Diseno Construccion Metro Bogota

ESCUELA COLOMBIANA DE

INGENIERIA

Bogotá, 14 de Octubre, 2011

CONDICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL METRO DE BOGOTA

HECTOR SALAZAR BONILLA INGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D. EN TUNELES

Contenido

1. Introducción

2. Antecedentes históricos

3. Estudios para túneles

4. Diseño de túneles en función de su método

constructivo.

5. Principales métodos constructivos.

6. Conclusiones.

Diseño y construcción del Metro de Bogotá, Octubre 14 de 2011

1. Introducción

1.1. Metros del mundo

Los Metros son obras que se desarrollan en un entorno urbano que

preferencialmente se han construido con el uso de túneles. Para el

año 2010 hay en operación 177 Metros en el mundo, de los cuales

Estados Unidos tiene en 29 ciudades, Alemania tiene en 18, Japón

tiene en operación 12 sistemas Metropolitanos, le sigue China que

tiene 10 ciudades con Metro y Rusia con 8. En 1970 existían 40

sistemas Metro en el mundo, teniendo un promedio de 3.5

sistemas que entran en operación cada año. Los últimos Metros

fueron inaugurados en Chengdu y Shenyang (China) hace muy

pocos meses.


1.2. Primer Metro

El Metro de Londres (London Underground) entró en

operación el 10 de enero de 1863, fue el primer

sistema ferroviario que utilizó locomotoras eléctricas

en 1890, actualmente tiene 11 líneas, 270 estaciones,

más de 400 km de longitud y es el segundo más grande

del mundo. En promedio moviliza 3 millones de

pasajeros por día. Continua su construcción.

1. Introducción


1.3. Metro más grande del mundo

El Metro de Shangai (China) es el más grande del

mundo, fue inaugurado en 1995, en 15 años han

entrado en operación 12 líneas, 269 estaciones y más

de 428 km. Diariamente moviliza más de 7 millones de

pasajeros. Continua en construcción y para el 2020

tendrá 22 líneas y más de 870 kilómetros de vías.

1. Introducción


1.4. Metro más espectacular

El Metro de Moscú fue inaugurado en 1935, actualmente

tiene 12 líneas, 182 estaciones y mas de 300 km de

longitud. Se le denomina el museo más grande del mundo

por la arquitectura especial de cada una de sus estaciones.

Es el segundo de mayor uso en el mundo con un promedio

de 6,9 millones de usuarios por día y un máximo de 9

millones diarios. Continua su construcción.

1. Introducción




Sobre el Metro de Bogotá se están desarrollando estudios y

diseños desde 1950 cuando el alcalde Fernando Mazuera

eliminó el sistema de tranvías de la ciudad. Los últimos

estudios y diseños los elaboró el grupo Ingetec – Bechtel en

1996 – 1997. En el 2009 el grupo Sener – TMB presentó el

estudio conceptual de la primera línea del Metro (PLM) el

cual se encuentra actualmente en discusión técnica y

política, antes de adjudicar la fase de ingeniería básica

avanzada para la licitación. Diseño y construcción del Metro de Bogotá, Octubre 14 de 2011

1981

FASE I

LINEA METRO

FASE II

Población: 3.537.292

ESTUDIO PARA LA FACTIBILIDAD Y REALIZACION DE UN SISTEMA DE

TRANSPORTE MASIVO PARA BOGOTA - ALCALDIA MAYOR DE BOGOTA D.E.

INECO-SOFRETU - CONSULTORIA Y SISTEMAS



REHABILITACION

SISTEMA FERREO


REHABILITACION DEL SISTEMA FERREO DE LA SABANA DE BOGOTA PARA ADAPTARLO AL

TRANSPORTE MASIVO DE POBLACION - MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS Y TRANSPORTE

PROPUESTA INTERMETRO SPA

1988



SISTEMA DE TRONCALES

BUS


1991



Diseño y construcción del Metro de Bogotá, Noviembre 4 de 2010

LRT

METRO

SISTEMA

BUS


PROPUESTAS PARA UN SISTEMA DE TRANSPORTE MASIVO

BAJO EL ESQUEMA DE CONCESION TOTAL

EVALUADORES: ALCALDIA MAYOR DE BOGOTA Y HALCROW FOX INC.

1994




Red de Troncales de Transmilenio

2006





Red de Troncales de Transmilenio

2010




Proyecto 894 14

Fase IV

Calle 170

Calle 145

Calle 114

Calle 88B

Calle 72

Calle 26

Sabana

La Caro

Fase II

Fase III

Carrera 30

K5

Av. Boyacá

Cartagenita

Fase I

Terminal

Calle 165 Calle 153

Calle 134

Calle 127

Calle 200

Calle 63

Caserío

Planta de Soda

Urbanización Amarillo

Catam

Acceso Funza

El Corzo

Ciudad de Cali



Tren de Cercanías 2010



2015 (Región Capital)


El diseño de túneles para Metros incluye en general: La determinación de la distribución geométrica de las estructuras subterráneas, es decir el alineamiento horizontal y vertical de los túneles, la localización y la dirección del eje de las estaciones o cavernas y la selección del sistema de túnel. La definición de la forma y tamaño del perfil (sección transversal del túnel), incluyendo la tipología túneles de doble vía con estaciones de andenes laterales, o túneles de una vía con estaciones de anden central. La selección del tipo de excavación (excavación a sección completa o en varias secciones), secuencia de las etapas de excavación a lo largo del eje del túnel), las medidas de soporte temporal o definitivo, así como de las medidas auxiliares de construcción tales como drenajes, o mejoramiento del subsuelo



3.1. FASE CONCEPTUAL

El alcance del diseño conceptual es seleccionar

o confirmar el alineamiento del túnel y

suministrar al cliente la información necesaria

para el proceso de toma de decisiones.

Los aspectos relacionados con el alineamiento

particular del túnel y su construcción son

resaltados e investigados en detalle.



3.2. PREFACTIBILIDAD (DISEÑO PRELIMINAR)

Se refina el diseño conceptual del

alineamiento del túnel con base en un

detallado estudio geológico, geotécnico e

hidrogeológico. Se elabora el Estudio de

Impacto Ambiental. Se focaliza el estudio en

los aspectos legales de los recursos de agua,

forestales, sociales, prediales, ambientales.

El objetivo es obtener la aprobación de las

autoridades competentes para construir el

túnel.



3.3. FACTIBILIDAD O DISEÑO DE LICITACION

El objetivo de este diseño es detallar los

trabajos con el fin de que sea factible tener el

presupuesto de cada actividad del trabajo.

Se elaboran los documentos contractuales,

planos, especificaciones, cantidades de obra y presupuesto.



3.4. DISEÑO FINAL

• El alcance es detallar los trabajos descritos en

los documentos de licitación de tal forma que

puedan ser construidos de una manera

económica, estructuralmente segura, bien

dimensionada y funcional.

• Se elaboran planos de construcción y planos

de taller. Se ajustan los presupuestos y

cantidades finales.

• Este diseño se ajusta durante construcción con

los datos reales de terreno y medición de su comportamiento.



Fase de diseño Estimaci ón de costos

Objetivos M étodos

Diseño Conceptual

1. Estimaci ón preliminar de riesgos geot écnicos

2. Estimaci ón preliminar de costos y programación de construcci ón

Selecci ón de Corredor

Comparación de

cos t o s relativos

1. Ajuste de estimaci ón de riesgos geot écnicos

2. Ajuste de estimaci ón preliminar de costos programación de construcci ón

Estudio de gabinete

Documentos de proyecto disponibles

Antecedentes geol ógicos y mapas

Im agenes aéreas y satelitales

Mapas topogr áficos

Reconocimiento (mapeo) de terreno

Selecci ón del trazado

1º Estimaci ón

costos

1. Evaluaci ón geot écnica y comparación de corredores de trazado

2. Evaluaci ón de la arquitectura geol ógica general y de los tipos b ásicos del subsuelo

3 . Análisis de riesgos geot écnicos de los trazado s seleccionado s

Diseño de

Prefactibilidad

1. Elaboración de un modelo geot écnico preliminar , evaluaci ón general del comportamiento del subsuelo y m étodos de construcci ón

2. Evaluaci ón de las condiciones de agua subterr ánea y la interacción agua – construcci ón de t úneles

3. Evaluaci ón geot écnica de la rezaga excavada (posibilidades de reciclaje) y de los botaderos

R e c o n o c i m i e n t o g e n e r a l de l os corr e dor es de trazado

Estudio selectivo de a floramientos ( definición de tipos b ásicos de Subsuelo y est imaci ón de c ampo de propiedades mec ánicas , ej. GSI)

Mapeo ge o l ógico de á reas escogidas se lectivamente e investigaci ón selectiva del subsuelo ( si es apropiado, perfiles geof ísicos, sondajes con extracción testigos )

Evaluaci ón estad ística y probabil ística b ásica de la informaci ón

Adquisición de información hidrogeol ógica e hidrol ógica (ma p eo monitor eo ) y registro



Fase de diseño Procedimien tos legales

Estimación de costos

Objetivos Métodos

Diseño de

Evaluac ión de Impacto Ambiental

y

Emisión Decreto de Trazado del

Túnel

2º estima - ción de costos

1. Evaluación detallada de la arquitectura

geológica

2. Caracterización del macizo en términos

geotécnicos, hidráulicos e hidrogeológicos

3. Definición de tipos de subsuelo

relevantes y evaluación de su

distribución

Evaluación de factores de influencia

(tensiones, agua subterránea,

cinemática)

4. Estimación del comportamiento de los

tipos de subsuelo

Estimación del comportamiento del

sistema subsuelo/So porte/Excavación

5. Análisis de riesgo geotécnico asociado

a los métodos de construcción

Mapeo geológico general de áreas del

proyecto, escala al menos 1:5.000

Mapeo geológico de detalle en sectores de

portales o accesos intermedios,escala al

menos 1:1.000

Especificación, ejecución y evaluación de

investigaciones sub - superficiales (apiques,

sondeos, pozos, túneles piloto, perfiles

geosísmicos); ensayos in - situ y de

laboratorio

Continuación de la s investigaciones

hidrológicas e hidrogeológicas

Elaboración de modelos 3D (geología,

geotecnia, condiciones de agua

subterránea); modelos analíticos y

numéricos, como también, probabilísticos

Fase de diseño Procedimien tos legales

Estimación de costos

Objetivos Métodos

Diseño de Licitación

/

Diseño de Detalle

Proceso de evaluación de ofertas

3º estima - ción de costos

Cálculo de Costos

Definitivo

1. Evaluación detallada de los plazos y

costos de construcción (rendimientos de

excavación, métodos y secuencias de

excavación, fortificación) y contrato de

construcción

Revisi ón , mayor detalle y

actualizaci ón de los modelos

Aplicación de m étodos estad ísticos y

probabilísticas mejorados

Factibilidad



Fase de diseño Procedi mien

tos l ega l es

Estimaci ón

de costos

Objetivos M étodos

Dise ño Final / Construcci ón

Procedi -

miento de

adjudicaci ón

Monitoreo

de costos

1 . Pron óstico de corto plazo para

optimizaci ón de la construcci ón basada

en un a continu a actualizaci ón del

modelo Del subsuelo pronosticado ,

en funci ón de las condiciones reales

Adquisición de información geol ógico -

geot écnica y de construcci ón (mapeo del

frente, consumo de explosivo, rendimiento

de avance, capacidad de perforaci ón , etc.)

Monitoreo geot écnico y de deformaciones y

su evaluaci ón

Evaluaci ón del comportamiento del sistema

Extracción de testigos, pruebas, ejecución

de ensayos de laboratorio e in - situ, si

necesario

Investigación anticipada a la excavación , si

necesario (geof ísica, sondeos

explorato rios, etc.)



4. Diseño de túneles

4.1. Estudios de demanda

4.2. Estudios topográficos

4.3. Estudios geológicos, geotécnicos e hidrogeológicos

4.4. Estudios ambientales

4.5. Estudios sociales

4.6. Estudios de redes de servicios públicos

4.7. Estudios prediales



2015 (Región Capital)







- Recopilación y análisis de la información previa

disponible

- Cartografía geológica, geotécnica e hidrogeológica

detallada escala 1:1.000 para túneles interestación y

1:500 en zona de estaciones, pozos, galerías.

- Generación de un modelo digital tridimensional del

terreno




- Campaña geológica y geotécnica para el Metro

- Ejecución de sondeos mecánicos con extracción de núcleos. - Ejecución de apiques manuales y mecánicos. - Toma de muestras inalteradas y parafinadas. - Identificación, preparación, conservación y envío al laboratorio de las muestras obtenidas. - Ejecución de ensayos de penetración estándar (SPT). - Ejecución de ensayos de veleta de campo (SVT) y

ensayo con penetrómetro de bolsillo.




- Campaña Geológica y Geotécnica para el Metro - Ejecución de ensayos de penetración dinámica tipo Borros y DPSH. - Ejecución de ensayos de piezocono estándar y sísmico (CPTU y SCPTU). - Ejecución de ensayos de Presiómetro (PMT) y Dilatómetro (DMT). - Ensayos de carga con placa. - Ensayos de permeabilidad tipo Lugeon y Lefranc. - Instalación de piezómetros de tubo abierto tipo Casagrande. -Medición y registro de niveles freáticos.




- Campaña de exploración geofísica para el Metro

- Sondeos eléctricos verticales (SEV) y sondeos electromagnéticos (SEDT). - Líneas de reflexión y refracción sísmica. - Ensayos Down-Hole. - Tomografía eléctrica y sísmica. - Prospecciones con GPR y análisis espectral de ondas de superficie SASW.




- Campaña Geológica y Geotécnica para el Metro de Bogotá




- Campaña Geológica y Geotécnica para el Metro de Bogotá

- Promedio una perforación cada 80 metros (COP2.500´)

- Líneas sísmicas para menos del 50% del trazado ( COP200´)

- Apiques cada 120 m ( COP 50´)

- Ensayos in situ ( COP500´)

- Ensayos de laboratorio ( COP500´)

- Inversión total en investigaciones geotécnicas aproximadamente 2 (dos

millones de dólares) que respecto a la inversión total es menos del 1

por mil.

- La ingeniería básica avanzada se realizará con 1/3 de esta campaña




- Metro de Málaga, Línea 1




- Metro de Barcelona, Línea 9




- Metro de Barcelona, Línea 9









Métodos de acuerdo con la fase de diseño

- Métodos empíricos en fase de prefactibilidad (RMR –

Bieniawski, Q –Barton)

- Métodos analíticos en fase de pre y factibilidad

(Convergencia – confinamiento)

- Métodos numéricos en fase de factibilidad para

licitación y diseño final para construcción ( Elementos

Finitos, Elementos Frontera, Elementos Discretos,

Híbridos)



Modelación numérica excavación convencional (Barcelona, 9)



Modelación numérica excavación convencional (Barcelona, 5)



Modelación numérica con tuneladora (Barcelona, 9)



Modelación numérica con tuneladora (Barcelona, 9)



Tipología de túneles para el Metro de Bogotá









5. Métodos constructivos

5.1. Cut and Cover (Corte y Cobertura)

5.2. Construcción convencional (NATM)

5.3. Excavación entre pantallas

5.4. Construcción con tuneladoras

- TBM (Tunnel Boring Machine)

- Escudo (Shield)

- EPB (Earth Pressure Boring Machine)











5.2. Construcción convencional (NATM) en Metros

- Túneles interestación

- Estaciones

- Galerías de Acceso Peatonales

- Pozos de Construcción

- Obras subterráneas de servicios (ventilación,

eléctricos, drenaje, mantenimiento)





)



Aplicaciones del Método NATM en Chile Metro de Santiago – Túneles Interestación Línea 5: 1° Túnel

construido en forma

subterránea EPL5, ENL2 & ESL2:

Túneles construidos y en

operación desde 2005

Extensión al Centro de la

Línea 5: Túneles de

doble revestimiento




- Túneles interestación (Santiago, Barcelona)




- Estaciones (Santiago)




- Estaciones (Santiago)




- Estaciones (Metro de Sao Paulo, Línea 4)




- Estaciones (Metro de Barcelona, Línea 5)



Aplicaciones del Método NATM en Chile

Metro de Santiago – Túneles de Estación

Antes de demoler

paredes temporales

Después de demoler

paredes temporales




- Galerías de Acceso Peatonales (Sao Paulo)











5.4. Construcción con tuneladoras (Metro de Barcelona)

- Estaciones



5.4. Construcción con tuneladoras (Metro de Barcelona)

- Estaciones



5.4. Construcción entre pantallas

- Túneles de estación (Sao Paulo)




- Túneles de estación (Madrid)




- Túneles de estación (Metro de Málaga, Línea 1)




- Túneles interestación (Metro de Málaga, Línea 2)











6. Conclusiones 1. Para el diseño y construcción de los túneles para el Metro de Bogotá los

estudios geológicos, geotécnicos e hidrogeológicos a contratar parecen ser

insuficientes, lo cual incrementa el riesgo de construcción, de sobrecostos y

mayores plazos de ejecución.

2. Para el diseño de las obras subterráneas se deberán usar métodos numéricos

bi y tridimensionales basados en modelos geológicos, geotécnicos e

hidrogeológicos igualmente bi y tridimensionales.

3. La definición del método constructivo depende de las condiciones de cada

tipo de terreno en el cual se excavaran las obras subterráneas. Se debe

pensar en el uso de TBMs tipo EPB, método convencional (NATM),

construcción entre pantallas y posiblemente cut and cover. Esto permitirá

una mayor participación de la Ingeniería Nacional.


ESCUELA COLOMBIANA DE

INGENIERIA

Bogotá, 14 de Octubre, 2011

CONDICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL METRO DE BOGOTA

HECTOR SALAZAR BONILLA INGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D. EN TUNELES

CELULAR: 321 – 4294550 CORREO: [email protected]

www.geoandina.net

mailto:[email protected]

http://www.geoandina.net/

Documents

Diseno Construccion Metro Bogota