balasto

• 3. A pesar de que se ha dicho que no es la causa, se sugiere sustituir el balasto que no cumpla con las especificaciones de dureza y granulometría requerida y darle la compactación adecuada, con un espesor de 35 cm.

• 4. Se deberá sustituir los durmientes rotos o que no cumplan con las especificaciones requeridas, instalándoles una base (o suela) elástica entre los durmientes y rieles, lo cual no lo detectaron las supervisoras.

• 5. Se deberá reperfilar los rieles (con la reperfiladora longitudinal importada recientemente), en el caso que cumpla el material con las especificaciones requeridas.

• 6. Se recomienda realinear horizontalmente la trocha de los rieles, en las curvas (con la ampliación máxima permitida).

• 7. Se deberá sustituir las nablas (elementos que sujetan a los rieles) rotas o que no cumplan los materiales con las especificaciones requeridas, incluyéndoles una base (o suela) elástica.

• 8. Se deberá sustituir los demás elementos fracturados o que no cumplan los materiales con las especificaciones requeridas, tales como: aparatos de vía, aparatos de dilatación, agujas de cambios de vía, contrarrieles, etc.

• 9. Se deberá reperfilar las ruedas metálicas de los trenes, en el caso de que el material de las mismas cumpla con las especificaciones requeridas.

1 millón Km c/rueda vida útil, + o - 150,000 Km reperfilado.

• 10. Se deberé lubricar los rieles, instalando lubricadores de pestaña en todos los trenes, y lubricadores fijos en los casos que se ameriten.

• 1. Se considera que el principal problema que originó la suspensión del funcionamiento de la Línea 12, en once estaciones, es el efecto del desgaste ondulatorio en vías, la deformación en ruedas y en instalaciones fijas.

• 2. Se considera que el desgaste ondulatorio, causal del problema en proceso de investigación, se deriva de acciones u omisiones, multifactoriales.

• 3. Es evidente, que uno de los factores fundamentales del acelerado proceso de desgaste ondulatorio, es la falta oportuna de mantenimiento predictivo, preventivo y correctivo.

Conclusiones Generales

• 5. Se confirma que el fenómeno del desgaste ondulatorio, es común en todos los sistemas de trenes de rueda metálica, en diferentes grados y condiciones, y por lo tanto se considera que es predecible y que existen amplias experiencias en diversos metros del mundo para su corrección y mantenimiento.

• 6. Otro de los factores relevantes, se considera que fue la puesta en operación en octubre de 2012, cuando se contaba solo con 18 de los 30 trenes.

7. Revisar y, en su caso, modificar la Ley de Obras públicas del DF, para que las responsabilidades, alcances y términos de referencia de las empresas de supervisión externa, tengan carácter vinculatorio, y no sólo sean coadyuvantes de la autoridad competente.

8. Se recomienda armar una agenda que modernice, transparente y eficiente la contratación de obra pública.

9. Se recomienda considerar la conveniencia de modificar el contrato actual de CAF, con la posibilidad de otorgarle al STC el mantenimiento de trenes, esto con la finalidad de que este organismo sea el que realice el mantenimiento integral en trenes y vías, como sucede en el tren suburbano y en otras donde una sola empresa lo lleva a cabo.

10. Se recomienda al GDF, no realizar contrataciones de obras públicas por el procedimiento de obras a Precio Alzado de no contar con un proyecto ejecutivo integral y todos los derechos de vía disponibles o autorizaciones necesarias, ya sean de orden Federal, del DF o vecinales.