Geología Aplicada. 4to Semestre UNEFA

Axel Maldonado Fernando Orozco

1 Caso: Construcción de túnel sobre suelo deslizante.

Anteproyecto de la obra: Túnel Orozco-Maldonado 2220, “O&M 2220”

Tipo de Construcción: Túnel vial y ferrovial.

El Túnel Orozco-Maldonado 2220 está ubicado estratégicamente entre la capital en los valles de Caracas y el puerto marítimo y aeropuerto más importante del país ubicados en La Guaira, Venezuela. El proyecto consiste en la realización de un túnel vial y ferrovial que genere un acceso directo, a través del renombrado cerro el Ávila, facilitando el tránsito de carga, vehículos livianos y personas particulares entre las ciudades más importantes y congestionadas de Venezuela. Se estima que con el proyecto del túnel, se reduzca el tiempo del trayecto de 55 minutos sin contemplar horas picos, a tan solo 15 minutos desde la capital al litoral. Se tiene la expectativa de que, aun contando con complejas dificultades geológicas, que demandan detallados estudios y enormes gastos, la obra podría ser concretada en el año 2020.

Al respecto, nuestra constructora Orozco & Maldonado Internacional Solutions, tiene conciencia del hecho, de que la construcción de la obra enfrenta dos problemáticas geológicas que hacen de este túnel represente los retos esenciales: el de su ejecución técnica y el de su prospección futurística. En ese sentido, el mismo adquiere su nombre Orozco-Maldonado 2220 o en siglas “O&M 2220” debido a que se espera que el túnel continúe en total vigencia y uso por más de doscientos años, siendo una solución tecnológicamente factible para una ciudad capital de alta expansión poblacional, con poco espacio y con una gran cadena montañosa que la separa de la costa.

El proyecto contempla dos secciones independientes de túneles realizados exclusivamente por una tuneladora de escudos de frente cerrado de bentonita o hidroescudos, que solventa en gran parte las afectaciones geológicas, así como una sección de protección interna más amplia y un túnel de acceso de servicios, mantenimiento, emergencias y seguridad. También están proyectados centros de acopio para la repartición de la carga pesada, así como un sistema de estaciones para facilitar el acceso de personas hacia y desde el aeropuerto, puerto, zonas industriales, áreas comerciales y recreacionales de las regiones central costera y capital.

Plano del proyecto, imágenes satelitales de google 2016. Imagen Eurasia, Turquía. Diseño base del Túnel

O&M 2220.

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Axel Maldonado Fernando Orozco

2 Caso: Construcción de túnel sobre suelo deslizante.

La proyectada construcción del túnel Orozco-Maldonado 2220 ha sido de vigorosa polémica en medios nacionales e internacionales, ya que, aun cuando es de enorme importancia para el crecimiento del país y para el bienestar de sus ciudadanos, muchos dudan que las dificultades del proyecto y los elevados costos hagan imposible su efectiva realización en los plazos de tiempo programados, sin el riesgo de emergencias previas o posteriores. Por otra parte, Orozco-Maldonado Internacional, garantiza terminar la construcción y solventar las dificultades técnicas en el plazo establecido hasta el 2020, certificando la capacidad de realización eficaz de los túneles más importantes de la nación, con los estándares de seguridad requeridos, según las condiciones encontradas.

Entre las problemáticas más relevantes a solucionar está el señalamiento de dos potenciales afectaciones geológicas generales: La primera donde la estructura del túnel vial y ferrovial es firme y se encuentra sobre suelos deslizantes de alto peligro y para hacer el proyecto inclusive más demandante, la segunda problemática es que el mismo, atraviesa un área de falla rumbo horizontal altamente activa encontrada recientemente en el Waraira Repano denominada la falla del Ávila.

Venezuela ya tiene experiencia de suelos deslizantes en el Waraira Repano, sobre todo en la cara norte que colinda con La Guaira. Los deslaves del año 1999 causaron una de las catástrofes más grandes jamás vividas en la región, aparte de los suelos húmedos en el centro del Ávila que por los antiguos lagos del valle y ríos subterráneos que albergaba, facilitan en efecto la licuefacción del terreno. Se sabe que existen también experiencias previas de sismos de gran magnitud como el gran sismo de caracas del año 1967 que es un recordatorio del trabajo que tenemos los ingenieros por delante para disminuir los riesgos de la obra, más aun atravesando la falla rumbo deslizante del Ávila con un túnel tan majestuoso y de tan gran magnitud.

Plano relieve del proyecto, imágenes satelitales de google 2016

Terremoto de caracas 1967

Deslave de Vargas 1999

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3 Caso: Construcción de túnel sobre suelo deslizante.

La primera de las grandes afectaciones geológicas generales es referida a la inestabilidad de suelos

de alto riesgo. Más aun, cuando los suelos son deslizantes en las bases que sostienen al túnel y de

igual manera, siendo deslizantes en las elevadas montañas de las bocas de salida y entrada del túnel,

poniendo en riesgo no solo la estructura, sino también provocando afectaciones colaterales como la

falta de oxígeno dentro del túnel y el bloqueo de las rutas de escape ante cualquier eventualidad

natural.

Los suelos deslizantes encontrados en las bases céntricas del majestuoso Ávila son, sin duda

alguna, la mayor afectación permanente a considerar a la hora de la realización de un túnel. La

existencia de antiguos ríos internos del Waraira Repano, la cercanía a las costas del litoral y el

antiguo lago que describe la cuenca endorreica del valle de caracas, hacen que esta afectación

geológica sea de mayor relevancia generando suelos blandos y deslizantes que fueron en la

antigüedad, fondos del lago. Se tiene que prever que cualquier hundimiento del suelo por el peso de

la estructura del túnel pueda resultar catastrófico para la construcción.

También se consideran previsiones ante los deslizamientos comunes en las faldas del

Waraira Repano, su gigantesco volumen, más las frecuentes lluvias que azotan el litoral costero

hasta por seis meses al año, aunado a la gran densidad poblacional que hace vida en el cerro, en

actividades de progresiva desforestación y sin buena canalización del agua, contribuyen a la perdida

de la retención hídrica natural de los suelos, consecuentemente son factores a considerar en el

diseño. Estos son factores que generan suelos altamente deslizantes, de rápida licuefacción y que

causan constantes deslaves, por tanto hay que controlar sus efectos en la obra para evitar que

afecten significativamente al túnel O&M 2220.

La segunda afectación está referida a la falla rumbo horizontal recientemente descubierta

por la Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas (Funvisis), denominada “falla del Ávila”

debido a su ubicación en el hipocentro del emblemático Waraira Repano, que el túnel O&M 2220

tiene proyectado atravesar. Las fallas geológicas son un gran reto a afrontar en la construcción de un

túnel, pues la relación entre la dirección de la falla y la del túnel, así como el diámetro de la falla, el

tipo, el espesor, el material de la roca o la presión hidrostática en ambos lados de las fallas, son

algunos de los graves problemas que se pueden presentar en la realización del túnel.

Imagen de deslaves y base de suelos

deslizantes.

Imagen de distintas fallas en túneles.

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4 Caso: Construcción de túnel sobre suelo deslizante.

De estas dos afectaciones geológicas nos planteamos varias y posibles soluciones para así,

posteriormente estudiar su viabilidad y ejecutar la solución más acertada, que satisficiera de mejor

manera las expectativas en la realización del proyecto. En primera instancia, para la problemática

geológica general de una estructura firme en suelos deslizantes sobre un área de falla rumbo

horizontal altamente activa, debíamos definir no solo el tipo de túnel a construir, sino también el

método a aplicar que lograra solventar tales problemas.

Para definir el tipo de túnel primero pensamos en resolver la problemática de los suelos

deslizantes aplicando el método más común en las vías de suelos arcillosos y arenosos, que consta

en la sustitución de los suelos, añadiendo entonces una base de suelo pedregoso fino y grueso que

ayude a la compactación de los suelos blandos, haciéndolos francos y firmes. Para esto el método de

perforación debía ser por voladura y excavaciones mecánicas con maquinaria pesada, aplicando

alguno de los métodos de excavación tradicionales tales como el inglés, belga, austriaco o el alemán.

De igual forma el tipo de túnel se esperaba en forma de D o de herradura para garantizar el traslado

del material desechado y el ingreso del sustituto. Entre otras posibles soluciones.

En segundo lugar, para solventar el hecho de que el túnel O&M 2220 atraviesa una falla

rumbo horizontal de alta actividad sísmica también podemos predecir realizar secciones encofradas,

recubiertas con vigas de acero tipo herradura que admitan tanto la estabilidad como movimiento

horizontal y vertical por resortes especiales que admiten tendencias sísmicas, para posteriormente

recubrirlas con un compuesto de bentonita o la proyección de un biopolímero plástico de

recubrimiento especial que prevea filtraciones de agua, reforzándolas luego con hormigón

proyectado estabilizando la roca, una vez seco se pueden recubrir las imperfecciones y decorar el

túnel. Siendo esta uno de los posibles acercamientos ante la posible postura inicial de un túnel de

excavación tradicional por voladura y maquinaria pesada.

Finalmente se tomó la decisión final y unánime, de la utilización de una tuneladora de

lechada con escudos frente cerrado de bentonita o hidroescudos para realizar dos secciones

independientes de tuneles, así como una sección reforzada de protección interna intermedia amplia

y un túnel de acceso de servicios, mantenimiento, emergencias y seguridad.

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5 Caso: Construcción de túnel sobre suelo deslizante.

Una tuneladora de lechada con escudos de frente cerrado de bentonita o hidroescudos, se basa en una topa con una cabeza de corte cerrada que proporciona sostenimiento al frente de la excavación inyectando fluido a presión dentro de la cámara de la cabeza de corte, generando un túnel de tipo circular y contra restando los suelos altamente deslizantes. Por esto estas máquinas son las más adecuadas para excavar túneles en materiales inestables, deslizantes o sometidas a unas filtraciones de agua que deben detenerse, proporcionando siempre sostenimiento al frente de excavación utilizando un fluido de excavación sometido a presión.

Así, la cabeza de corte funciona como medio de excavación, mientras que el sostenimiento del frente se consigue mediante la contrapresión de la lechada, normalmente de una suspensión de bentonita o una mezcla de arcilla y agua, con la inyección de bentonita se consigue estabilizar el terreno por sus propiedades tixotrópicas y facilitar el transporte de material mediante bombeo. En la parte posterior unos gatos hidráulicos perimetrales se apoyan contra el último anillo en el colocado de dovelas del revestimiento definitivo del túnel. Cuando finaliza el recorrido de los cilindros de avance, se coloca un nuevo anillo de dovelas (en el interior de la carcasa, de forma que el túnel siempre está sostenido) y se empieza un nuevo ciclo de excavación.

De esta forma garantizamos la estabilidad de las dos secciones independientes de túnel que

no se deslizaran pues estarán compactas por las dovelas prefabricadas de hormigón que recibirán

toda la presión del peso, garantizando la solución a la problemática fundamental de los suelos

deslizantes.

En resumen, para solventar los posibles riesgos de atravesar la falla rumbo horizontal, lo

primero que planteamos es garantizar dos secciones independientes de túnel realizados por la topa,

unidos en el núcleo del Ávila por una gran sección de protección especialmente diseñada y revestida

para no solo ser más resistente, si no también más amplia a la hora de cualquier movimiento de

fractura, garantizando la restructuración del túnel justo en el epicentro y prolongación de la falla.

De igual manera trazamos el túnel de acceso y seguridad, garantiza no solo la protección y

evacuación ante cualquier alerta sísmica, sino también la restructuración de la sección de protección

en caso de la aparición.

Plano de la progresiva central del túnel (0), con leyenda.

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Axel Maldonado Fernando Orozco

6 Caso: Construcción de túnel sobre suelo deslizante.

La sección de protección se realizará mediante excavaciones internas posterior a la topa, por

maquinaria mecánica y voladuras, retenida por secciones encofradas, recubiertas con vigas de acero

tipo herradura que admitan tanto la estabilidad como movimiento horizontal y vertical por resortes

exclusivos que admiten predisposiciones sísmicas, para posteriormente recubrir todo con un

compuesto de bentonita impermeabilizador, reforzándolas luego con hormigón proyectado

estabilizando la roca, para una vez seco recubrir las imperfecciones y decorar la sección.

También prevenimos las afectaciones deslizantes en las faldas de la montaña, empezando

por la boca de los túneles donde los suelos pueden desprenderse, afectando la estructura y

obstaculizando la entrada y salida del mismo, como también las vías elevadas que colindan o están

cercanas a las faldas del cerro que podrían verse afectadas, tanto en sus bases como en la

estructuras superiores de las semejantes. Necesarios son muros de contención de gravedad

anclados en hormigón que prevengan los deslaves y recolección y canalización de las aguas de lluvia

sobre y cercanas a la estructura.

Longitud del proyecto (total): 7.34 km

Longitud de los túneles independientes: 3.4 km cada uno

Longitud de la sección de protección: 540 m

Angulo con el túnel de acceso y seguridad: 8.36º

Longitud del túnel de acceso y seguridad: 3.43 km

Altura sobre la cota inicial del Ávila del túnel de acceso 500 m

Imágenes maqueta del proyecto “O&M 2220”.