Sociedad Mexicana de

Ingeniería Geotécnica, A.C.

XXVI Reunión Nacional de Mecánica de Suelos

e Ingeniería Geotécnica Noviembre 14 a 16, 2012 – Cancún, Quintana Roo

SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.

Variación del confinamiento en anillos instrumentados de los tramos 1 y 2 del Túnel Emisor Oriente (TEO)

Variation of the confinement rings instrumented sections 1 and 2 of “Tunel Emisor Oriente” (TEO)

Luis Omar Sánchez Martínez1 y Juan Daniel Valencia Gaona1

1ICA, Construcción Especializada

RESUMEN: En este documento se presenta el comportamiento histórico registrado por las celdas de presión instaladas en los anillos instrumentados que conforman el revestimiento primario del túnel, evaluando las variaciones en el confinamiento de los anillos colocados en los tramos 1 y 2 del Túnel Emisor Oriente. Así mismo, se caracteriza y tipifica el comportamiento observado, de tal manera que permite interpretar los resultados obtenidos, relacionándolos con la cobertura y el tipo de suelo propios de cada anillo instrumentado.

ABSTRACT: This paper presents the historical behavior recorded by the pressure cells installed in the instrumented rings that form the primary coating of the tunnel, evaluating changes in the confinement of the rings placed on the sections 1 and 2 of “Tunel Emisor Oriente”. Likewise, characterize and typify the behavior observed, so that allows us to interpret the results, relating to coverage and soil type of each instrumented ring.

1 INTRODUCCIÓN

El Túnel Emisor Oriente (TEO) es un proyecto federal que abarca tres estados del país; su trazo comienza en los límites del Distrito Federal, cruza el Estado de México y termina en el estado de Hidalgo. El túnel tendrá una longitud aproximada de 62 km, dividida en seis tramos y conformada por 25 lumbreras, cuyas profundidades van de 25 a 15 m. El tramo 1 está conformado entre las lumbreras L-00 y L-05, mientras que el tramo 2 de las lumbreras L-05 y L-10.

El túnel tendrá un diámetro terminado de 7.0 m, por lo que su proceso constructivo consta de dos revestimientos: el primario, que se compone de anillos de dovelas de concreto reforzado colocados por el escudo EPB y el secundario o definitivo que será fabricado con concreto reforzado colado en sitio mediante cimbras telescópicas.

Dada la magnitud del proyecto resulta fundamental contar con un sistema de auscultación correspondiente con el trazo del túnel, tanto a nivel superficial como al interior del mismo, para asegurar el control de los puntos de mayor interés por su influencia en los trabajos constructivos del túnel, tales como son los cruces con el Gran Canal, ferroviarios y con avenidas principales, así como los diversos cambios piezométricos y estratigráficos. Es por ello que se ha decido colocar estratégicamente, en la etapa de construcción del revestimiento

primario, una serie de anillos instrumentados con deformímetros de acero, deformímetros de concreto y celdas de presión de tierra, en los ejes principales del túnel, como son hastiales, clave y cubeta.

Las celdas de presión de tierra que se utilizan en la fabricación de los anillos instrumentados de los tramos 1 y 2 del TEO, son en su mayoría celdas de presión con un rango de operación entre 0.7 y 1.0 MPa (Fig. 1).

Fig. 1 Instalación de una Celda de Presión

2 Variación del confinamiento en anillos instrumentados de los tramos 1 y 2 del Túnel Emisor Oriente (TEO)

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2 CONFINAMIENTO DEL TÚNEL

2.1 Monitoreo de las celdas de presión Actualmente la construcción de los tramos 1 y 2 del TEO se realiza con tres frentes de trabajo: el primero con un escudo EPB el cual ha completado el 100% de la excavación entre las lumbreras L-00 y L-3A. En el segundo frente se utilizó un escudo EPB con sistema de rezaga mediante banda transportadora entre las lumbreras L-05 y L-3A. Finalmente, entre las lumbreras L-05 y L-06 se tiene un escudo EPB con sistema de rezaga mediante bombeo.

De acuerdo con el avance al cierre de julio de 2012 se han instalado 34 anillos instrumentados en los distintos frentes de trabajo de los tramos 1 y 2, representando un total de 136 celdas de presión instaladas entre las lumbreras L-00 y L-06, tal y como se muestra en la Tabla A.

Cabe hacer notar que el monitoreo de los primeros anillos instrumentados colocados en el túnel inició en noviembre de 2009, por lo que al día de hoy se cuenta con un amplio historial de lecturas.

Con la finalidad de simplificar y aprovechar la mayoría de los datos generados durante el monitoreo de las celdas de presión, se han calculado y graficado los valores promedio, mínimo y máximo de los anillos instrumentados con mayor historial de datos. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla B, así como en las gráficas particulares de cada punto analizado como son clave, cubeta y hastiales (Figs. 2 a 5).

Tabla A. Relación de anillos instrumentados instalados en los tramos 1 y 2 del TEO.

Tramo

N° de Anillo en Túnel

Cadenamiento Fecha de Instalación

Posición instalada

(L-00 L-1A)

17 0+029.37 26/11/2009 U-01

37 0+059.37 20/12/2009 U-01

38 0+060.84 21/12/2009 U-06

55 0+086.37 27/12/2009 U-08

80 0+124.650 09/01/2010 U-08

98 0+151.637 12/01/2010 U-08

163 0+249.309 06/08/2010 U-08

275 0+417.595 22/09/2010 U-01

704 1+062.212 29/01/2011 U-01

803 1+210.815 21/02/2011 U-01

1339 2+024.913 09/05/2011 U-01

1589 2+391.434 04/06/2011 U-01

(L-1A L-03)

35 2+807.867 24/09/2011 U-01

297 3+201.476 25/10/2011 U-01

487 3+486.920 11/11/2011 U-01

1037 4+313.097 03/01/2012 U-01

1196 4+552.023 15/01/2012 U-01

1555 5+091.448 24/02/2012 U-01 (L-03 L-3A) 47 5+472.043 19/06/2012 U-01

(L-04 L-3A)

416 7+579.74 19/07/2012 U-07

170 7+984.68 27/06/2012 U-07

70 8+098.98 12/06/2012 U-07

(L-05 L-04)

1069 8+439.51 11/04/2012 U-07

755 8+911.37 03/03/2012 U-07

600 9+143.94 09/02/2012 U-21

239 9+687.30 13/10/2011 U-07

46 9+976.80 22/08/2011 U-21

(L-05 L-06)

51 10+135.290 05/11/2010 U-01

87 10+189.260 13/11/2010 U-08

159 10+297.200 08/12/2010 U-08

370 10+613.878 31/12/2011 U-01

474 10+770.080 16/02/2012 U-08

673 11+068.950 31/05/2012 U-01

771 11+216.964 11/07/2012 U-01

892 11+398.750 01/08/2012 U-01

SANCHEZ L. et al. 3

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Tabla B. Presiones registradas en los tramos 1 y 2 del TEO.

4 Variación del confinamiento en anillos instrumentados de los tramos 1 y 2 del Túnel Emisor Oriente (TEO)

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Figurta 2. Presión registrada en la clave del túnel.

Figura 3. Presión registrada en la cubeta del túnel.

Figura 4. Presión registrada en el hastial derecho del túnel.

Figura 5. Presión registrada en el hastial izquierdo del túnel.

2.2 Confinamiento Teórico De acuerdo con los criterios de diseño de soporte de un túnel, la clave se encuentra sometida a un esfuerzo total σ el cual es el producto de la cobertura H, medida desde la superficie hasta la clave del túnel y el peso volumétrico de los materiales que conforman la cobertura en cada sección analizada. Sin embargo, existen diversos criterios de acuerdo con el tipo de suelo donde se ubica, a las condiciones piezométricas del entorno y a su cobertura, por lo que se considera que en la zona de la clave se tiene una redistribución de esfuerzos variable entre 1.7 y 2 veces el diámetro del túnel.

En la (Fig. 6) se muestra la comparativa entre los valores de presión obtenidos mediante las celdas de presión y los esfuerzos teóricos actuantes en la clave del túnel.

Figura 6. Esfuerzo total y presión registrada en la Clave del túnel

Como se observa en la Fig. 6, la información del monitoreo de las celdas de presión indica que los esfuerzos son menores al teórico. Sin embargo, para el caso inicial entre las lumbreras L-00 y L-1A donde se tiene la menor cobertura y la presencia de suelos muy blandos -arcillas y limos de alta a mediana

SANCHEZ L. et al. 5

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compresibilidad- se presentan presiones similares al esfuerzo total calculado. Por otro lado, en suelos firmes a pesar de que incrementa la cobertura del túnel se presenta el efecto de la redistribución de esfuerzos.

2.3 Influencia de la excavación del túnel Con los valores obtenidos de las celdas de presión ubicadas en la clave del túnel se estima la cobertura de influencia real H’ para cada anillo instrumentado colocado en los tramos 1 y 2 del TEO.

Una vez conocida la cobertura de influencia real H’ se compara con el diámetro de la rueda de corte propio de cada máquina tuneladora (8.74 m y 8.93 m). Esta comparación se hace con la finalidad de conocer la equivalencia en diámetros del área de influencia que provoca la excavación del túnel; dicha área también es conocida como la zona de plasticidad. Los resultados obtenidos de este análisis se presentan en términos del diámetro de la excavación “Ø” para los distintos subtramos y tipos de suelos, en la Tabla C. Tabla C. Influencia de la excavación del túnel en los tramos 1 y 2 del TEO.

Tramo Influencia Ø túnel Suelos

L-00 a L-1A 1.5 a 1.8 Muy blandos a firmes

L-1A a L-03 1.7 a 2.0 Intercalación blandos y firmes

L-05 a L-04 0.2 a 1.0 Firmes (Tramo 1)

L-05 a L-06 0.6 a 1.9 Firmes (Tramo 2)

2.4 Conclusiones En los suelos blandos altamente compresibles encontrados en la excavación entre las lumbreras L-00 y L-1A se registran valores en sus celdas de presión muy parecidos a los esfuerzos esperados, es decir que se tiene la carga total del suelo. Sin embargo, conforme se continúa con el avance de la excavación hacia la lumbrera L-06 y se incrementa la cobertura real H, el suelo excavado es más firme y las celdas registran presiones menores a los esfuerzos totales calculados, con influencias entre 1.0 y 2.0 veces el diámetro de excavación del túnel.

Realizando un promedio general, con todos los datos obtenidos de las celdas de presión en cada uno de los puntos correspondientes con los ejes principales del túnel, se tienen presiones de 14.05 t/m2 en Clave, 16.53 t/m2 en Hastial Izquierdo, 16.48 t/m2 en Hastial Derecho y 14.33 t/m2 en Cubeta, lo que evidencia la presencia de un confinamiento sensiblemente uniforme en el túnel.

Este tipo de información debe revisarse detalladamente y difundirse adecuadamente para aplicarse y optimizar futuros diseños de túneles con condiciones geotécnicas y geométricas similares.

REFERENCIAS

Das Braja M. (2006). “Principios de ingeniería de cimentaciones”, ed. Thomson, p. 9.

Geokon (2008). “Manual de instrucción de celdas de presión de tierra”, mod. 4820.

ICA (2009 – 2012). “Reportes de instrumentación TEO tramos 1 y 2”.

COMISSA (2011). “Modelo estratigráfico de los tramos 1 y 2 del Túnel Emisor Oriente”