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La Clave | Túneles y obras subterráneas
Experiencias adquiridas en la construcción de los túneles del corredor Cúcuta-Pamplona
El presente artículo muestra una síntesis de los trabajos de asistencia técnica realizados durante la construcción de los túneles de Pamplona, Pamplonita y La Honda, que están integrados dentro del corredor Cúcuta-Pamplona. Este corredor viario de Colombia nació con la idea de mejorar la accesibilidad de toda la zona, reduciendo los tiempos de viaje de los usuarios y facilitando la movilidad fronteriza entre Colombia y Venezuela. Geoconsult redactó para SACYR el proyecto constructivo de los túneles mencionados y asistió técnicamente a la constructora durante la fase de obra. Entre las actuaciones realizadas destacan el asesoramiento técnico durante la construcción y las actualizaciones del diseño de proyecto gracias al mayor reconocimiento de la zona a medida que el terreno iba siendo excavado. Dentro de este contexto, el artículo muestra el seguimiento efectuado, así como la gestión del proceso de toma de decisiones durante la fase de obra, que englobó retos constructivos singulares que merecen un tratamiento especial digno de mención.
Palabras clave: Asistencia técnica, auscultación, túneles, Colombia, emboquille.
This paper summarizes the Technical Assistance delivered during the construction of the Pamplona, Pamplonita and La Honda tunnels integrated within the Cúcuta Pamplona Corridor. This road corridor in Colombia was developed with the idea of improving the accessibility of the entire area, reducing travel times for users and facilitating border mobility between Colombia and Venezuela. Geoconsult drafted the construction project for the aforementioned tunnels for SACYR, and provided technical assistance to the construction company during the construction phase. Among the actions carried out, technical advice during construction stands out, as well as project design updates due to the increasing knowledge of the area as the ground was being excavated. Framed within this context, the paper shows the required follow-up, as well as the management of the decision-making process during the construction phase, which encompassed unique construction challenges and deserves a special treatment worthy of mention.
Keywords: Technical assistance, auscultation, tunnels, Colombia.
Germán Sampedro Feito
Civil Engineer (Numerical Modeling Dept.) en Geoconsult España Ingenieros Consultores.
Ero Vinicius Silva Espiña
Director Técnico en Geoconsult España Ingenieros Consultores.
Francisco J. Menéndez Sales
Ingeniero de Obras Subterráneas en Geoconsult España Ingenieros Consultores.
Francisco Robles Díez
Chief Operating Officer en Geoconsult España Ingenieros Consultores.
El presente artículo muestra una síntesis de la asistencia técnica proporcionada por Geoconsult durante la construcción realizada por SACYR de los túneles de Pamplona, Pamplonita y La Honda, que están integrados en el corredor Cúcuta-Pamplona perteneciente a la Agencia Nacional de Infraestructuras de Colombia.
En este contexto, a continuación, se presentan las principales actuaciones acometidas, así como las decisiones tomadas durante el desarrollo de las excavaciones.
Proyecto de construcción del corredor
El corredor vial Cúcuta-Pamplona
El corredor viario Cúcuta-Pamplona discurre en dirección N-S por el valle del río Pamplonita. Se trata del proyecto de infraestructura vial más importante del Departamento de Norte de Santander (Colombia) y nació con la idea de mejorar la accesibilidad de toda la zona, reduciendo los tiempos de viaje de los usuarios y facilitando la movilidad fronteriza entre Colombia y Venezuela.
Dentro de los trabajos realizados, que engloban numerosos viaductos y pasos elevados, se incluye la ejecución de varios túneles que permiten salvar las condiciones topográficas de la zona pertenecientes a las unidades funcionales UF1 (túnel de Pamplona), UF3 (túnel de Pamplonita) y UF5 (túnel de La Honda).
Trabajos realizados durante la asistencia técnica
Auscultación
En la construcción de túneles se avanza siempre con un cierto grado de incertidumbre debido a la dificultad de conocer con exactitud las características del terreno a atravesar antes de iniciar la excavación. A causa de la variabilidad del terreno, en los proyectos siempre se incluyen varios tipos de sostenimiento, debiéndose aplicar uno u otro según las características de la roca observadas en cada punto.
Evolución de convergencias de la cuerda de destroza en el portal de entrada del túnel de Pamplonita
Es aquí donde la auscultación desempeña un papel fundamental para comprobar en qué medida una tipología de sostenimiento es adecuada en un determinado tipo de roca, así como para evaluar el grado de estabilidad conseguido en la excavación y sostenimiento del túnel.
El análisis de la evolución de las convergencias medidas permite anticiparse a posibles problemas que pudieran devenir en el futuro, tomando medidas preventivas que permitan minimizar o anular estas deformaciones. Sin embargo, es importante concebir esta herramienta como la primera labor a realizar y la última que debe finalizarse.
En el caso de los túneles del corredor Cúcuta-Pamplona, este monitoreo de mediciones de auscultación se ha realizado de manera continua durante el período de construcción mediante el empleo de topografía eléctrica, así como de cintas extensométricas e inclinómetros.
Análisis de convergencias en la zona del portal de entrada del túnel de Pamplona
Comparativa sostenimientos instalados en los tres túneles del corredor
Por lo general, la distancia entre estaciones de convergencia instaladas fue de 10 metros, siendo la distancia en zonas más susceptibles de deformación de 5 metros.
El monitoreo de convergencias fue fundamental para tomar decisiones de optimización estructural. A modo de ejemplo, a la hora de disponer armado en el revestimiento del túnel de Pamplona, se realizó un estudio de las convergencias medidas durante la excavación del mismo. Todas aquellas secciones con un mejor comportamiento que el estimado en proyecto permitieron disminuir la cuantía de armado en el revestimiento, con la salvedad de las zonas de emboquille (recubrimientos inferiores a 30 metros) donde se optó por no optimizar el dimensionamiento.
Asesoría técnica durante la construcción
Durante el desarrollo de la asistencia técnica se llevó a cabo un proceso de asesoramiento a la constructora sobre cuestiones de todo tipo: sostenimiento, revestimiento, instalaciones, etc.
Entre las tareas realizadas destaca el recálculo de los diseños de sostenimiento para la optimización de los mismos en función de los datos en campo, el acompañamiento durante la obra para solucionar problemas que surgieron durante la ejecución, y las recomendaciones a futuro en función del avance de la obra.
Informes de seguimiento y de control
Se realizaron de manera periódica una serie de informes mensuales de seguimiento y de control de las excavaciones con objeto de garantizar el control y la calidad de las mismas. A medida que se iba avanzando en metros excavados durante la construcción, se fue realizando una evaluación del tipo de sostenimiento instalado, comparándolo con la longitud inicialmente prevista en la tramificación del proyecto.
En el ámbito general de los tres túneles, la mejor calidad de terreno encontrada, sobre todo en los primeros metros de excavación desde todos los portales, favoreció la instalación de sostenimientos menos pesados, haciendo que el cómputo global de metros ejecutados de sostenimientos medios fuese mayor.
Por otro lado, los rendimientos en metros/día se mantuvieron relativamente constantes en función del tipo de sostenimiento instalado.
Vinculado a este último concepto, se realizó también un seguimiento de los rendimientos globales de la excavación en todos los túneles. Las paradas inevitables durante la construcción (pandemia de coronavirus) o la priorización de otras labores (ejecución del anchurón entre el túnel principal y la galería de emergencia) hicieron que estos rendimientos disminuyesen algunos meses.
Aspectos a destacar
El grado de incertidumbre
La práctica totalidad de los proyectos de ingeniería civil implican asumir un cierto grado de incertidumbre en la fase de planificación (Sánchez et al., 2019) que, en ocasiones, y si su gestión no es apropiada, en la fase de construcción puede tener consecuencias graves en términos de plazos, costes, etc.
La gestión y el grado de incertidumbre en la construcción de túneles descansa en gran medida en la calidad del estudio geológico-geotécnico que se realiza durante la campaña de investigación del proyecto. Por ello, el grado de incertidumbre y su gestión fue una herramienta básica a la hora de enfrentar un proyecto de la envergadura del aquí estudiado, condicionando etapas durante la fase de construcción debido a la mejora del nivel de reconocimiento, entre otros, del terreno.
Rendimientos de sostenimientos ejecutados en el portal de entrada del túnel de Pamplona
Rendimientos globales de excavación en túnel de Pamplona
El reconocimiento del terreno
La importancia de la campaña de campo
Para el proyecto de construcción de cualquier túnel es de vital importancia conocer adecuadamente el terreno que se va a atravesar. De la calidad del terreno atravesado dependerá, entre otras cuestiones, el método de excavación, el tipo de sostenimiento a instalar, las medidas de impermeabilización y el trazado a realizar. Por ello, la campaña de campo para identificar el terreno en cuestión es una labor a la que ha de prestarse especial atención a fin de optimizar el diseño de la obra subterránea, abaratando costes que puedan sobrevenirse en el futuro como consecuencia de una mala caracterización del terreno.
En el corredor vial Cúcuta-Pamplona se realizó una campaña de campo que abarcó, entre otras cosas, estaciones geomecánicas, sondeos, ensayos Lugeon y Lefranc, prospecciones geofísicas, ensayos de laboratorio, etc.
La labor del geólogo y su criterio
A pesar de que el conocido como «criterio de experto» o «criterio geológico» presenta limitaciones obvias debido al grado de variabilidad e incertidumbre que se da en el terreno, la labor del geólogo resultó fundamental a la hora de contextualizar y enmarcar geológicamente los túneles del corredor.
Esta figura representó los cimientos sobre los que se asentaron posteriormente todos los cálculos y diseños de proyecto; además, siguió siendo indispensable durante las fases constructivas.
Durante las labores de asistencia, y gracias a la información facilitada por los frentes de excavación levantados, se reinterpretaron los perfiles geológico-geotécnicos realizados en fase de proyecto (véase figura 6).
También destaca la reinterpretación de las zonas de falla identificadas en el portal de salida del túnel de Pamplona y el análisis de las discontinuidades observadas (véase figura 7).
Comparativa de perfil geológico de proyecto vs perfil as built del túnel de Pamplona
Dirección y buzamiento de las juntas identificadas en el túnel de Pamplona
Anticipación en la toma de decisiones
La gran ventaja de haber participado en la construcción de tres túneles es que los problemas presentados en el primero se solventaron rápidamente en los restantes debido al conocimiento del terreno y a las experiencias acumuladas con anterioridad.
Esta filosofía de «anticipación» en la toma de decisiones se ejemplificó de manera notable en la galería de emergencia del túnel de Pamplona. Esta galería, paralela al eje del túnel principal, tuvo su frente de excavación por delante del principal durante la mayor parte de su construcción (véase figura 8). En consecuencia, y como la galería se excavó en el mismo material que el túnel principal, las condiciones del terreno y los condicionantes encontrados en la galería durante su excavación permitieron anticiparse en la toma de decisiones durante la excavación del túnel principal, donde se dieron los mismos condicionantes (puntajes RMR, tipo de sostenimiento instalado, convergencias, etc.).
La necesidad de tratamientos especiales
Con el empleo de hormigón proyectado, bulones y cerchas se logra el sostenimiento principal del túnel prácticamente en todas las calidades de roca. Sin embargo, cuando se atraviesan zonas donde el terreno es de peor calidad (fallas, presencia abundante de agua, roca muy fracturada, roca alterada, etc.), ese puede no ser suficiente con los elementos mencionados, siendo necesario recurrir al empleo de tratamientos especiales.
Seguimiento efectuado en túnel de Pamplona
Seguimiento de la excavación y tratamiento del túnel de La Honda en zona de vaguada
Durante las labores de ejecución del corredor Cúcuta-Pamplona, este tipo de tratamientos se usaron de forma puntual a fin de atravesar una zona concreta de terreno de peor calidad.
El túnel de La Honda, a su paso por la progresiva 13+515, atravesó una zona de vaguada que implicó la toma de medidas adicionales para evitar afecciones en superficie y filtraciones a la estructura debido a la escorrentía del cauce. Inicialmente, en la fase de diseño, se optó por realizar un tratamiento especial en dicha zona consistente en la ejecución de un sostenimiento pesado e inyecciones en la zona tratada, así como la impermeabilización de la quebrada mediante la aplicación sobre la misma de hormigón ciclópeo.
Ahora bien —ejemplificando de nuevo las actualizaciones que se dan en fase de obra debido al mayor reconocimiento del terreno—, una vez que el frente de excavación se fue acercando a la zona a tratar se evidenció que el tramo de 20 metros de longitud que se preveía iba a estar excavado enteramente en un depósito de terrazas no se manifestaría. Esto se debió a que este nivel de terrazas finalmente fue más superficial de lo esperado, haciendo que el túnel se excavase de manera completa sobre lodolitas limosas, un terreno de mejor calidad (véase figura 11). En consecuencia, la zona de tratamiento se efectuó en una longitud menor y los sostenimientos instalados finalmente fueron más ligeros (véase figura 9).
Caso de estudio: el portal de salida del túnel de La Honda
El portal de salida del túnel de La Honda merece un tratamiento de análisis en el presente artículo porque supuso aplicar una metodología de ejecución notablemente diferente a la establecida en el resto de los portales.
Debido a la orografía del terreno, no era posible construir el portal desde fuera, así que tuvo que realizarse el cale del túnel desde el frente de excavación del portal de entrada para, posteriormente, ejecutar el portal de salida.
Análisis de la problemática
A medida que se fue ejecutando el túnel desde el portal de entrada se identificó material detrítico de depósitos de terraza Qt2 a partir del p. k. 13+680, abarcando la sección completa del frente de excavación a partir del p. k. 13+700 (véanse figuras 13 y 14). En base a esta actualización y a la modificación del p. k. de salida del túnel, se requirió de un rediseño del portal.
Solución propuesta
La solución que finalmente se ejecutó hizo necesario generar una plataforma de trabajo exterior desde el interior de la excavación.
Portal de salida. Túnel de La Honda
Para poder ejecutar dicha plataforma y llegar al exterior desde el interior del túnel, se acudió al empleo de una galería auxiliar inscrita al túnel principal que permitió calar la obra subterránea. Posteriormente, esa plataforma de trabajo se amplió gracias a la generación de un taluzado en el lateral del portal que requirió un sostenimiento mediante anclajes.
Figuras 13 y 14. Galería auxiliar y plataforma de trabajo en el portal del túnel de La Honda (diseño Geoconsult vs. obra SACYR)
Las fases que conformaron el procedimiento constructivo de la solución son las siguientes:
- Excavación del túnel en avance hasta el inicio de la galería auxiliar.
- Ejecución de paraguas de micropilotes de galería auxiliar en el frente de excavación del túnel principal.
- Ejecución de la galería hasta cale exterior (figura 15) y plataforma inicial.
- Ampliación de desmonte en el frontal del túnel y ejecución de la pantalla frontal de micropilotes con viga de atado (figura 16).
- Ejecución del túnel principal hasta el exterior.
- Ejecución del relleno de la plataforma final.
Conclusiones
Las labores llevadas a cabo como parte de la asistencia técnica para SACYR en el proyecto del corredor Cúcuta-Pamplona han ejemplificado la importancia de un adecuado seguimiento durante la ejecución de cualquier tipo de obra civil de esta envergadura, entendiendo este desde las fases de diseño hasta la puesta en obra de las mismas.
En este artículo se han reseñado de manera somera las principales actuaciones acometidas, así como las conclusiones que se pueden obtener al respecto.
Agradecimientos
Los autores de este artículo desean expresar su agradecimiento a SACYR por permitir a Geoconsult participar en este proyecto tan importante para Colombia.